Ensiklopedi

Biomimikri -

Dalam bidang biomimikri yang sedang berkembang, di mana para insinyur, peneliti, dan arsitek melihat ke dunia biologis untuk jawaban atas masalah desain umum, 2014 dibuka sebagai tahun yang kaya untuk inovasi dalam robotika, teknologi hijau, dan kedokteran. Ilmuwan dan insinyur secara resmi mengakui nilai penerapan sifat-sifat yang dipilih secara evolusioner pada tantangan desain yang sulit dan mengembangkan sejumlah besar teknologi baru yang terinspirasi oleh organisme hidup. Dari gurita robotik hingga sel surya mata ngengat, biomimikri membentuk cara penanganan tantangan rekayasa, yang menjanjikan janji besar untuk masa depan teknologi.

tabrakan jendela burung

Menatap alam untuk inspirasi desain bukanlah konsep baru. Selama Renaissance Italia, penemu Leonardo da Vinci mempelajari berbagai hewan terbang dalam usahanya menciptakan mesin untuk penerbangan bertenaga manusia. Terinspirasi oleh membran sayap kelelawar dan gerakan unik mereka, Leonardo membuat sayap "ornithopter" -nya dengan menggunakan bingkai pinus yang dilapisi sutra halus; sayapnya berputar saat mengepak. Meskipun alat itu tidak pernah terbang, desain Leonardo jelas merupakan upaya untuk meniru prestasi alam yang sangat dia amati. Serupa dengan itu, insinyur Swiss George de Mestral menemukan inspirasi pada tahun 1941 pada gerinda yang melekat di jaket berburu dan mantel anjingnya. Mekanisme pengait yang efisien dari gerinda pada akhirnya mengarah pada pembuatan sistem pengikat hook-and-loop yang dikenal sebagai Velcro.

Biomimikri modern dimungkinkan oleh evolusi — mekanisme yang digunakan alam untuk menyortir dan menguji prototipe yang tak terhitung jumlahnya untuk menemukan adaptasi yang sesuai untuk populasi organisme tertentu. Tekanan selektif menguji setiap variasi: bertahan hidup. Jika suatu sifat tidak memungkinkan organisme untuk bersaing, mengeksploitasi sumber daya, dan berkembang biak, itu disingkirkan dari populasi. Dengan pemikiran tersebut, ahli biologi Janine Benyus menciptakan istilah biomimikripada tahun 1997 untuk gagasan bahwa manusia dapat dan harus meminjam desain teruji yang disediakan oleh alam. Biomimikri memungkinkan para insinyur dan peneliti untuk mengeksploitasi keberhasilan evolusi dan menerapkannya untuk memenuhi tuntutan lingkungan manusia. Alih-alih mencoba menyelesaikan tantangan desain dari awal, para ilmuwan dapat melihat hasil percobaan dan kebenaran alam untuk ide.

Biomimikri dalam Kedokteran.

Biomimikri memungkinkan beberapa perkembangan menarik di bidang medis. Para peneliti di University of Texas di Austin melihat mekanisme pendengaran lalat parasit Ormia ochracea untuk mengembangkan alat bantu dengar hipersensitif kecil pada tahun 2014. Dilengkapi dengan telinga khusus, O. ochracea mampu mengikuti suara kicauan kriket untuk mengasahnya. individu untuk diparasit. Pada manusia, suara tiba di satu telinga sedikit sebelum sampai di telinga yang lain, memungkinkan otak untuk membedakan arah dari mana suara itu berasal. Telinga lalat sangat kecil dan sangat berdekatan, sehingga suara sampai di kedua telinga pada waktu yang hampir bersamaan. Untuk mengimbanginya, gendang telinga O. ochraceadihubungkan oleh struktur yang mirip dengan jungkat-jungkit, yang memperkuat perbedaan kecil dalam waktu kedatangan suara dan dengan demikian memungkinkan serangga untuk menemukan mangsanya secara tepat. Peneliti menyalin mekanisme jungkat-jungkit itu untuk membuat perangkat kecil yang dapat digunakan pada alat bantu dengar generasi berikutnya atau untuk membuat mikrofon adaptif yang berfokus pada suara atau percakapan tertentu.

Parasit juga menjadi inspirasi untuk microneedles bedah baru yang digunakan untuk memasang cangkok kulit. Mirip dengan kepala Pomphorhynchus laevis , cacing usus parasit, ujung jarum kecil itu membengkak saat bersentuhan dengan air. Fitur tersebut memungkinkan cacing dan jarum untuk menempel pada jaringan lunak dengan kerusakan minimal dan menimbulkan trauma kecil pada jaringan saat mengempis dan terpisah darinya. Para ilmuwan menemukan bahwa microneedle itu mudah dibalik dan memberikan adhesi tiga kali lebih kuat daripada staples bedah konvensional.

