Από το Velcro μέχρι τα αμαξοστοιχίες, η φύση ενέπνευσε μερικά από τα πιο εντυπωσιακά επιτεύγματα της ανθρώπινης καινοτομίας. Αυτό το καλοκαίρι ένα υποβρύχιο ρομπότ, που αναπτύχθηκε από Κορεάτες επιστήμονες, θα ψάξει για αρχαία αντικείμενα στην Κίτρινη Θάλασσα. Οι drones μιμούνται τις πτητικές κινήσεις των πτηνών και των μελισσών. Και, το βιομιμητικό μας μέλλον φαίνεται λαμπρό.
Μια χούφτα ερευνητές είναι τώρα ζεστός με τα πόδια μιας νέας δημιουργίας: συνθετικό δέρμα.
Τα θαλάσσια ζώα χρησιμοποιούν το δέρμα τους για να βοηθήσουν στην πλοήγηση και να επιβιώσουν στο περιβάλλον τους. Τα δελφίνια που ζουν σε κρύα νερά έχουν στην πραγματικότητα παχύ δέρμα για να μονώσουν το σώμα τους και να παραμείνουν ζεστά. Η επιδερμίδα με χνουδωτά χτένια δεν περιέχει μόνο εκατομμύρια νεύρα που τους βοηθούν να νοιώσουν και να πιάσουν τη λεία, αλλά είναι επίσης ενσωματωμένα με μοναδικά κύτταρα που αλλάζουν χρώματα και τα καθιστούν αόρατα για τους αρπακτικούς. Το δέρμα προσκρούει εκείνα τα θωρακικά πτερύγια των φουρκέτων των φαλαινών αυξάνουν την πλευστότητα του ζώου. Έτσι, οι επιστήμονες βλέπουν δυναμικό.
Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία 3D εκτύπωσης και μοντελοποίησης των υπολογιστών, οι ερευνητές αναπτύσσουν τεχνητό αλλά ρεαλιστικό δέρμα θαλάσσιων ζώων για χρήση σε όλα, από αντιμικροβιακές χειρολαβές θυρών μέχρι υποβρύχια ρομπότ. Ο Γιώργος Lauder, ένας ιχθυολόγος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στη Βοστώνη, και η ομάδα του έχουν αναπτύξει το πρώτο πραγματικό τεχνητό δέρμα καρχαρία με τη βοήθεια ενός κορυφαίου 3D εκτυπωτή.
Οι προηγούμενες προσπάθειες αφορούσαν καλούπια από καουτσούκ και ύφασμα και οι ερευνητές αγωνίστηκαν για την κατασκευή υλικού με μαλακά και σκληρά εξαρτήματα. Τα μαγιό με δερμάτινα δέρματα από καρχαρία έπληξαν τους Ολυμπιακούς Αγώνες του 2008, αλλά η ερευνητική ομάδα του Lauder διαπίστωσε ότι το υλικό σε κοστούμια όπως το Fastskin II της Speedo δεν μιμείται πραγματικά το δέρμα του καρχαρία ή μειώνει την έλξη, επειδή δεν έχει καμπύλες.
Οι καρχαρίες μπορούν να κολυμπήσουν σε υψηλές ταχύτητες μέσω των ωκεάνιων υδάτων, χάρη σε μικροσκοπικά, δόντια, που καλύπτουν το μεταξένιο δέρμα τους. "Αυτό αποδεικνύεται ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό της απόδοσης του δέρματος καρχαρία κατά τη διάρκεια του κολύμπι", λέει ο Lauder. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι το ομαλότερο δέρμα είναι καλύτερο για την ταχύτητα. Αλλά, προσθέτει, "Είναι πραγματικά καλό να είσαι τραχύς, να έχεις μια τραχιά επιφάνεια ενός συγκεκριμένου είδους όταν θέλεις να περάσεις μέσα από ένα υγρό περιβάλλον, νερό ή αέρα όσο πιο αποτελεσματικά γίνεται."
