Bionik - at skabe teknologi inspireret af naturen – er ikke noget nyt.

Stenaldermænd kopierede naturen, da de slagtede dyr og tog deres pels på for at holde varmen. Leonardo Da Vinci efterlignede fugle, da han for 500 år siden tegnede sine berømte skitser af flyvemaskiner.

Men det er først nu, at bionik spirer som videnskab herhjemme. Torben Lenau, lektor ved DTU Management på Danmarks Tekniske Universitet, er en af landets førende bionik-forskere, og han har samlet ti af de bedste eksempler på, hvordan opfindere nu om dage lader sig inspirere af naturen til at skabe højteknologiske løsninger.

I første del af bionikkens top 10 hørte vi om muslinger, slimsvampe og lianer, der havde inspireret til superlim, et transportsystem og en selvhelende ballonbro.

Her i andel del præsenterer vi de fem allerbedste eksempler på bio-inspireret teknologi:

Nr. 5: Edderkoppespind udnyttes i skudsikre veste

»Har du prøvet at hive i et edderkoppespind og undret dig over, i betragtning af hvor fint det er, hvor meget modstand der egentlig er i det?« spørger Torben Lenau.

»Det fascinerende ved det er, at et ret stort insekt kan flyve ind i det, og det giver sig ret meget, og så retter det sig ud igen. Hvis du tager et andet materiale og hiver så meget i det, så bliver det jo blafret, og det forlænger sig, men det gør edderkoppespind ikke,« siger han.

»Så det er en kombination af meget høj styrke og en eftergivenhed – altså en elastisk effekt, som man kunne være interesseret i at udnytte,« fortæller lektoren fra DTU.

I forhold til sin tykkelse er edderkoppespind enormt stærkt og elastisk, og forskere tror, at spindet rummer nøglen til at skabe et materiale, der kan konkurrere med kulfiber og kevlar. (Foto: Colourbox)

Edderkoppespindets styrke skyldes det protein, som det består af, og edderkoppen giver spindets dets elastiske egenskaber ved at massere det, så det får en særlig nanostruktur.

»Det er faktisk en plastik – en polymer. Det er nogle proteinforbindelser, der ligger som en masse kæder, og det er dem, der giver styrken. De er så mikrostruktureret på en måde, som gør, at de kan rettes ud og trække sig sammen igen,« forklarer Torben Lenau.

Der er lige nu et kapløb i gang blandt forskere – heriblandt danske Thomas Hesselberg fra University of Oxford – om et udnytte edderkoppespindets egenskaber i egentlige produkter.

Forskerne håber på at kunne bruge kunstig edderkoppesilke til at lave en konkurrent til kevlar og kulfiber, så det blandt andet kan blive en grundsubstans i fremtidens stærke reb og vindmøllevinger.

»Drømmen er jo ultimativt at lave noget meget stærkt – skudsikre veste for eksempel. Noget, hvor man har brug for tynde tråde med meget høj styrke og den elastiske forlængelse,« siger Torben Lenau.

Edderkoppesilke kan også udnyttes til at skabe en bio-kompatibel bandage, som kan bruges til at lukke operationssår uden at blive frastødt af kroppen.

»En lille krølle på det er, at det er et ultimativt miljøvenligt materiale. Edderkoppen spiser jo selv sit spind, når det er gammelt, og så regenererer den det,« siger Torben Lenau.

Nr. 4: Supertape klistrer som gekkoens fødder

Gekkoer er kendt for deres evne til at kravle op ad lodrette flader. De grønne firben har tæer, der kan klistre sig til overflader, fordi de på snedig vis udnytter, at alle materialer har en overfladespænding.

Amerikanske forskere har allerede udviklet en superlim inspireret af gekkoer. På billedet ses: a) En gekko, gekkofod og gekko setae og spatulae. b) Lodrette kulstof nanorør med krøllet nanorørs-'spaghetti' på toppen. c) En cola på ca. 650 gram hænger lodret fra en 4x4 mm klisterbånd af nanorør på glasoverflade. d) en ring af rustfrit stål ca. 150 gram hænger fra samme 4x4 mm klisterbånd af nanorør på sandpapir. (Illustration: Science/AAAS)

»Hvis du zoomer ind på foden, vil du se, at der er en masse bittesmå, fine hår – nanometer store hår. Det gør, at når gekkoen sætter foden på en overflade, vil hårene trænge ind i alle ujævnheder. Derved får gekkoen fodfæste på et meget stort overfladeareal, og så kan den udnytte nogle af de meget svage tiltrækningskræfter, der er, og som faktisk er det, der holder materialerne sammen,« forklarer Torben Lenau.

