Choć często nie zdajemy sobie z tego sprawy, wiele wyśmienitych i utylitarnych projektów naukowych powstało w oparciu o badania, które bezwstydnie nazywam „podglądaniem przyrody”. W moim odczuciu nie przynosi to ujmy geniuszowi sławnych naukowców i odkrywców, wszak Bóg nie opatrzył stworzenia symbolem copyright (wszelkie prawa zastrzeżone). Sedno ukryte jest jednak w tym, że postęp cywilizacyjny ludzkości częstokroć zawdzięczany był umiejętności zauważenia misternego i perfekcyjnego projektu, widocznego w świecie przyrody.

Pomimo, że po dziś dzień z danym odkryciem bądź rozwiązaniem technologicznym nierozerwalnie związane jest nazwisko człowieka-naukowca, poprzez poświęcenie czasu analizie tego tematu pragnę pokornie złożyć hołd Bogu, który ostatecznie jest najznamienitszym Projektantem i Autorem wszelkiego stworzenia. Słusznie mottem przyświecającym pracy wielu ewangelicznych naukowców są słowa apostoła Pawła: „wszystko przez Niego i dla Niego zostało stworzone” (Kolosan 1:16)

Niniejsza seria artykułów zawierać będzie liczne przykłady, w których ludzie skopiowali projekty, konstrukcje i rozwiązania obserwowalne w przyrodzie. Ma to na celu uwidocznić, że bardzo żyznym źródłem nowoczesnych rozwiązań naukowych oraz innowacji technologicznych jest świat natury. Ilustruje to prawdę, że jednym z głównych powodów wiary w Boga jest piękno, zamysł i pomysłowość spotykane dosłownie na każdym kroku otaczającego nas naturalnego świata. Przykłady, które zostaną przytoczone w owych artykułach, po części są wynikiem osobistych przemyśleń i dociekań autora związanych z uprawianą przez niego dyscypliną naukową, a w pewnej mierze są dokonanym przez autora tłumaczeniem anglojęzycznych artykułów naukowych.

Owocostan łopianu odkrywa swoją tajemnicę

Domyślam się, że określenie: „materiał Velcro” może dla wielu nic nie znaczyć. Nie jest to jednak powodem do zmartwienia. Otóż jest to znak towarowy uzyskany w Urzędzie Patentowym i automatycznie chroniony prawnie, a kryje się pod nim jakże popularny…rzep! Życie bez rzepu byłoby prawdopodobnie możliwe, jednak jego brak doskwierałby w wielu dziedzinach naszego codziennego życia: rozpinanie i zapinanie odzieży, stabilizowanie obuwia, zamykanie toreb, mocowanie zasłon, ubieranie poszewki czy stosowanie wszelkiej maści futerałów – te i wiele innych obszarów naszej aktywności w znacznej mierze bazują na praktycznym zastosowaniu bardzo niepozornego rozwiązania, jakim jest rzep. Historia jego odkrycia jest jednak o wiele bardziej fascynująca, niż sama aplikacja.

Szwajcarski inżynier, George de Miestral, otrzymał ideę materiału Velcro® w trakcie podróży łowieckiej, jaką odbył w Alpy w 1941 roku. Po zakończeniu polowania znaczną ilość czasu musiał bowiem poświęcić usuwaniu owoców łopianu, które natrętnie przylegały do jego spodni oraz sierści psa. Zaintrygowany mechanizmem wzajemnego przyczepienia, postanowił dokładniej zbadać owe zjawisko przy wykorzystaniu mikroskopu. Ku swemu zdziwieniu, zaobserwował setki „haczyków” zaczepiających o cokolwiek mającego pętelkę: ubrania, sierść zwierząt czy włosy. Natychmiast dostrzegł możliwość praktycznego zastosowania odkrycia poprzez skonstruowanie wzajemnego połączenie dwóch materiałów wyposażonych w odpowiednio zaprojektowane duplikaty „haczyków” oraz „pętelek”.

