Alates takjapaeltest kuni kuulirongideni on loodus inspireerinud inimliku innovatsiooni mõnda kõige muljetavaldavamat mängu. Sel suvel otsib Korea teadlaste välja töötatud krabisarnane veealune robot Kollase mere iidseid esemeid. Droonid jäljendavad lindude ja mesilaste lennuliigutusi. Ja meie biomimeetiline tulevik paistab helge.
Käputäis teadlasi on nüüd uue loomingu - sünteetilise naha - kannul tulised.
Mereloomad kasutavad oma nahka, et aidata oma keskkonnas liikuda ja ellu jääda. Külmas vees elavatel delfiinidel on tegelikult paks keha, et keha soojustada ja sooja püsida. Kaheksajala imikutega vooderdatud nahk ei sisalda mitte ainult miljoneid närve, mis aitavad neil saakloomi tajuda ja haarata, vaid see on manustatud ka ainulaadsete värvimuutvate rakkudega, mis muudavad need röövloomadele nähtamatuks. Naha konarused, mis joondavad küürvaala rinnauime, suurendavad looma ujuvust. Nii näevad teadlased potentsiaali.
Kasutades 3D-printimist ja arvutimudelitehnoloogiat, töötavad teadlased välja kunstliku, kuid realistliku mereloomade naha, mida saab kasutada kõiges alates antimikroobsetest käepidemetest kuni veealuste robotiteni. Bostoni Harvardi ülikooli ihtüoloog George Lauder ja tema meeskond on tipptasemel 3D-printeri abiga välja töötanud esimese tõelise kunstliku hai naha.
Varasemad katsed hõlmasid kummivorme ja kangast ning teadlased nägid vaeva nii pehmete kui ka kõvade komponentidega materjali valmistamisel. Haidest nahast inspireeritud ujumistrikood tegid 2008. aasta olümpiamängudel küll pritsi, kuid Lauderi uurimisrühm leidis tegelikult, et ülikondades kasutatav materjal nagu Speedo Fastskin II ei jäljenda hai nahka ega vähenda tõmbetugevust, kuna sellel puuduvad hambad.
Haid saavad ujuda suurel kiirusel läbi ookeanivete tänu pisikestele hammaste moodi hammastele, mis katavad nende siidise naha. "See osutub hai naha ujumise ajal väga kriitiliseks omaduseks, " ütleb Lauder. Võib arvata, et siledam nahk on kiirem. Kuid ta lisab: "Tegelikult on hea olla kare, kui teil on võimalikult efektiivne liikumine läbi vedela keskkonna, vee või õhu, teatud tüüpi krobeline pind."
Mikro-CT skanneri abil skaneeris Lauderi meeskond tegelikku makohai nahka. Skaneerimise käigus lõid nad 3D-mudeli ja saatsid mudeli 3D-printerisse, millest valmistati plastikust polümeermaterjal pehme alusega, mis on kaetud kõvade hambakujuliste struktuuridega. Lõpptootel on hai naha liivakarva tunne. Labori paagis katsetasid teadlased kunstlikku nahka ja leidsid, et see suurendas kiirust 6, 6 protsenti ja vähendas energiakulu 5, 9 protsenti võrreldes siledate plastikuteta, millel pole hammaste teket.
Mako-hai peast leitud suurenenud pilt hambakambri mustritest. (Pilt: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver ja George Lauder) 
Hamba hambad peas. (Pilt: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver ja George Lauder) Hailuude hambad (pilt: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver ja George Lauder) 
Dentikkelmustrid makohai pagasiruumis (Pilt: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver ja George Lauder) "Kui saaksite teha ujumistrikoo, mille hai naha hammaste struktuur või soomused oleksid elastsel pinnal ja mida saaksite kanda ning mis oleks suhteliselt sarnane kogu kehaga kostüümile, parandaks see teie ujumisvõimet, " ütleb Lauder. Kuid see uus materjal ei ole just esmapilgul valmis. „Sellise struktuuri ühendamine mis tahes kangaga oleks praegu väga-väga keeruline, ” lisab ta. See on järgmise kümnendi feat.