Målet for forskerne er at udnytte gekkoens teknik til at lave en tape, som kan sættes på overflader og tages af igen.

»Der laver man det nummer, man kalder at ’peele’. Det er ligesom, når man tager et stykke tape og trækker i et hjørne og krænger det af. Når man kigger på, hvordan gekkoen gør det, så gør den det også på den måde. Den ’peeler’ fodhårene af, og så kan den gå op og ned ad vægge,« siger Torben Lenau.

Med sådan en gekko-tape er det ikke utænkeligt, at vi en dag kan få gekko-sko og gekko-handsker, som vi kan bruge til at kravle op og ned ad vægge.

»Den gode historie er jo, at vinduespudsere kan bevæge sig rundt på højhuse som Spiderman. Men det behøver ikke at være så futuristisk. Det kan bruges til alt muligt, som du midlertidigt har brug for at hænge op på en væg,« siger Torben Lenau.

Nr. 3: Hajhud gør svømmere og skibe hurtigere

De seneste år har svømmere slået den ene rekord efter den anden. Det skyldes i høj grad forbedrede svømmedragter, og én af de førende producenter af badetøj – Speedos – har fundet inspiration til nogle af de hurtigste dragter kaldet Speedo Fastskin ved at nærstudere hajers hud.

»Der sidder ti skæl på en millimeter på overfladen af hajen. De virker lidt ligesom hullerne på en golfkugle. De laver en masse små mikroturbulenser, hvor vand hvirvler rundt helt tæt inde på kroppen, og det gør, at det øvrige havvand har nemmere ved at slippe overfladen, og så har man mindre modstand i vandet,« forklarer Torben Lenau.

»Det er det, man udnytter i Speedo Fastskin. Man efterligner hajens mikrostrukturering, og så giver det lidt mindre modstand, og det er nok til, at atleterne kan komme lidt hurtigere frem,« siger han.

Forskere har været i nærkontakt med hajer og opdaget, at deres hud har et særligt, rillet mønster, der gør hajen hurtigere og forhindrer begroning. Sådan en belægning kan skibe også nyde godt af. (Foto: Colourbox)

Hajens hud kan også gøre skibe hurtigere. Det tyske firma Vosschemie producerer en maling ved navn Haifischhaut, som males på skibets skrog og på samme måde sænker vandmodstanden.

»En anden ting ved hajer, som man er fascineret af, er, at de ikke gror til. Hvis man kigger under et sejlskib eller på en mole, så sidder der sådan nogle kegleformede krebsdyr kaldet rurer, men de sidder jo ikke på hajer eller hvaler i nogen synderlig grad – hvordan kan det være?« spørger Torben Lenau og leverer svaret:

»Selvfølgelig er de i bevægelse, men det er ikke nok, for det er skibene jo også. Det er igen den der struktur på hajskællene, som rurerne ikke kan sætte sig på. De kommer med deres sugekopper for at få fat og sætte deres lim, men der er simpelthen ikke areal nok.«

»Den måde, som man i dag forhindrer begroning på, er ved at imprægnere skibet med en eller anden giftig substans, som dyrene ikke bryder sig om, og det er jo en værre forurening. Men princippet er her at lave en overfladebehandling, som egentlig bare er en masse små riller, så det er en ren mekanisk forhindring for rurerne,« siger Torben Lenau.

En sådan overflade – fri for begroning – kan gøre skibene hurtigere og mere miljøvenlige.

»Tyskerne har nogle fabelagtige tal. De siger, at omkring fem procent af verdens energiforbrug går til skibsfart, og begroning står for ti procent af det. Så det er 0,5 procent af verdens energiforbrug bare ved at overfladebehandle skibene på en anden måde,« siger Torben Lenau.

Nr. 2: Selvrensende vinduer imiterer lotusblomsten

Lotusblomsten har altid fascineret mennesker, og dens store blade har siden slutningen af 1900-tallet inspireret til opfindelsen af selvrensende overflader.

»Lotusblomsten gror i troperne og er en hellig blomst i meget af Asien, fordi den gror ude i nærheden af vandløb og andre steder, hvor der kan være lidt beskidt. Alligevel står den helt ren. Du kan smide mudder op på den, og det løber bare af,« siger Torben Lenau.

