بخشی از مقاله
چکیده:
آنچه در طبیعت وجود دارد منبع کاملی از فنآوری ها و علوم مختلف است که انسان می تواند با الگو گرفتن از آن اختراعات نوینی را در تمامی زمینه های علمی انجام دهد.این مسئله در رابطه با فنآوری نانو نیز صادق است به گونه ای که بسیاری از اختراعات در زمینه فناوری نانو با تقلید از طبیعت انجام شده است.در طبیعت موادی وجود دارد که به صورت ذاتی دارای ساختار و ویژگی نانویی هستند که به آنان نانو مواد طبیعی می گویند.
در این مقاله سعی شده است تا با استفاده از شیوه کتابخانه ای و ترجمه ی معتبرترین منابع خارجی موجود در این زمینه، به بررسی برخی از نانو مواد طبیعی که دانشمندان و پژوهشگران با الگو گرفتن از آن ها توانسته اند اختراعاتی را در زمینه نانو فنآوریبه ثبت برسانند،پرداخته شود. مثلاً سطح پای مارمولک دارای ساختار هایی نانویی است که مارمولک می تواند با استفاده از این ساختارهای نانویی بر روی سطوح با جنس های مختلف حرکت کند؛امروزه محققان با تقلید از این ساختار ها ،نانو موادی ساختهاند که از خواص چسبندهی پاهای مارمولک تقلید میکند.
ساختار های نانویی بر روی برگ گیاه نیلوفر آبی باعث ایجاد یک سطح ابرآبگریز میشود که قطرات با عبور از روی آن آلودگی ها را با خود میشویند در نتیجه سطح این گیاه همیشه تمیز میماند.امروزه دانشمتدان با تقلید از این گیاه موفق به ساخت لباس خودتمیز شونده شده اند.بر روی بال پروانه مورفو رتنور نر الگویی از نانو ساختار های چند لایه قرار دارد ؛که تنها یک طول موج معین از نور را منعکس میکند. امروزه دانشمندان با الهام از پروانه مورفو رتنور قادر به ساخت پارچه ها ولوازم آرایشی شدهاند که بدون استفاده از مواد و رنگ به تولید رنگ می پردازد.
تار عنکبوت دارای ویژگیهای کشسانی واستحکام زیاد و در عین حال کم وزنی است که در نتیجه ساختار های نانوی این ماده است.امروزه از این مواد برای ساخت جلیقههای ضد گلوله استفاده می شود.علم نانو به گونه ای وابسته به طبیعت است که الهام از آن، روشنگر راه پژوهشگران و دانشمندان بوده و هست؛ این موضوع نشان می دهد که انسان همواره پاسخ بسیاری از سؤالات خود را می تواند با الهام گیری از طبیعت بیابد.
مقدمه:
بشر از ابتدا سعی کرده برای ساخت و طراحی مکانها و وسایل مورد نیاز خود از طبیعت و محیط زیست اطراف خود الهام گیرد.به عنوان مثال ساختمان بدن خفاش برای لئونادو داوینچی ایده ای بود که بتواند ماشین پرنده را طراحی کند یا نیروی عضلانی و در عین حال سرعت زیاد دلفین ها جرقه ای برای ساختمان زیر دریایی بود یا تارهایی که عنکبوتها می بافند برای ساخت نمایشگاه مونترال،به کار گرفته شد.
برای ایجاد ظرافت و بهره وری در طراحی،طبیعت به عنوان یک معدن طلا محسوب می شود و در مقایسه با تکنولوژی امروزی ما،راه حل های طبیعت اغلب بهینه ،پر دوام،خودساز،به طور معمول قوی،سریع و سبک تر هستند.با وجود اینگونه ویژگی ها طبیعت همیشه یک الهام بخش بی نظیر برای مهندسان بوده و باعث پیشرفت ما در تکنولوژی و بسیاری از علوم دیگر است.به عنوان مثال،درختان و استخوان ها، قوی و نسبتاً سبک وزن هستند.
