Co w człowieku można wymienić na sztuczny zamiennik?

Mimo, że jest to artykuł technologiczny, zacznę go z trochę innej strony. Terminator, Johny Silverhand z Cyberpunka 2077, Wilk z Sekiro Shadows Die Twice, Doomfist z Overwatcha, Sevika z Arcane, czy Edward Elric z anime Fullmetal Alchemist - wszystkie te postaci łączy pewna bardzo charakterystyczna cecha - protezy. Takich bohaterów i bohaterek znajdzie się oczywiście więcej, ale dziedzina nauki, która może przyczynić się do tego, że coraz więcej osób (niekonieczne z konieczności) zdecyduje się „zmodyfikować” swoje ciało - jest jedna. Tą nauką jest bionika.

Dobra, dobra, ale tu nie chodzi tylko protezy!

Oczywiście, że nie. Bionika, z angielskiego bionics, to skrótowiec od biologically inspired engineering, czyli na nasze - inżynieria inspirowana biologią. W zasadzie, to już sama nazwa wiele wyjaśnia. Choć wbrew temu, co mogło wynikać ze wstępu - badacze nie inspirują się jedynie organizmem ludzkim.

W grę wchodzą również zwierzęta, rośliny, czy mikroorganizmy Dzięki ich obserwacji naukowcy są w stanie zauważyć zachodzące w tych organizmach zależności, które następnie mogą zostać „przeniesione” na interdyscyplinarne pole bioniki.

Nie jest jednak tak, że wszystko, co dostrzegą naukowcy da się odwzorować. Profesor Julian Vincent z University of Bath twierdzi nawet, że jesteśmy w stanie odwzorować jedynie kilkanaście procent tego, co możemy zaobserwować:

Zatem z polskiego na nasze, natura ma swoje tajemnice, których ludziom nie jest póki co dane zrozumieć. Ah, ta Matka Natura.

Kiedyś to była bionika, teraz już nie ma

Pierwsze osiągnięcia bioniki możemy dostrzec już nawet kilka wieków temu. Zacznijmy więc od znanego raczej wszystkim Leonardo da Vinciego. Jak na człowieka renesansu przystało, da Vinci poza malarstwem rozwijał się również w innych dziedzinach, zdobywał wiedzę o świecie i konstruował wynalazki.

W jaki sposób? Otóż dokonując obserwacji organizmów. Jak czytamy w niezawodnej Wikipedii Leonardo wykonał kilkaset ilustracji nie tylko organów, ale również kości i mięśni jednocześnie opisując ich działanie. I o ile same rysunki można uznać, za tzw. „art study”, które miało pomóc malarzowi w przyszłych dziełach, to dopiski oraz wyjaśnienia dołączone do niektórych obrazków zdecydowanie wskazują na zalążek nauki, którą dzisiaj znamy pod nazwą bioniki.

Ilustracje wykonane przez da Vinciego, źródło: drawingsofleonardo.org/Public Domain

Innym, nieco bardziej znanym od powyższych ilustracji dziełem włoskiego malarza jest projekt maszyny latającej. Da Vinci był zafascynowany samym faktem latania, a w jego projekcie wyraźnie dostrzec można inspirację ptakami. Nie chodzi tutaj jedynie o wygląd konstrukcji, ale także o konstrukcyjne założenia i metodę działania.

Również nazwa wynalazku - ornithopter - wskazuje na jego powiązanie z ptakami, z greckiego ornith to ptak, a pteron to skrzydło. Poniżej znajdziecie grafikę prezentującą szkic wykonany przez artystę, a tutaj model tej maszyny w 3D.

Projekt ornithoptera wg Leonardo da Vinciego, źródło: Wikipedia

Kilka wieków później...

Rozkwit bioniki definitywnie przypada na XX wiek. Powstało wtedy najwięcej wynalazków w tej dziedzinie, a w drugiej połowie tego stulecia otrzymała ona również swoje oficjalne definicje. Poniżej krótkie streszczenie tego, co zeszły wiek przyniósł biomimetyce.

1. W 1904 roku odbył się pierwszy, zakończony sukcesem lot bezzałogowego szybowca inspirowanego latającymi nasionami rośliny zanonia macrocarpa. Pomysłodawcą i jednoczenie wykonawcami tego projektu są Ignaz "Igo" Etrich oraz Franz Xaver Wels.
2. W 1934 roku Percy Shaw opatentował tzw. kocie oczka, czyli odblaskowe elementy widoczne na słabo oświetlonych drogach. Często możecie zobaczyć je w tunelach, na ścieżkach rowerowych, progach zwalniających czy wokół linii na drodze. Co ciekawe wynalazek Shawa w 2001 roku został uznany za najlepszy wynalazek XX wieku.
3. 1934 rok przyniósł również inny wynalazek, z nieco innej dziedziny - przerzutnik Schmitta. Jego twórcą jest wspomniany wcześniej Otto Schmitt, który opracowując mechanizm inspirował się rozprzestrzenianiem się sygnałów w układzie nerwowym kałamarnic.
4. „Czepiasz się jak rzep psiego ogona” takie zabawne powiedzonko znalazło swoje miejsce w biomimetyce. W 1941 roku inżynier George de Mestral zaintrygowany był faktem, że nasiona łopianu przyczepiają się do sierści jego psa, a w 1955 roku opatentował Velcro - czyli popularne rzepy.
5. Pierwsza bioniczna kończyna, która faktycznie odróżniała się od innych protez stopniem zaawansowania i wygodą powstała w 1988 roku. Ojcem tej konstrukcji jest David Gow, a właścicielem (oficjalnie od 1993 roku) Robert Campbell Aird, który stracił swoją rękę przez raka. Bioniczna kończyna była nie tylko lżejsza od wcześniejszych pneumatycznych protez, ale pozwalała również na sterowanie, które możliwe było dzięki zastosowaniu mikrosensorów reagujących na impulsy nerwowe.
6. W 1997 roku naukowcy obserwujący liście lotosu, które mimo niekorzystnych dla ich wyglądu warunków otoczenia (muł, błoto, bagna) pozostawały czyste, opracowali Lotusan. Jest to samoczyszcząca farba, która wykorzystuje tzw. efekt lotosu.
7. Również powłoki antyrefleksyjne powstały w wyniku fascynacji naturą. Jak czytamy w cytowanej już przeze mnie publikacji naukowej Biomimetics: its practice and theory do ich opracowania przyczyniła się obserwacja m.in. oczu insektów.

Przykładów jest oczywiście wiele więcej, a im bliżej teraźniejszości zmierzamy na osi czasu, tym stają się one bardziej zaawansowane. Niemniej jednak, w dalszej części artykułu na bok odłożymy zastosowania bioniki w przemyśle i architekturze na rzecz tego, co bionika oferuje w medycynie.