محققان ایرانی با الهام از طبیعت فناوری می‌سازند

اکنون پژوهشکده فیزیک خلقت با همکاری آزمایشگاه‌های پیشرفته دانشکده فنی دانشگاه تهران، دانشگاه شهید بهشتی و دیگر مراکز آموزشی و تحقیقاتی کشور در زمینه زیست الگو و فناوری‌های الهام‌گرفته از طبیعت فعالیت می‌کند. همچنین مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک (IBB) دانشگاه تهران در زمینه الگوبرداری از آنزیم‌های طبیعی برای ساخت آنزیم‌های مصنوعی و محققان دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه علم و صنعت پروژه‌های الگوگیری از گیاهان را انجام می‌دهند.

ایده‌های خلاقانه برای رفع محدودیت‌ها

بایومیمتیک (Biomimetic) علم الهام یا تقلید از طبیعت است. اساس این علم نگاه به مدل‌های طبیعی زیستی و طراحی سیستم‌های مدرن با مطالعه فیزیولوژی این مدل‌هاست. دامنه این رشته از معماری و هنر گرفته تا مهندسی مواد، برق و الکترونیک، مکانیک، رایانه، شیمی و تقریبا می‌توان گفت همه رشته‌های مهندسی گسترده شده است. مواد و سطوح زیست الگو، کاربردهای صنعتی در زیست الگو، حسگرها و پردازش سیگنال، سیستم‌های انرژی و رباتیک، سیستم‌های حرکتی و هوش مصنوعی ازجمله موضوعاتی است که در این علم به آنها پرداخته می‌شود.

دکتر علیرضا آقامحمدی، رئیس پژوهشکده فیزیک خلقت، درباره علم الهام از طبیعت به جام‌جم می‌گوید: با توجه به مشکلاتی که بشر در سال‌های اخیر در بحث آلودگی‌ها، تخریب طبیعت، کاهش انرژی و کمبود آب پیدا کرده است، اکنون به سمت الگوبرداری از سیستم‌های طبیعی و طراحی‌های مهندسی بر اساس آن رفته است. علتش هم این است که سیستم‌های طبیعی میلیون‌ها سال است با بالاترین بهره‌وری و کمترین آلودگی کار می‌کنند. منظور از طبیعت هم موجودات زنده از میکروارگانیسم‌ها تا جانوران بزرگ و الگوبرداری از رفتار و روش کارکرد آنها و همچنین الگوبرداری از گیاهان و پدیده‌های طبیعی موجود است. بشر ناخودآگاه چنین کاری را از ابتدای خلقتش انجام داده است. اختراعاتی مثل تلاش داوینچی برای پرواز از روی مشخصات فیزیکی بال پرندگان و اختراع هواپیما و طراحی زیردریایی با ویژگی‌های دلفین، نمونه‌هایی از این ادعاست. در دهه‌های اخیر این موضوع به صورت علمی بین‌رشته‌ای شناخته شده است. یک طرف این علم، زیست‌شناس‌ها هستند که سیستم‌های طبیعی را می‌شناسند و یک طرف مهندسان قرار دارند که الگوبرداری‌ها را به طراحی‌های مهندسی تبدیل می‌کنند. مثال واضح آن ربات‌های ساخته دست بشر مثل ربات انسان‌نمای سورنا در دانشگاه تهران است که نوع موفق الگوبرداری از طبیعت است. مثال دیگر ربات‌های میکرو به شکل حشرات هستند که هنگام وقوع بلایای طبیعی برای نجات جان انسان‌ها از آنها استفاده می‌شود.

حشرات، الهام‌بخش فناوری‌های نوین

محققان دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران با الهام از حشرات به موضوع زیست الگو و استفاده از قوانین و شگفتی‌های طبیعت برای ساخت فناوری‌های نوین می‌پردازند. دکتر مهدی ضرابی، متخصص اکولوژی حشرات در دانشگاه تهران، درباره موجودات زنده الهام‌بخش در طبیعت به جام‌جم می‌گوید: علم بایومیمتیک یا در اصطلاح زیست الگو، انسان را شگفت‌زده می‌کند. از همان ابتدا که انسان روی زیست‌کره ظاهر شد، چاره‌ای جز یاد گرفتن از طبیعت اطراف خود نداشت. انسان برای ساخت نخستین خانه‌ها از طبیعت الهام گرفت و در قرن بیست و یکم و اوج شکوفایی علوم مهندسی نیز طبیعت الهام‌بخش ماست. زیست‌الگو، علمی بین‌رشته‌ای است که در مرزهای دانش حرکت می‌کند. اکنون ما نیاز به تقویت پایه‌های این علم بین‌رشته‌ای در کشور داریم. در این حوزه متخصصان مختلف می‌توانند دور هم جمع شوند و به تبادل ایده‌ها بپردازند. این اتفاقی است که اکنون در حوزه پژوهش‌های هدفمند برای استفاده از این پتانسیل انجام می‌شود و به مشارکت عمومی نیز نیاز دارد. علاوه بر این، در سطوح دانش‌آموزی هم نیاز به افراد خلاق در این زمینه داریم. دانش‌آموزان صاحب ایده‌های جذاب و خوبی هستند و فرصت زیادی هم برای تحقق بخشیدن به آنها دارند.

