Borrens frøbærende frukter fester seg enkelt og kan transporteres over lange avstander.
Borrens frøbærende frukter fester seg enkelt og kan fraktes over lange avstander.

Slik bruker forskere naturen til å gjøre nye oppfinnelser

Med et forsprang på milliarder av år har naturen funnet løsninger som vi bruker på nye måter. 

Har du opplevd den irriterende, lille borreplanten med runde frukter som setter seg fast i klærne dine og hundens pels når du er ute i naturen?

Det gjorde i hvert fall den sveitsiske oppfinneren George de Mestral da han var på tur i Alpene med hunden sin på 1940-tallet.

I stedet for å irritere seg, fikk han en annen følelse i kroppen: Han ble fascinert. For hvordan i all verden kunne den lille ballen sette seg fast, tas av og settes på igjen?

Etter å ha studert borren under mikroskopet, konkluderte George de Mestral med at svaret lå i bittesmå mothaker på overflaten.

Det viste seg at dette var enkelt å kopiere på en fabrikk, og slik ble borrelåsen oppfunnet.

Dette er langt fra det eneste eksemplet på at naturens løsninger finner veien inn i hverdagen vår. Ifølge to danske forskere har vi bare sett toppen av isfjellet.

Ideer til lands, til vanns og i luften

Å bruke ideer fra naturen kalles biomimetikk.

Det er noe Torben Anker Lenau ved Danmarks Tekniske Universitet har holdt på med lenge. Han er førsteamanuensis ved Institutt for konstruksjon og mekanisk teknologi.

– Naturen er en enorm database som har testet løsninger for oss i 3,8 milliarder år, der de beste løsningene hele tiden har vunnet, sier han til Videnskab.dk.

– Biomimetikk handler om å bruke disse ideene til å finne mer bærekraftige løsninger for oss selv.

Et av områdene hvor naturen i stor grad har fungert som rådgiver, er transportnæringen. Både på land, til sjøs og i luften.

– På fly kan du se at vingespissene vipper oppover. Det er inspirert av fjærene på vingespissen til rovfugler.

– Denne vingeformen reduserer luftmotstanden og gjør rovfuglene mer manøvreringsdyktige. Prinsippet er overført til fly. Og det betyr mer bærekraftig flyging.

Rovfugler kan bøye fjærene på vingespissene oppover. Her er en vandrefalk.
Rovfugler kan bøye fjærene på vingespissene oppover. Her er en vandrefalk.
Moderne flyvinger har kopiert rovfuglenes fjær.
Moderne flyvinger har kopiert rovfuglenes fjær.

Et eksempel fra skipsfarten er at man kan lage mer effektive skipspropeller.

– Man har sett på knølhvalen, som har knopper og strukturer som forbedrer måten vannet strømmer over hvalen på. Dette er overført til propellene for å gjøre dem mer effektive, sier Lenau.

Samme prinsipp er brukt i vindturbiner, som med knølhvalens form har fått mer effektive og lydløse blader.

Knølhvalens spesielle egenskaper får den til å gli mer effektivt gjennom vannet.
Knølhvalens spesielle egenskaper får den til å gli effektivt gjennom vannet.
Skipspropeller etterligner knølhvalens struktur.
Skipspropeller etterligner knølhvalens struktur.

Torben Anker Lenau, som forsker på hvordan biomimetikk brukes i ingeniørløsninger, forklarer at det også er mange andre vitenskapelige og teknologiske grener der biomimetikk brukes.

– Robotforskning ser mye på biomekanikk. Det kan være hvordan dyr holder balansen best, men også hvordan hjernen og kroppen kommuniserer sammen. I helseforskningen låner man også stadig naturens løsninger innen medisin.

Bille-fargestoffer og tørre toaletter

Torben Anker Lenau har gjort flere biomimetiske oppfinnelser selv.

– Du kan nærme deg det på to måter. Den ene kaller jeg den løsningsorienterte, sier han.

– Det er der du går en tur i skogen, ser noe interessant og tenker: «Jeg lurer på hvordan den gjør det - og hva kan det brukes til?» Der er det litt tilfeldig.

Han brukte den taktikken selv da han lurte på hvordan enkelte biller kan få en metallisk glans.

– Det viste seg å være et lysfenomen kalt strukturfarger. De kommer ikke fra pigment, men fra tynne lag i strukturen som får lyset til å forstyrre og generere farger. Vi fant en måte å etterligne det på, og det har en rekke bruksområder.

Det kan brukes i optiske filtre hvor man bare vil ha én farge igjennom. I tillegg brukes det i solceller, slik at fargen kan tilpasses bygget de er plassert på.

– Den andre metoden er problemorientert. Her har du en utfordring og ser etter fenomener i naturen som allerede har løst problemet.

Lenau har for eksempel bidratt til å finne løsninger for tørrtoaletter i områder i India hvor vann kan være en knapp ressurs.

– Der brukte vi øyet som inspirasjon. Det har en tårefilm som fanger opp partikler i luften og som øyevippene deretter visker bort. Det krever ikke mye væske.