درختان برای توزیع تنش یکنواخت،چوب را در سنگین ترین نقاط بار اضافه می کنند و استخوان نیز با حذف کردن موادی که مورد نیاز نیست چارچوبهای اسکلتی خود را معین می کند.از این رو، مهندسین با استفاده از طرح ساختاری درختان و استخوان ها در نرم افزارهای طراحی،سعی نمودند تا وزن و عملکرد مواد را بهینه سازی کنند. به طور مثال ماشین مفهومی Bionic شرکت مرسدس بنز، با الهام گرفتن از درختان و ماهی های boxfish برای ایجاد استحکام بسیار بیشتر و وزن سبک تر در ماشین ها معرفی شد.
با وجود اینکه این ماشین به مرحله تولید انبوه نرسید اما مرسدس اکنون نیز از اصول طراحی مشابهی در تولید ماشین جدید خود استفاده می کند - مهاجر،. - www.anzalweb.ir طبیعت کتابی ارزشمند است به گونه ای که می توان برای بسیاری از اخترعات از آن تقلید کرد. بررسی و مهندسی مواد در مقیاس کوچک - نانو - در سال1959 برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن مطرح گردید که بعدها نانو نام گرفت.وقتی از فاینمن در مورد این ایده پرسیدند گفت:"من این ایده را از طبیعت الهام گرفته ام" - موید و همکاران،. - :1388 پژوهش های امروزه توسط دانشمندان و پژوهشگران این سخن فاینمن را تایید می کند به گونه ای بیشتر اختراعات جدید در زمینه فناوری نانو به نوعی با تقلید از طبیعت انجام شده است.
در این زمینه کتب و مقالات متعددی نوشته شدهاست مانند کتاب" " - پاهای مارمولک - نوشته پیتر فوربز که به بررسی دستهی وسیعی از فناوری های الگو برداری شده زیستی یا الهام گرفته شده زیستی پرداخته است. کنجکاوی و نیاز ، همیشه انسان را با پرسشهایی روبه رو کرده است.وقتی با کمی دقت به طبیعت مینگریم،پدیدههای شگرفی مانند تمیزی دائم برگ نیلوفر آبی ،پرواز پرندگان و... را مشاهده میکنیم ؛ بررسی مواردی این چنین به کشف دانش-های جدید منجر شدهاست.
برای مثال برادران رایت با الگوگیری از پرواز پرندگان موفق به ساخت اولین هواپیما شدند.فنآوری نانو نیز با طبیعت رابطه تنگاتنگی دارد و بسیاری از اختراعات امروزه در زمینه نانو با الگو گرفتن از طبیعت انجام شده است. به دلیلاهمّیّت این موضوع،در این مقاله به بررسی برخی از ایده های فنآوری نانو که از طبیعت الهام گرفته شده اند پرداخته شده است.
-1 مارمولک :
مارمولک میتواند به هر سطح و در هر جهت بچسبد؛ حتی می تواند بر روی سطوح شیشهای وارونه راه برود ؛ در حالی که پای او در طول حرکت هیچگونه مادهی چسبناکی ترشح نمی کند و انگشتهای او حتی در مقیاس میکروسکوپی هیچ مکشی ندارند .علت خواص عجیب مارمولک،در حرکت بر روی اجسام،در پاهای او نهفته است.پای مارمولک دارای شیار های کوچکی است که سطح پاهایش را پوشانده است و هر کدام از شیار ها در انتهای خود دارای ساختار شاخه ای و سلسله مراتبی است.هر ساختار شاخه ای - لیف - حدود 100 P طول و 5 P قطر دارد که حدود یک میلیون از آنها بر روی پاهای مارمولک قرار دارد.
هر کدام از این لیفهاحدوداً به هزار برآمدگی نانومتری - لیفچه - تقسیم می شوند - شکل1 - و سطح کل پاهای مارمولک را افزایش می دهد. ین لیفچهها بسیار انعطافپذیرند؛بهگونهای که خود را قالب ساختار مولکولی هر سطح میکنند.فاصلهی اندک این لیفچه ها با سطح، سبب میشود که نیروی جاذبهای قوی میان آنها برقرار گردد - موید و همکاران،:1388 - .به طوری که هر لیفچه توانایی مقاومت در برابر نیرویی به بزرگی 10 - 200 µ1 اتمسفر فشار - را دارد . به همین دلیل مارمولک یک مثال خوب در رابطه با اثر سطحهای بزرگ بر نیروهای کوچک است.
