มนุษย์นั้นฉลาด แต่เมื่อธรรมชาติเข้าช่วยเหลือ มนุษย์จะฉลาดกว่าเดิม
สิ่งที่ปรากฏในธรรมชาติผ่านการถักทอจากวิวัฒนาการเป็นเสมือน ‘ที่ปรึกษาจำเป็น’ ของการสร้างเทคโนโลยีเกือบทุกประเภทที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน แม้เราจะห่างไกลจากธรรมชาติมากแค่ไหน แต่ธรรมชาติไม่เคยหายไปจากเราเลย พวกมันได้กลายมาเป็นแรงผลักดันให้เกิดนวัตกรรมใหม่ๆ นับสิบปี
นี่คือยุคสมัยที่ศาสตร์สมัยใหม่ Biomimicry หรือ การเลียนแบบสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติมาประยุกต์ใช้ในการแก้ไขปัญหาของมนุษย์ กำลังเป็นศาสตร์ที่งอกงามรวดเร็ว เราหันกลับไปสำรวจธรรมชาติด้วยสายตาใคร่รู้ใคร่สงสัยอีกครั้ง ผ่านการศึกษาที่ลงลึกไปในระดับโมเลกุลจนเห็นการทำงานร่วมกันทั้งระบบ วิวัฒนาการใช้เวลากว่าล้านๆ ปีในการออกแบบ หากเทียบกับวิศวกรรมศาสตร์ก็เหมือนพวกเราเพิ่งเริ่มตั้งไข่มาเพียงนาโนวินาทีเท่านั้น
The MATTER จึงอนุญาตไหว้ย่อสวยๆ ผายมือนำคุณไปสำรวจว่า ธรรมชาติได้กลายมาเป็นแรงบันดาลใจของนวัตกรรมปัจจุบันอย่างไร ไปเรียนรู้จากปรมาจารย์ที่สร้างเรามาดีกว่า
1. ตีนตุ๊กแก สู่แถบกาวพลังอึด
ตุ๊กแกที่คุณหลงรัก มักมาพร้อมกับปริศนาอัศจรรย์อัดแน่นในทุกช่วงชีวิต พวกมันสามารถไต่ผนัง หรือยึดเกาะกับพื้นผิวได้เกือบทุกประเภทโดยไม่สูญเสียพลังการยึดเกาะแม้แต่น้อย มนุษย์พยายามลอกเลียนตีนตุ๊กแกมาอย่างยาวนาน พวกเราพบว่า คุณสมบัติยึดเกาะชั้นยอดมาจากขนขนาดจิ๋วนับล้านๆ เส้นใต้นิ้วเท้า ซึ่งตามทฤษฏีแล้วมันสามารถยกน้ำหนักได้ถึง 113 กิโลกรัม แต่เพียงเปลี่ยนทิศทางของเดือยเส้นขนใต้เท้าแค่นิดเดียวก็จะหลุดออกมาได้สวยๆ แบบไม่ทิ้งคราบ ไม่มีรอยฉีกขาด ไม่มีแรงกด และแทบไม่ได้ใช้แรงอะไรเลย
ทีมวิจัยจาก MIT พยายามเลียนแบบเทคนิคอันแพรวพราวนี้โดยพัฒนาเป็นแถบกาวพลังตุ๊กแกในชื่อ Geckskin ที่มีความเหนียวมหาศาล เพียงขนาดเท่ากระดาษจดสักแผ่นก็สามารถมีแรงยึดถึง 317 กิโลกรัม นอกจากนั้นยังมีความยึดหยุ่นสูงจนสามารถนำไปดัดแปลงเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ ได้มากมาย อย่างแผ่นปิดบาดแผลแทนการเย็บ หรือถุงมือไต่ตะกายตึกก็ยังเป็นไปได้
2. ใยแมงมุม สู่กระจกที่ปลอดภัยต่อนก
ใยแมงมุมมีความเหนียวหนึบ แต่ก็ต้องแลกมากับคุณสมบัติบางอย่าง ซึ่งแมงมุมจะใช้ใยชนิดพิเศษทำให้รังของมันมีความทนทานขึ้นแต่ดันสะท้อนรังสีอัลตราไวโอเลต นกในฐานะนักล่า (และเหยื่อแมงมุมบางชนิด) จึงมีวิวัฒนาการให้สามารถมองเห็นใยแมงมุมที่ดักอยู่ผ่านการมองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลตที่สะท้อนบนผืนใย เพื่อให้มันหลีกเลี่ยงการเข้าใกล้ใยแมงมุม