Χρησιμοποιώντας ένα μικρο-CT σαρωτή, η ομάδα του Lauder σαρώθηκε πραγματικό δέρμα καρχαρία mako. Από τη σάρωση, δημιούργησαν ένα τρισδιάστατο μοντέλο και έστειλαν το μοντέλο σε ένα 3D εκτυπωτή, ο οποίος έκανε ένα πλαστικό πολυμερές υλικό με μια μαλακή βάση που καλύπτεται από σκληρές δοκοειδείς δομές. Το τελικό προϊόν έχει την αίσθηση αμμοβολής του δέρματος καρχαρία. Σε μια δεξαμενή στο εργαστήριό τους, οι ερευνητές εξέτασαν το τεχνητό δέρμα και διαπίστωσαν ότι αύξησε την ταχύτητα κατά 6, 6% και μείωσε την κατανάλωση ενέργειας κατά 5, 9% σε σύγκριση με ένα ομαλό πλαστικό πτερύγιο χωρίς ντουσιέ.
Μια εικόνα μεγάλης μεγέθυνσης των μοτίβων των κηλίδων που βρέθηκαν σε ένα κεφάλι μακκού καρχαρία. (Εικόνα: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver και George Lauder) 
Τα τρυπήματα σε ένα κεφάλι του καρχαρία. (Εικόνα: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver και George Lauder) Οπίσθια πτερυγίων καρχαριών (Εικόνα: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver και George Lauder) 
Σχέδια κηλίδας σε κορμό καρχαρία mako (Εικόνα: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver και George Lauder) "Αν μπορούσατε να φτιάξετε ένα μαγιό που είχε τη δομή των κροσσών ή των ζυγών του καρχαρία σε μια εύκαμπτη επιφάνεια που θα μπορούσατε να φορέσετε και ήταν σχετικά σαν ένα παντελόνι πλήρους σώματος, αυτό θα βελτίωνε πραγματικά τις επιδόσεις σας στην κολύμβηση", λέει ο Lauder. Αλλά, αυτό το νέο υλικό δεν είναι έτοιμο για πρωταρχικό χρόνο. "Αυτή τη στιγμή θα ήταν πολύ δύσκολο να ενσωματώσουμε αυτό το είδος δομής σε οποιοδήποτε είδος υφάσματος", προσθέτει. Είναι ένα κατόρθωμα για την επόμενη δεκαετία.
Ένα υλικό που μοιάζει με δέρμα καρχαρία μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως γραμμή άμυνας ενάντια στη βιοσυσσώρευση ή τη συσσώρευση φυκιών και φραγκοσυκιών στο βυθό των πλοίων. Τα περισσότερα αντιρρυπαντικά χρώματα είναι τοξικά, οπότε το τεχνητό δέρμα καρχαρία μπορεί να προσφέρει μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση. Το 2005, οι ερευνητές στη Γερμανία ανέπτυξαν ένα υλικό σιλικόνης, εμπνευσμένο από δέρμα καρχαρία, το οποίο μείωσε τον διαχωρισμό των βλαστών κατά 67 τοις εκατό. Στη συνέχεια, το 2008, ο μηχανικός Anthony Brennan ακολούθησε μια παρόμοια προσέγγιση, δημιουργώντας ένα υλικό που ονομάζεται Sharklet και έχει υφή που μοιάζει με περιστροφικό νάρθηκα και αποτρέπει το 85% της κανονικής πρόσφυσης των αλγών σε ομαλές επιφάνειες. Το Sharklet έχει επίσης εφαρμοστεί σε ιατρικές συσκευές και σε νοσοκομειακές επιφάνειες. Στα νοσοκομεία και ακόμη και στα δημόσια μπάνια, τα βακτήρια μπορούν να εξαπλωθούν εύκολα από άτομο σε άτομο, επομένως η επικάλυψη αυτών των κουμπιών πόρτας και του εξοπλισμού σε ένα υλικό που αντιστέκεται στα βακτήρια θα μπορούσε να μειώσει τις λοιμώξεις.
Οι ερευνητές στο πανεπιστήμιο Duke της Βόρειας Καρολίνας ανέπτυξαν επίσης ένα αντιρρυπαντικό υλικό που προκαλεί συσπάσεις ή ρυτίδες όπως το δέρμα των ζώων (σε αυτή την περίπτωση, ένα άγγιγμα αλόγων με την αφή μιας μύγας μπορεί να είναι η καλύτερη αναλογία) όταν διεγείρεται. Μια άλλη ομάδα στο Imperial College του Λονδίνου προσπαθεί να δημιουργήσει ένα υλικό σωλήνων με επένδυση με μικροσκοπικά χτυπήματα και χημικές ουσίες που απωθούν το νερό-εμπνευσμένο από δέρμα δελφινιών.
