تقلید از طبیعت در مهندسی

ایده استفاده از الگوهای طبیعی در فناوری‌های مدرن بسیار کارا به‌نظر می‌رسد چون این الگوها به‌صورت تکاملی رشد داشته‌اند و در هر مورد خاصی بی‌نظیر و بی‌نقص هستند. به عبارت دیگر تقلید از طبیعت، مزایای بسیاری دارد، چراکه هر جاندار کنونی دارای چند میلیون سال تکامل است، در این فاصله زمانی طبیعت هر چه را که سازگاری نداشته از بین برده است و این امیدواری را به‌وجود آورده که بشر بتواند با مطالعه فرآیند تکامل، مکانیسم‌های جدید فناوری را از روی موجودات زنده نسخه‌برداری کند.

البته با این‌که می‌توان گفت تمامی مهندسی بشر دانسته یا ندانسته نوعی الگوبرداری از الگوهای طبیعی است، اما این علم به‌صورت آگاهانه سابقه چندانی ندارد. بیونیک نخستین بار در دهه 50 میلادی مطرح شد. پس از آن و از آنجا که این واژه بیشتر بار پزشکی داشت محققان دیگری که در علوم دیگر کار می‌کردند واژه‌های بیومیمیکری و بیومیمتیک را هم به کار بردند. این دو واژه بیشتر در تحقیقات مهندسی به کار برده می‌شوند؛ برخلاف بیونیک که در تحقیقات زیستی و بیولوژیکال به کار می‌رود.

یکی از کلاسیک‌ترین نمونه‌های این علم استفاده از رنگ‌های غیرقابل نفوذ در برابر آب است که با مشاهده سطح کاملا غیرقابل نفوذ گل نیلوفر به دست آمده و به آن اثر نیلوفر گفته می‌شود. از کاربردهای دیگر این علم ساخت بدنه قایق‌ها با الگوبرداری از ساختار فیزیکی دلفین‌ها و ساخت رادار و تصویربرداری‌های اولتراساوند پزشکی با الگوبرداری از سیستم رادار طبیعی خفاش‌هاست. در زمینه‌ فناوری‌های رایانه‌ای، تحقیقات بیونیک به ساخت نرون‌ها یا سلول‌های عصبی مصنوعی و شبکه‌های عصبی مصنوعی ختم شده است. معمولا بیونیک برخلاف تصور عامه تنها کاربرد الگوهای زیستی در فناوری‌های جدید نیست بلکه محققان در این رشته سعی می‌کنند کارکردهای طبیعی مورد نظر را تکمیل کنند و به کار بگیرند. الگوبرداری هوشیارانه نمونه‌ها و مکانیسم‌ها از ارگانیزم‌های طبیعی یک بخش از بیونیک است که در آن طبیعت به‌عنوان یک پایگاه‌ داده از راه‌حل‌هایی که کارایی آنها تائید شده است مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این رشته گاهی برخی الگوهای خاص طبیعی به‌عنوان منابع داده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما این بخشی از کل روندی است که این علم در حال حاضر دنبال می‌کند.

یکی از برجسته‌ترین کارهایی که در سال‌های اخیر در این زمینه انجام شده تولید لباس‌های هوشمندی است که با تغییرات دمایی سازگار هستند. این لباس‌ها با مطالعه ساختار برخی گیاهان طراحی شده است.

در میان گیاهان میوه درخت کاج یکی از بهترین نمونه‌هاست که به گرما، سرما و رطوبت واکنش نشان می‌دهد و با بازشدن، دانه‌هایش را پراکنده می‌کند.‌ لباس هوشمندی هم که با توجه به مکانیسم این میوه تولید شده است هنگامی که گرمای بدن شخصی که آن را پوشیده بالا برود باز می‌شود و وقتی که دمای بدن فرد پایین بیاید جمع می‌شود. در برخی هواپیماها هم بال‌هایی ساخته شده است که با توجه به سرعت و ارتفاع هواپیما بال‌ها تغییر حالت می‌دهند. این تغییر از نوعی از گونه‌های پرنده که در ارتفاع‌ها و سرعت‌های متفاوت حالت بال خود را تغییر می‌دهند الگوبرداری شده است. اما هواپیما‌ها برای این‌که بتوانند بال‌های خود را تغییر شکل بدهند به نوعی سازه ویژه در بال‌ها نیاز داشتند که محققان این بال‌ها را با الگوبرداری از پولک‌های ماهی‌ها تولید کردند.