Vi bliver bedre til at ‘stjæle’ naturens geniale løsninger

Kender du den der irriterende lille burreplante (Arctium), hvis runde frugter sætter sig fast i dit tøj og din hunds pels, når du er ude at gå i naturen?

Det gjorde den schweiziske opfinder George de Mestral i hvert fald, da han i 1940'erne var på tur i Alperne med sin hund.

I stedet for at blive irriteret fik han som enhver god opfinder og forsker en anden følelse i kroppen: Han blev fascineret. For hvordan i alverden kunne den lille kugle sætte sig fast, hives af og sættes på igen?

Efter at have smidt burren under mikroskopet kunne George de Mestral konkludere, at svaret lå i bittesmå modhager på overfladen.

Konceptet viste sig at være nemt at kopiere på en fabrik, og sådan blev velcro opfundet.

Det er langtfra det eneste eksempel på, at naturens løsninger finder vej ind i vores hverdag og hjem. Og spørger man to danske forskere, har vi kun set toppen af isbjerget.

Idéer til lands, til vands og i luften

Der findes et ord for at bruge idéer fra naturen: biomimetik.

Det er noget, som lektor ved DTU Torben Anker Lenau længe har beskæftiget sig med.

»Naturen er en kæmpe database, der har testet løsninger for os i 3,8 milliarder år, hvor de bedste løsninger har vundet løbende,« siger han til Videnskab.dk.

»Biomimetik handler om at bruge de idéer til at finde mere bæredygtige løsninger til os selv.«

Et af de steder, hvor naturen i høj grad har ageret konsulent, er i transportindustrien, både til lands, til vands og i luften.

»Hvis du for eksempel tager flyvemaskiner, kan du se, at spidserne på vingerne vipper opad. Det er inspireret af rovfugle, hvis fjer på vingetippen kan gøre det samme.«

»Den vingeform nedsætter luftmodstanden og gør rovfuglene mere manøvredygtige. Det princip er overført til fly. Og det betyder altså mere bæredygtig flyvning.«

Et eksempel fra skibsfarten er, hvordan man kan skabe mere effektive skibspropeller.

»Man har set på pukkelhvalen, der har de her knopper og strukturer, som forbedrer vandets strømning hen over hvalen. Det har man kunnet overføre til propellerne for at gøre dem mere effektive,« fortæller Torben Anker Lenau, der er lektor på Institut for Byggeri og Mekanisk Teknologi ved DTU.

Samme princip er i øvrigt overført til vindmøller, der med pukkelhvalens design får mere effektive og lydløse vinger.

Torben Anker Lenau, der forsker i, hvordan biomimetik bruges i ingeniørløsninger, forklarer, at der dog også er masser af andre videnskabelige og teknologiske grene, hvor biomimetikken bliver brugt.

»Robotforskningen kigger meget på biomekanik. Det kan være, hvordan dyr holder balancen bedst, men også hvordan hjerne og krop kommunikerer sammen. I sundhedsforskningen låner man jo også konstant naturens løsninger i medicin.«

Billefarver, tørtoiletter og myggesnabel-nåle

Torben Anker Lenau har også selv bidraget med flere biomimetiske opfindelser.

»Man kan gribe det an på to måder. Den ene kalder jeg for den løsningsorienterede,« fortæller han.

»Det er der, hvor du går en tur i skoven, ser noget interessant og tænker: Gad vide, hvordan den gør det – og hvad kan det bruges til? Der er det lidt tilfældighederne, der råder.«

Den taktik har han selv brugt, da han undrede sig over, hvordan visse biller kan få et metallisk skær.

»Det viste sig at være et lysfænomen, der hedder strukturfarver. De kommer ikke af pigment, men af tynde lag i strukturen, der får lyset til at interferere og generere farver. Det fandt vi en måde at efterligne, og det har en hel række anvendelser.«

Det kan blandt andet bruges til optiske filtre, hvor man kun vil have en enkelt farve igennem. Derudover bliver det brugt i solceller, så farven for eksempel kan tilpasses den bygning, de placeres på.

»Den anden metode er problemorienteret. Her har man en udfordring, hvor man leder efter fænomener i naturen, der allerede har løst problemet.«

Torben Anker Lenau har for eksempel hjulpet med at finde løsninger til tørtoiletter i områder i Indien, hvor vand kan være en sparsom ressource.