การแข่งขันทางธรรมชาตินี้ อาจช่วยให้นักออกแบบสามารถช่วยชีวิตนกจากการบินชนหน้าต่างตึกสูงจนบาดเจ็บได้ (คุณก็อาจเคยเห็นเวลานกบินชนหน้าต่าง พวกมันเจ็บหนักทีเดียว) ทีมวิศวกรจากประเทศเยอรมัน พัฒนากระจกในชื่อ Ornilux โดยใช้หลักการเดียวกันกับใยแมงมุม คือฉาบพื้นผิวให้มีลักษณะสะท้อนรังสีอัลตราไวโอเลต เพื่อให้นกที่บินอยู่สามารถมองเห็นชัดเจนยิ่งขึ้น ลดความเสี่ยงเจ็บตัว
เพราะงานออกแบบที่ดีไม่ควรละเลยธรรมชาตินะจ๊ะ
3. นกกระเต็น สู่รถไฟชินคันเซน
อิจิ นากาซึ เป็นวิศวกรออกแบบรถไฟความเร็วสูงและเป็นนักดูนกมืออาชีพ ทุกครั้งที่ว่างจากงานในเมืองหลวง เขาจะคว้ากล้องส่องทางไกลเข้าไปในพงไพรเพื่อจับตาดูธรรมชาติของนกนานาชนิด ครั้งหนึ่งเขาถามตัวเองว่า “มีสิ่งใดในธรรมชาติที่เคลื่อนที่ด้วยความรวดเร็ว และนุ่มนวลผ่านตัวกลาง 2 ชนิดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง”
เขาพบพฤติกรรมของนกกระเต็น (Kingfisher) ที่พุ่งลงไปจับปลาในน้ำ ด้วยรูปทรงลดแรงต้าน แม้มันจะดำลึกลงไปในน้ำแต่กลับไม่มีการกระจายวงน้ำจนทำให้ปลาตกใจเลย ทักษะอันยอดเยี่ยมนี้มาจากปากทรงแหลมที่ทำให้เจ้านกกระเต็นเป็นนักล่า โดดเด่นและงดงามแบบที่ไม่ต้องไปฝึกกับเซนเซยูกิ
อิจิ นากาซึ จึงออกแบบหัวรถไฟหลายแบบในการทดสอบคอมพิวเตอร์ แต่รูปทรงที่เริ่ดจนสามารถเอาชนะแบบอื่นๆ ได้ทั้งหมด คือ ทรงหัวกระสุนคล้ายเจ้านกกระเต็นนี่เอง ชาวญี่ปุ่นจึงได้รถไฟชินคันเซนที่วิ่งด้วยความเร็วสูง เงียบเชียบ และใช้พลังงานไฟฟ้าลดลงถึง 15%
4. ดอกคาลล่าลิลลี่ สู่ใบพัดสูบน้ำอัจฉริยะ
นาย เจย์ ฮาร์มาน เป็นวิศวกรด้านกลศาสตร์ของไหลจาก Pax Scientific เขาเผชิญกับความท้าทาย เมื่อได้รับมอบหมายให้ออกแบบใบพัดสูบน้ำที่ทำให้การไหลของของเหลวเป็นไปอย่างทรงประสิทธิภาพมากที่สุด แต่มันต้องมีขนาดเล็กกะทัดรัด ใช้พลังงานอย่างคุ้มค่า สูญเสียพลังน้อย และลดเสียงรบกวนขณะใบพัดหมุนทำงาน เพื่อใช้สำหรับเครื่องผสมน้ำดื่มลงในแท็งค์บรรจุขนาดใหญ่
โชคดีที่เขาเองก็เป็นคนรักดอกไม้ เมื่อไปพบดอก ‘คาลล่า ลิลลี่’ (Calla Lily) ไม้ดอกประเภทหัวมีถิ่นกำเนิดในแอฟริกาใต้ เจ้าดอกนี้มีเอกลักษณ์ตีเกลียวภายในเป็นแนวดิ่ง สอดรับการไหลของน้ำเพื่อให้สัมผัสกับดอกด้านใน ซึ่งเขาเห็นว่ารูปทรงนี้อาจทำให้เกิดน้ำวนได้
เขาจึงยืมรูปทรงดอกคาลล่า ลิลลี่ มาเป็นใบผัดสูบน้ำที่มีขนาดเล็ก ที่ลดการใช้พลังงานกว่าใบพัดเดิมๆ 15-30 เปอร์เซ็นต์ และลดเสียงรบกวนลงถึง 75 เปอร์เซ็นต์ จนใบผัดทรงอัจฉริยะนี้ถูกจดลิขสิทธิ์การออกแบบ และใช้อย่างแพร่หลายในพื้นที่อุตสาหกรรมทั่วโลก
5. ครีบวาฬหลังค่อม สู่กังหันลมแอร์โรไดนามิค