Resultatet ble en løsning hvor det er sand eller grus i toalettet, som en skrape fortløpende fjerner.

Myggsnabel-nåler

Det han forsker på nå for tiden, er det sykehusene som forhåpentligvis vil dra nytte av.

– For øyeblikket bruker vi myggen som inspirasjon til å jobbe med en ny plastnål som skal erstatte stålnålen, sier Lenau.

– Myggens snabel er fem ganger tynnere enn den tynneste stålnålen, men kan stikke gjennom huden selv om den er myk og fleksibel. Det kan den gjøre blant annet fordi den samtidig vibrerer og skyver huden fra hverandre.

Håpet er at forskerne på sikt skal kunne erstatte stålnålen, som kan stikke og gi smitte videre etter bruk, med en billigere og mindre risikofylt plastvariant.

Ny teknologi åpner for nye muligheter

En annen lektor ved Danmarks Tekniske Universitet som jobber med naturens løsninger, er Holger Koss. Han driver hovedsakelig med bygninger og arkitektur.

– I prinsippet må naturen løse de samme problemene som vi må, forklarer han.

– Et tre skal tåle vindkraft og stå stødig, akkurat som skorsteinene og høyhusene våre. Når vi bruker solceller, har vi den samme utfordringen med å fange opp strålene som treet har.

Han forteller at det finnes gode eksempler på at arkitekter tar i bruk naturens design. Et av de mest åpenbare er Antoni Gaudís bygninger i Barcelona, som er inspirert av den katalanske naturens former.

– Arkitekter er generelt flinke til å teste nye ting og presse teknologi til det ytterste. Men dette er nesten utelukkende kulturbygg og helt spesielle tilfeller.

I motsetning til for eksempel robotindustrien, har byggebransjen vanskelig for å gjøre store forandringer, selv om naturen viser oss mange nye løsninger, forklarer han.

Antoni Gaudí er kjent for å bruke naturen i sin katalanske arkitektur. Her er Casa Batlló i Barcelona.
Antoni Gaudí er kjent for å bruke naturen i sin katalanske arkitektur. Her er Casa Batlló i Barcelona.

– Byggebransjen har alltid slitt med at alt av bærende konstruksjon og materialer skal prøves ut og gjennomtestes. Alt er tenkt i et standardsystem, så de kan garantere at bygget holder og er trygt, sier han.

– Det er et veldig komplekst system rundt sikkerhet og materialtesting, og det tar mange år før man tør å prøve noe nytt som ikke bare er estetisk. Og så skal det også framstå økonomisk lønnsomt. Da er det lettere bare å gjøre det du allerede har gjort i århundrer.

3D-printing

Holger Koss tror imidlertid at én relativt ny teknologi vil dominere mer og gi nye muligheter.

– 3D-printing gir oss muligheten til å tenke nytt, der man kan konstruere på samme måte som naturen gjør, sier han.

– Naturen har nesten aldri holdt seg til rette linjer. Stort sett er alt skjevt og bøyd, og vi vet at det er en grunn til det. 3D-printing gjør det mulig å forme bærende konstruksjoner mer effektivt og spare materialer.

– Hvorfor gjør man det ikke allerede i dag?

– For det første er det ufattelig dyrt å lage skjeve og buede konstruksjoner hvis de må støpes eller skjæres ut. Så det gir mindre mening uten 3D-print-teknologien. Og den er man fortsatt forsiktig med å bruke på grunn av sikkerheten, svarer Koss.

Han mener likevel ikke at Gaudí-lignende eneboligområder vil bli dagligdags, selv om 3D-printeren får fritt spillerom i byggebransjen.

– Mye av det kommer man kanskje ikke til å se. Man kan 3D-printe og energiforbedre uten at du vil oppdage det. Så veggene vil fortsatt være rette, mens bjelker og bærekonstruksjonen bak er forgrenet med mer klimavennlige materialer inspirert av naturen.

Også Torben Anker Lenau er overbevist om at hverdagen vår vil bli fylt med mer bærekraftige ideer fra naturen.

– Jeg tror vi vil fortsette å finne nye, bærekraftige løsninger i naturen, fordi den i utgangspunktet er bærekraftig. Den har eksistert lenge og skapt systemer som er i balanse med seg selv og utnytter symbioser mellom organismer. Det er dit vi vil, sier han.

Artikkelen er del av den danske nettavisen Videnskab.dks satsing VidenSkaber. Satsingen skal gi innsikt i hvordan vitenskapen arbeider og hvordan den kan bidra i å løse samfunnsutfordringer.  Prosjektet er støttet av Carlsbergfondet, Novo Nordisk Fonden og Lundbeckfonden. Videnskab.dk har redaksjonell frihet.

© Videnskab.dk. Oversatt av Trine Andreassen for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.

Få med deg ny forskning

MELD DEG PÅ NYHETSBREV

Du kan velge mellom daglig eller ukentlig oppdatering.

Powered by Labrador CMS