وی درخصوص الهام از حشرات در توسعه فناوری می‌افزاید: دانشمندان بتازگی با مشاهدات خود دریافته‌اند موریانه خانه‌هایی می‌سازد که در صحراهای گرم آفریقا احتیاج به صرف انرژی برای خنک ماندن ندارد. نوع مهندسی خانه‌هایی که موریانه می‌سازد نیز می‌تواند در ساخت سازه‌های ضدزلزله برای ساختمان‌های بزرگ الگوبرداری شود. علاوه بر این، در طبیعت تنوع عجیبی از میکروب، گیاه و حیوان داریم. برای مثال در زمینه معماری برج مخابراتی تورنتو، مدل‌های مهندسی حالت‌های کندویی بالای برج از ساختمان بدن تک‌سلولی‌هایی که آهک را در بدن خود به شکل خاصی ذخیره کرده و یک اسکلت آهکی درست می‌کنند، الهام گرفته است.

تقلید از طبیعت، تکمیل توانایی‌های انسان

دکتر آقامحمدی درباره نقش بایومیمتیک در تکمیل توانایی‌های انسان می‌افزاید: جهان از زمانی به بعد با محدودیت منابع روبه‌رو شد و بحث‌های خلاقیت و نوآوری ترویج پیدا کرد. اکنون در هند اولین شهر بایومیمتیکی جهان ساخته شده که همه سیستم‌های به کار رفته در شهر از طبیعت الگو گرفته شده است. این حوزه در ایران هم چند دهه است با نوسانات قیمت نفت و رشد بیکاری و گرایش به کارآفرینی و خلاقیت رواج پیدا کرده است. به این ترتیب ما خود را در روند حرکت علمی محدود نمی‌کنیم و از ایده‌های افراد خلاق با نگاه متفاوت نیز استقبال می‌کنیم.

وی می‌افزاید: از طرف دیگر در زندگی امروز ما ربات‌ها در فضاهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از ربات برای تکمیل توانایی‌های انسان رشته روبه رشدی است و دامنه آن هم محدود نیست. در این راه از علوم زیست‌فناوری، فناوری اطلاعات، رایانه، علوم شناختی و نانوفناوری نیز استفاده می‌شود. امروز با سرعت بالا و رشد تصاعدی علم در دنیا، به کمک شیوه‌های زیست الگویی یا الهام‌گرفته از طبیعت بسیاری از مشکلات بشر حل می‌شود. برای مثال انسان در نهایت می‌تواند تا دو برابر وزن خودش را حمل کند، اما یک مورچه تا 50 برابر وزن خودش را حمل می‌کند. اگر بتوانیم ویژگی‌های مورچه در این زمینه را کشف و آن را برای انسان شبیه‌سازی کنیم، می‌توان برداشتن دو تا سه برابر وزن را برای انسان قابل تحمل کرد.

اکنون فعالیت‌های خوبی در زمینه نگاه خلاقانه به طبیعت در کشور انجام شده است، اما هنوز زمان و فرهنگسازی در این زمینه لازم است. نمونه‌هایی از طرح‌های برگزیده جشنواره ایده‌های برگرفته از طبیعت که سال 1393 در دانشگاه شهید بهشتی برگزار شد، ارائه شیوه نوین حرکتی برای ربات‌های دو پا با الهام از نحوه راه رفتن انسان، الهام‌گرفتن از ساختارهای رنگی طبیعی در پرهای درخشنده قرقاول برای ساخت بلورهای فوتونی و الهام از ساختار سر و جمجمه دارکوب برای ساخت کلاه ایمنی با ضریب امنیتی بسیار بالاست. همچنین برای تجمیع فعالیت‌های پژوهشگران و اندیشمندان کشور با مشارکت استادان دانشگاه‌های کشور، انجمن علمی زیست الگو در حال تاسیس است.

الهام از طبیعت برای حفظ محیط‌زیست

دکتر ضرابی درباره نتایج قابل رویت و تاثیرگذار این پژوهش‌ها ادامه می‌دهد: در دوره‌ای علم بایونیک - که ترکیبی از زیست‌شناسی و الکترونیک بود - رشد خوبی داشت که از خروجی‌های فناورانه آن طراحی سیستم رادار از روی تحلیل حرکت خفاش‌ها بود. این حیوان چشم ندارد، اما هیچ گاه شکارش را از دست نمی‌دهد. خفاش‌ها هیچ گاه دچار خطا در شکار نمی‌شوند و از سیستم صوتی - که فرکانس‌های خاصی را برمی‌گرداند - برای شکار استفاده می‌کنند. این امواج به مانع می‌خورد و مغز کوچک خفاش بازتاب آن را آنالیز می‌کند و موقعیت شکار را می‌سنجد. این محقق حوزه الهام از طبیعت تصریح می‌کند: موضوعی که امروز در حوزه ما اهمیت یافته اهمیت مسائل مربوط به محیط زیست است. یکی از بحران‌های امروز ما، بحران آب است و اکنون دانشمندان دنبال آن هستند که چگونه می‌توان با کمترین میزان آب زنده ماند یا آب تولید کرد. جواب این سوالات را دانشمندان در زندگی نوعی سوسک که در بیابان زندگی می‌کند، یافتند. این نوع سوسک با تعرقی که انجام می‌دهد، قطره آب روی بدن خود تولید می‌کند. اکنون این الهام، الگوی مهندسی پیدا کرده است و به یک وسیله قابل استفاده تبدیل شده است. به این ترتیب انسان با نگاه به طبیعت شرایط بقای خود و زندگی بهینه در آینده را نیز فراهم می‌کند.

سپیده شعرباف