Hai nahataoline materjal võib olla ka kaitseliin biolagunemise või vetikate ja vöötkatete kogunemise vastu laevade põhja. Enamik saastumisvastaseid värve on mürgised, seega võiks hai kunstnahk pakkuda keskkonnasõbralikku alternatiivi. 2005. aastal töötasid Saksamaa teadlased välja hai nahast inspireeritud silikoonmaterjali, mis vähendas vikerkaare asustumist 67 protsenti. Siis, 2008. aastal, asus insener Anthony Brennan sarnast lähenemisviisi looma Sharklet-nimelise materjali, millel on hammaste moodi tekstuur ja mis takistab 85 protsenti vetikate normaalsest adhesioonist siledatel pindadel. Sharklet on rakendatud ka meditsiiniseadmetele ja haigla pindadele. Haiglates ja isegi üldkasutatavates vannitubades võivad bakterid hõlpsalt inimeselt levida, nii et nende uksenuppude ja -vahendite katmine bakteritele vastupidavas materjalis võib vähendada nakkusi.
Põhja-Carolina Duke'i ülikooli teadlased töötasid välja ka saastumisvastase materjali, mis tõmbab või kortseb nagu looma nahk (sel juhul võib hobuse tõmblemine kärbse puudutusel olla parim analoogia), kui seda stimuleerida. Teine Londoni Imperial College'i grupp proovib luua torude materjali, mis on vooderdatud mikroskoopiliste muhkude ja vett tõrjuvate kemikaalidega - inspireeritud delfiinide nahast.
Kujunduse seisukohast võiks hai nahka kasutada ka lennuki tiibade energiatõhusamaks muutmiseks - rakendus, mida Lauder peab tulevikus kasulikuks. Hambakujuliste struktuuride lisamine lennukitele võib vähendada tõmmet. Sarnaselt on vaala rinnauimed juba inspireerinud kopteri tiibu.
Võib-olla on nende materjalide kõige põnevam kasutusvõimalus bio-inspireeritud veealuste robotite arenev valdkond. "Meil on uut tüüpi veealuseid roboteid, millel on elastsed painutuskered ja mis liiguvad nagu kalad, " ütleb Lauder. Töös on mitu patareitoitel töötavat kalarobotit ja loogiliselt võiks faux-hai naha lisamine neile kiirust ja energiatõhusust suurendada. Lauder ja tema meeskond teevad Philadelphias asuva Drexeli ülikooli teadlastega kalaroboti peal koostööd. Pärast seda on nad laiendanud nahamehaanika uuringut, et uurida ka erinevaid kalaliike ja näha, kuidas erinevad skaalakujud ja mustrid mõjutavad ujumist.
3D-printimise abil saavad teadlased õppida veelgi rohkem selle kohta, kuidas kalade hammaste või katlakivi mustrid mõjutavad ujumisjõude. „Saate vahetada hambavahede vahel; saate need teha kaks korda pikema vahega. Saate neid tükeldada, muuta need kattuks, muuta need kattuks ja teha palju muudatusi, et hai naha põhijooned tegelikult ära kiusata, ”ütleb Lauder. Need katsed aitavad teadlastel kunstnahka täiustada.
"See on praegu kiiresti kasvav väli, " ütleb Suurbritannia Readingi ülikooli insener George Jeronimidis. "Me alles hakkame mõistma, kui integreeritud ja funktsionaalne on mereelukate nahk."
Jeronimidise laboris on välja arenenud kaheksajala kunstlik nahk. Kaheksajala nahal on oma keeruline kompleks: see on pehme, painduv ja täidetud miljonite sensoorsete neuronitega, mis aitavad organismil keskkonnas liikuda. Inseneri sünteetiline versioon koosneb silikoonkummist manustatud nailonkiududest, mis hoiavad naha elastse, kuid rebenemiskindlana. Sellel on isegi imikuid, ehkki need on passiivsed - tõeline kaheksajalg saab iga jobuga eraldi manipuleerida.
Ehkki teha on veel palju tööd, võiksid veealused robotid tulevikus varustada hai kiiruse või kaheksajala sensoorse intelligentsusega. Ja keeruka tehisnahaga võiksid nad julgustada seal, kus inimesed ei saa - alates naftareostuse hämaras vetes navigeerimisest kuni lennukivrakkide otsimiseni kuni isegi ookeani sügavaimate sügavuste uurimiseni.