Από την άποψη του σχεδιασμού, το δέρμα καρχαρία θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να καταστήσει τα πτερύγια του αεροπλάνου πιο ενεργειακά αποδοτικά - μια εφαρμογή Lauder θεωρεί χρήσιμη στο μέλλον. Η προσθήκη δομών που μοιάζουν με κηλίδες σε αεροπλάνα θα μπορούσε να μειώσει τη μεταφορά. Κατά παρόμοιο τρόπο, τα πτερύγια των φαλαινών έχουν ήδη εμπνεύσει τα σχέδια πτερυγίων ελικοπτέρων.
Ίσως η πιο συναρπαστική χρήση αυτών των υλικών, ωστόσο, βρίσκεται στον αναπτυσσόμενο τομέα των υποβρύχιων ρομπότ που εμπνέονται από βιολογικά προϊόντα. "Θα έχουμε νέα είδη υποβρύχιων ρομπότ που έχουν εύκαμπτα σώματα κάμψης που κινούνται σαν ψάρι", λέει ο Lauder. Πολλά ρομπότ ψαριών με μπαταρίες λειτουργούν και, λογικά, η προσθήκη πλαστικού δέρματος καρχαρία σε αυτά μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα και την ενεργειακή απόδοση. Ο Lauder και η ομάδα του συνεργάζονται με ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Drexel στη Φιλαδέλφεια σε ένα ρομπότ ψαριών. Από τότε έχουν επεκτείνει τη μελέτη μηχανικής του δέρματος για να εξετάσουν διάφορα είδη ψαριών, καθώς και να δουν πόσο διαφορετικά σχήματα και σχέδια κλίμακας επηρεάζουν το κολύμπι.
Με 3D εκτύπωση, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να μάθουν ακόμα περισσότερα για το πώς τα σχέδια των ζυμαρικών ή των κλιμάκων σε ένα ψάρι επηρεάζουν τις δυνάμεις κολύμβησης. Msgstr "" "Μπορείτε να αλλάξετε την απόσταση [των σημείων]. μπορείτε να τα κάνετε δύο φορές πιο διατεταγμένα. Μπορείτε να τα κλιμακώσετε, να τα επικαλύψετε, να μην τα επικαλύψετε και να κάνετε πολλές αλλαγές για να αρχίσετε να υποτιμάτε τα βασικά χαρακτηριστικά του δέρματος καρχαρία », λέει ο Lauder. Αυτά τα πειράματα θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να είναι τέλεια τεχνητά δέρματα.
"Αυτή τη στιγμή είναι ένα ταχέως αναπτυσσόμενο πεδίο", λέει ο Γιώργος Ιερωνιμίδης, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Reading στο Ηνωμένο Βασίλειο. "Μόλις αρχίσουμε να κατανοούμε πόσο ολοκληρωμένο και λειτουργικό είναι το δέρμα των θαλάσσιων πλασμάτων".
Το εργαστήριο του Jeronimidis έχει αναπτύξει τεχνητό δέρμα χταπόδι. Το χταπόδι δέρμα έχει το δικό του σύνολο πολυπλοκότητας: είναι μαλακό, εύκαμπτο και γεμάτο με εκατομμύρια αισθητήριους νευρώνες που βοηθούν τον οργανισμό να περιηγηθεί στο περιβάλλον του. Η συνθετική εκδοχή του μηχανικού αποτελείται από ίνες νάυλον ενσωματωμένες σε ελαστικό σιλικόνης, που διατηρούν το δέρμα εύκαμπτο αλλά ανθεκτικό στη διάβρωση. Έχει ακόμη και κορόιδα, αν και αυτά είναι παθητικά - ένα πραγματικό χταπόδι μπορεί να χειριστεί κάθε κορόιδο ξεχωριστά.
Ενώ θα πρέπει να γίνουν ακόμα πολλά δουλειά, στο μέλλον, τα υποβρύχια ρομπότ θα μπορούσαν να προικιστούν με την ταχύτητα ενός καρχαρία ή την αισθητική νοημοσύνη ενός χταποδιού. Και, με το εξελιγμένο τεχνητό δέρμα, θα μπορούσαν να αποτολμήσουν όπου οι άνθρωποι δεν μπορούν - από την πλοήγηση στα σκοτεινά νερά των πετρελαιοκηλίδων να ψάξουν για συντρίμματα αεροπλάνων ίσως ακόμη και να εξερευνήσουν τα βαθύτερα βάθη του ωκεανού.