Vanddråber skøjter rundt på lotusblomstens vandafvisende overflade, der som en mikroskopisk fakirseng består af en masse bittesmå pinde, som vandet ikke kan komme ned og lægge sig imellem. (Foto: Ralf Pfeifer)

Det ser utroligt ud - se selv denne video om lotus-effekten - og forskere med et elektronmikroskop har derfor undersøgt, hvad det er for en særlig mikrostruktur, der gør, at bladene kan holde sig fri for snavs.

»Man fandt ud af, at overfladen består af en masse små hår eller toppe. Hvis du forestiller dig, at en vanddråbe lander på bladet, så vil den på grund af overfladespændingen helst være formet som en kugle, og det er først, når den rammer et eller andet, som den kan gribe fat i, at den flader ud,« fortæller Torben Lenau og fortsætter:

»Hvis dråben ikke kan få fat i alle de der små pinde, fordi de i virkeligheden frastøder den en lille smule, så bliver den bare liggende som en kugle ovenpå, og så ruller den bare henover bladet, og hvad der ligger af støvkorn og skidt, det bliver taget med af vandet.«

»Det er grundlæggende den måde, som lotusblomsten virker på, og det er det, man prøver at efterligne ved at lave en overflade, der kan gøre det samme. Til det bruger man nanoteknologi, hvor man ætser eller på anden måde får overfladen til at have en masse små toppe, så den bliver vandafvisende,« forklarer Torben Lenau.

Glasfirmaer har udnyttet princippet til at udvikle selvrensende vinduer, ligesom nogle malinger også kan afvise snavs på samme måde som lotusblomsten.

Nr. 1: Irriterende plante såede idé til velcro

Det nok bedst kendte eksempel på moderne bionik – velcro – blev opfundet af den schweiziske ingeniør George de Mestral i 1941.

»Han gik tur med sin hund i Alperne, og i hundens pels satte der sig nogle små burrer – de små grønne, behårede bolde, der kan klistre sig til benene, hvis man går ind i en burre-plante,« fortæller Torben Lenau.

»Det blev han først irriteret over, men så tænkte han ifølge den gængse historie: ’Det må kunne bruges til noget. Kan man ikke lave en fæstningsmekanisme med det?’« siger han.

På den her burre sidder der små kroge, der er skabt til at gribe fat i dyrepels og på den måde sprede sine frø. Det er den fæstningsteknik, der inspirerede til velcro. (Foto: Zephyris)

»Fordi han var ingeniør, fandt han ud af, at det i virkeligheden handlede om, at det var små kroge og så noget sammenfiltret noget, der kunne virke som løkker. Det er den måde, som velcro virker på,« forklarer Torben Lenau og fortsætter:

»Han lavede et temmelig stort stykke udviklingsarbejde i slutningen af fyrrerne og i begyndelsen af halvtredserne, hvor plastik stadig var i sin ungdom, så det var noget med at finde nogle plastmaterialer, der duede til det der, og som var holdbart nok.«

»Det udviklede han, og så lavede han faktisk et ret godt velcrobånd i løbet af halvtredserne, men han kunne ikke rigtig brage igennem med det kommercielt,« fortæller Torben Lenau.

George de Mestral havde det svært ved at få folk til at skifte fra de konventionelle åbne- og lukke-mekanismer på grund af traditioner – lidt ligesom det var tilfældet ved overgangen fra knapper til lynlås. Det var derfor i første omgang nemmest at sælge velcrobåndet til sportsfanatikere og rumfartsindustrien.

»Da folk så pludselig så Neil Armstrong stå oppe på Månen med velcro på tøjet – så blev det et hit. Det var det, der skulle til for at løfte det. Og velcro er jo altså blevet en mega-succes,« siger Torben Lenau.

Ultimativ bionik: Strukturer former og heler sig selv

Torben Lenau mener, at de ovenstående eksempler kun er toppen af isbjerget i forhold til, hvilke produkter man kan udvikle, hvis man søger inspiration i naturen, og han spår derfor bionikken en stor fremtid. 

»Noget at det første, vi kommer til at se af nye biologisk inspirerede produkter, er robotter med ’bløde’ arme ligesom blæksprutter og elefantsnabler. Det vil bl.a. blive brugt til meget manøvredygtige operationstænger til kikkertkirurgi. Det varer heller ikke længe, før vi kommer til at se nye måder at lave farver på inspireret af insekter og fugle,« siger han og giver et bud på det ultimative stykke bionik:

»Det største bliver, når vi får strukturer til at forme sig selv ved hjælp af selvorganisering samt reparere sig selv med selvheling. Begge dele er helt almindeligt i naturen, men næsten uset blandt menneskeskabte produkter.«