วาฬหลังค่อม (humpback whales) มีขนาดพอๆ กับรถโรงเรียนดำน้ำได้ ด้วยขนาดยาวถึง 50 ฟุต หนัก 36 ตัน ซึ่งคุณอาจจะคิดว่ามันอุ้ยอ้าย แต่เมื่อมันแหวกว่ายในมหาสมุทร วาฬหลังค่อมสามารถว่ายเป็นวงแคบผิดกับขนาดตัว จากคุณสมบัติของครีบ (flippers) ขนาดใหญ่ ผิวไม่เรียบและมีมุมหยัก ทำให้การว่ายเป็นไปอย่างนุ่มนวล รวดเร็ว ลดแรงต้าน ทำให้วาฬสามารถว่ายยึดเกาะกับกระแสน้ำได้แม่นยำ ทำมุมเลี้ยวหักศอกได้ดั่งใจ
กังหันลมรุ่นใหม่ออกแบบใบผัดคล้ายกับครีบของวาฬหลังค่อมด้วยการทำร่องรอยหยัก เมื่อทดสอบในอุโมงค์ลมพบว่า กังหันนี้ลดการส่ายลง 32% เพิ่มแรงยกอีก 8% บริษัท WhalePower จึงกำลังใช้บทเรียนจากวาฬเหล่านี้ในการออกแบบกังหันลมและพัดลมทุกประเภททั้งแต่พัดลมเพดานอุตสาหกรรม ระบบปรับสภาวะอากาศ HVAC ไปจนถึงพัดลมคอมพิวเตอร์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และความคุ้มค่าในการใช้พลังงานอย่างชาญฉลาด
6. การแหวกว่ายของฝูงปลา สู่ฟาร์มกังหันลมลดพื้นที่
พลังงานลมกำลังเป็นผู้เล่นยักษ์ใหญ่ในตลาดพลังงานสะอาด แต่เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด ใบพัดจึงถูกออกแบบให้มีขนาดมโหฬารเกือบเท่าสนามฟุตบอล จนมักถูกวิจารณ์ว่าเป็น ‘ทัศนะอุจาด’ แถมกินพื้นที่ในการติดตั้งที่ต้องเว้นระยะห่างพอสมควร
จอห์น ดาบิริ จากบริษัท Caltech พบคำตอบเรื่องนี้ขณะดำน้ำชื่นชมโลกใต้สมุทร เขาพบการว่ายของฝูงปลาเกาะกลุ่มกันเป็นเกลียว ใช้ประโยชน์จากคลื่นใต้น้ำ ช่วยให้พวกมันไม่ต้องออกแรงมากและไม่หลุดออกจากฝูง
เขาจึงออกแบบฟาร์มพลังงานลมสาธิตที่ชื่อว่า Caltech Field Laboratory for Optimized Wind Energy (FLOWE) ที่จัดวางกังหันลมเสียใหม่ในลักษณะใบพัดเกลียว จัดวางตำแหน่งอย่างเหมาะสม เพื่อให้กังหันส่งพลังงานไปให้อีกตัว ลดการสูญเสียของพลังลม ช่วยฉุดให้กระแสลมไหลไปในทิศทางเดียวกัน จำลองพฤติกรรมลมให้คล้ายกับพฤติกรรมของคลื่นน้ำในมหาสมุทร
7. ด้วงทะเลทราย สู่ขวดเก็บน้ำค้าง
ด้วงดำแห่งทะเลทรายนามิเบีย (Stenocara gracilipes) เป็นยอดนักประหยัด พวกมันใช้น้ำทุกหยดซึ่งหายากยิ่งในทะเลทรายอย่างรู้คุณค่า ทุกๆ เช้าขณะที่หมอกลงจัด ด้วงดำจะออกเดินเพื่อเก็บน้ำค้างลงบนลำตัว เปลือกที่มีลักษณะเป็นริ้วช่วยให้หยดน้ำไหลเข้าสู่ปากได้แบบสบายๆ ไม่ต้องพยายามอะไรมาก
งานออกแบบจากธรรมชาตินี้ไปสะดุดตานักประดิษฐ์ชาวเกาหลีใต้จากมหาวิทยาลัย Seoul National University of Technology เขาพลิกแพลงเป็นอุปกรณ์กักเก็บน้ำค้างที่เรียบง่าย ไม่ต้องใช้พลังงานอะไรจุกจิก เฉกเช่นด้วงดำผู้มัธยัสถ์
Dew Bank Bottle เป็นภาชนะที่มีรูปแบบแปลกตาสักหน่อย ทรงโดมที่ผิวมีความลื่นสูง ทำให้หยดน้ำไหลไปเก็บด้านในโดยไม่ระเหยออก เพียงวางทิ้งไว้ข้ามคืนก็เปลี่ยนเป็นแหล่งน้ำสำรองสำหรับใช้ดื่มได้ เหมาะสำหรับพื้นที่ทุรกันดาร จนได้รับรางวัล Idea Design Awards ปี 2010
อ้างอิงข้อมูลจาก
bioinspired.caltech.edu/windenergy