»Der brugte vi øjet som inspiration. Det har en tårefilm, som opsnapper partikler i luften, og som øjenvipperne så visker væk. Det kræver ikke særligt meget væske.«

Resultatet blev en løsning, hvor der ligger sand eller grus i toilettet, som en skraber løbende fjerner.

I disse år er det dog hospitalsvæsenet, der forhåbentlig kommer til at nyde godt af hans biomimetiske forskning.

»Lige for tiden bruger vi myggen som inspiration til at arbejde på en ny plastikkanyle, der skal erstatte stålkanylen,« siger lektoren.

»Myggens snabel er fem gange tyndere end den tyndeste stålnål, men kan stikke gennem huden, selvom den er blød og fleksibel. Det kan den blandt andet, fordi den samtidig vibrerer og skubber huden fra hinanden.«

Forhåbningen er, at forskerne med tiden vil kunne erstatte stålkanylen, der kan stikke og give smitte videre efter brug, med en billigere og mindre risikabel plastikvariant.

Nye teknologier åbner for nye muligheder

En anden DTU-lektor, der arbejder med naturens løsninger, er Holger Koss, som især beskæftiger sig med bygningskonstruktioner og arkitektur.

»Naturen skal i princippet løse de samme problemer, som vi skal,« forklarer han.

»Et træ skal kunne modstå vindkraft og stå fast, ligesom vores skorstene og højhuse skal. Når vi bruger solceller, har vi samme udfordring med at indfange strålerne, som træet har.«

Han fortæller, at der findes gode eksempler på, at arkitekter har taget naturens design til sig. Et af de mest oplagte er Antoni Gaudís bygningsværker i Barcelona, der i høj grad er inspireret af den catalanske naturs former.

»Arkitekter er generelt gode til at teste nye ting og presse teknologier til det yderste. Men det er næsten udelukkende kulturbygninger og helt særlige eksempler.«

I modsætning til for eksempel robotindustrien har byggebranchen svært ved at foretage grundlæggende forandringer, selvom naturen viser os mange nye løsninger, forklarer lektoren.

»Byggebranchen har altid kæmpet med, at alt skal være afprøvet og gennemtestet, når det kommer til bærende konstruktion og materialer. Der er alt tænkt i et normsystem, så man kan garantere, at bygningen holder og er sikker,« fortæller han.

»Der er et meget komplekst system omkring sikkerhed og materialetest, og det tager mange år, før man tør prøve noget nyt, der ikke bare er æstetisk. Og så skal det også se økonomisk rentabelt ud. Dér er det bare nemmere at gøre, som man allerede har gjort i århundreder.«

Fremtiden er bæredygtig og forgrenet

Holger Koss mener dog, at en relativt ny teknologi kommer til at dominere mere og give nye muligheder.

»3D-print giver os mulighed for at tænke i nye baner, hvor man kan konstruere på samme måde, som naturen gør,« udtaler lektoren.

»Naturen har næsten aldrig holdt sig til lige linjer. Stort set alt er krumt og bøjet, og det ved vi jo, at der er en mening med. 3D-print gør det muligt at forme bærende konstruktionselementer mere effektivt og materialebesparende.«

Hvorfor gør man det ikke allerede i dag?

»For det første er det ufatteligt dyrt at lave krogede og krumme konstruktioner, hvis de skal støbes eller udskæres. Så det giver mindre mening uden 3D-print-teknologien. Og den er man stadig forsigtig med at tage i brug på grund af sikkerhedsspørgsmålet, vi talte om tidligere,« svarer Holger Koss.

Han mener dog ikke, at vi skal vænne os til Gaudí-lignende parcelhuskvarterer, selv hvis 3D-printeren får frit løb i byggebranchen.

»Meget af det kommer man måske slet ikke til at se. Man kan 3D-printe og energioptimere, uden at du ville opdage det. Så væggene vil stadig være lige, mens bjælker og bærende konstruktion bagved er forgrenet med mere klimavenlige materialer, som er inspireret af naturen.«

Også Torben Anker Lenau er overbevist om, at vores hverdag vil blive fyldt med flere bæredygtige idéer, som er stjålet fra naturen.

»Jeg tror, vi bliver ved med at finde nye bæredygtige løsninger i naturen, fordi den i udgangspunktet er bæredygtig. Den har eksisteret længe og skabt systemer, der er i balance med sig selv og udnytter symbioser mellem organismer. Det er jo dér, vi gerne vil hen,« afslutter han.