Biomimikri juga digunakan untuk memerangi peningkatan bakteri yang resistan terhadap obat di rumah sakit dan fasilitas medis lainnya. Setelah mengamati bahwa hiu kurang rentan terhadap teritip dan ganggang dibandingkan banyak organisme laut lainnya, para peneliti menemukan tekstur mikroskopis pada kulit hiu yang secara signifikan menghambat pertumbuhan organisme tersebut dan, yang mengejutkan, berbagai bakteri yang bertanggung jawab atas infeksi yang didapat di rumah sakit. Para peneliti menyalin tekstur tersebut untuk membuat kulit hiu sintetis yang dapat diaplikasikan ke berbagai permukaan, mulai dari perangkat medis hingga keyboard komputer, untuk mencegah pertumbuhan bakteri berbahaya.

Biomimikri di Robotika.

Biomimikri mengarah pada pengembangan sejumlah bentuk robot yang inovatif. Pada tahun 2014 sekelompok peneliti Italia memulai proses mematenkan robot multi-tangan fleksibel yang terinspirasi oleh gurita. Secara tradisional, robot dibatasi oleh bentuk sudut dan badan kerasnya, faktor-faktor yang mengurangi fungsinya. Gurita robotik, yang mampu berenang dan merangkak melewati rintangan, bertubuh lunak dan memiliki enam lengan fleksibel untuk menggenggam dan memanipulasi objek. Untuk berenang, beberapa pelengkap fleksibel memberikan dorongan sementara yang lain memberikan stabilitas. Dengan pengembangan lebih lanjut, robot semacam itu dapat digunakan dalam eksplorasi laut dalam dan operasi pencarian dan penyelamatan.

Serupa dengan itu, para insinyur di University of Virginia sedang membangun "Mantabot," robot renang bertubuh lunak yang terinspirasi oleh ikan pari dan pari manta. Ikan pari adalah perenang yang kuat dan mampu meluncur dalam jarak jauh untuk menghemat energi. Mantabot, dilengkapi dengan sirip fleksibel seperti sayap yang terbuat dari silikon dan plastik, dicetak dari sinar cownose yang sebenarnya. Kemampuan renangnya yang efisien meniru sinar sungguhan dan dapat digunakan untuk mengumpulkan data kelautan bagi para ilmuwan atau melakukan pengawasan bawah air untuk militer.

Biomimikri dalam Teknologi Hijau.

Teknologi hijau juga mendapat manfaat dari peningkatan aplikasi biomimikri. Pada tahun 2014 peneliti Swiss menerbitkan sebuah makalah yang mengumumkan jenis sel surya baru yang terinspirasi oleh mata ngengat varietas taman. Untuk melihat di malam hari dan menghindari perhatian predator, mata ngengat sangat efisien dalam penyerapan cahaya. Dengan menggunakan partikel oksida tungsten yang dilapisi dengan oksida besi, para ilmuwan mampu meniru cara mata ngengat menyerap hampir semua cahaya yang datang dan dengan demikian menciptakan sel surya yang sangat efisien. Dengan menyerap cahaya yang dipantulkan oleh sel surya lain, sel surya yang diilhami ngengat tersebut memiliki potensi besar untuk memajukan teknologi surya.

Dalam upaya untuk mengurangi jumlah signifikan burung yang tewas akibat tabrakan dengan jendela yang memantulkan langit terbuka, para ilmuwan biomimikri melihat jaring laba-laba untuk mendapatkan inspirasi. Sutra laba-laba adalah reflektif ultraviolet (UV), dan meskipun fitur itu hampir tidak terlihat oleh manusia dan banyak serangga, ia bertindak sebagai pencegah yang efektif bagi burung dan dengan demikian melindungi jaring agar tidak hancur. Ilmuwan meniru fitur tersebut untuk membuat kaca yang aman bagi burung yang disematkan pita bahan pemantul UV dalam pola yang menyerupai jaring laba-laba. Dengan perkiraan 100 juta hingga satu miliar burung mati setiap tahun di Amerika Serikat karena tabrakan jendela, kemampuan kaca pelindung burung untuk secara dramatis mengurangi kematian burung tersebut menjanjikan terobosan yang ramah lingkungan.

Mengingat keragaman kehidupan yang luar biasa, para peneliti biomimikri memiliki persediaan organisme dan adaptasi yang tampaknya tak ada habisnya untuk menarik inspirasi. Biomimikri menghasilkan koleksi kemajuan teknologi yang menakjubkan, mulai dari botol air isi ulang yang meniru kumbang gurun hingga cat pembersih sendiri yang terinspirasi oleh daun teratai hidrofobik. Dengan asumsi bahwa umat manusia dapat melestarikan keanekaragaman hayati yang mendorong biomimikri, bidang tersebut berjanji untuk terus menghasilkan solusi inovatif. Dalam melihat ciri-ciri evolusi telah diuji secara ketat selama ribuan tahun, biomimikri memungkinkan para insinyur dan ilmuwan untuk "belajar dari para tetua kita" dan menggunakan keberhasilan alam untuk menginformasikan desain dan teknologi.

Melissa Petruzzello