Rys. 1. Owocostan łopianu

  Rys. 2. Materiał Velcro

Początkowo cała idea została odebrana z pewną dozą speptyzmu, wobec czego de Mestral udał się do Lyonu, centrum tkactwa, gdzie uzyskał stosowną pomoc pewnego tkacza. Mechanizacja procesu tkania połączeń odzwierciedlających działanie owoców łopianu zabrała około 8 lat, natomiast kolejny rok zajęło skonstruowanie krosna obrabiającego pętelki po ich utkaniu. Ostatecznie, stworzenie zmechanizowanego procesu produkcyjnego zajęło bez mała 10 lat. George de Mestral zgłosił patent na materiał Velcro w Szwajcarii w roku 1951, natomiast w późniejszych latach uzyskał ochronę patentową i następnie otworzył swoje sklepy kolejno w Niemczech, Wielkiej Brytanii, Szwecji, Włoszech, Holandii, Belgii, Kanadzie oraz USA. Do pierwszego sławnego zastosowania materiału Velcro doszło w przemyśle lotniczym i kosmonautycznym, gdyż pozwoliło astronautom na wygodne manewrowanie zapięciami w kombinezonach, co pozwoliło znacznie ulepszyć zajmujące wiele miejsca dotychczasowe skafandry kosmiczne.

Obszerne badania pobudzone zupełnie przypadkowym podpatrywaniem małego sekretu natury rozwinęły się w ważny produkt przemysłowy i inspirację dla klientów. Obecnie rzepy można je znaleźć wszędzie – od oceanicznej głębi aż po kosmiczną przestrzeń. Choć materiał Velcro kojarzony jest z postacią George’a de Miestral, to jednak najdoskonalszym projektantem niezmiennie pozostaje Stwórca Wszechświata.

Jaszczurki ekspertami w dziedzinie nanotechnologii?

W przyrodzie, wszystkie komórki funkcjonują w skali od mikro (10 -6) do nano (10 -9), zatem dogłębne zrozumienie tych funkcji może poprowadzić nas do naśladownictwa oraz produkcji nanourządzeń oraz nanomateriałów. Jak już zaznaczono na wstępie, takie kopiowanie użytecznych projektów występujących w świecie natury nazywa się biomimetyką (bioniką).

Ciekawym przykładem jest zadziwiająca zdolność osobników pochodzących z rodziny jaszczurkowatych, zwanych Geckos, które z łatwością potrafią wspinać się po pionowych ścianach, a nawet chodzić do góry nogami po poziomych sufitach! Aby ten wyczyn mógł się powieść, jaszczurki Geckos wykorzystują blisko…pół miliona submikrometrów włosów, które czynią ich nogi tak lepkimi. Każdy włos posiada długość z zakresu 30-130 µm, a jego średnica jest zaledwie jedną dziesiątą ludzkiego włosa i zawiera setki występów zakończonych szpachelkowatymi strukturami. Pojedyncze odnóże zawiera średnio 5000 włosów przypadających na 1 milimetr kwadratowy. Każdy włos wytwarza malutką siłę, zaś miliony włosów współdziałających razem generują siłę rzędu 10 N (co odpowiada masie 1 kg). Siła ta jest wystarczająca do mocnego utrzymania jaszczurów Geckos na nogach, nawet jeśli znajdują się one do góry nogami na szklanym suficie. Owe odkrycie określane jest mianem „Świętego Graala przyczepności”. Obecnie naukowcy usiłują stworzyć nowy rodzaj taśmy klejącej poprzez naśladowanie struktury obserwowalnej u jaszczurów Gecko oraz u pająków. Pojawiły się nawet wstępne relacje, że powiódł się wyrób taśmy „gecko” wykonanej ze ścisłych szyków mikrofabrykatów utworzonych z elastycznych słupków tworzyw sztucznych.

Rys. 3. Jaszczurka Geckos

 Rys. 4. Mechanizm przyczepności

Przyglądając się cudom natury jest wysoce nierozsądnym wnioskować, że wszystkie one są wynikiem wzajemnego oddziaływania praw fizyki, czasu i przypadku. Kiedy obserwuję niewiarygodną inteligencję wszczepioną w stworzenie, dochodzę do wniosku, że musi być ona rezultatem wielkiej mądrości i mocy Projektanta. Nawet obserwacje nieba i głęboki podziw, jaki wzbudzają miriady jaśniejących gwiazd, powinny przypominać każdemu, że „Niebiosa opowiadają chwałę Boga, a firmament głosi dzieło rąk Jego” (Psalm 19:1).