7 นวัตกรรมสุดล้ำที่ได้จากการเลียนแบบธรรมชาติ

ธรรมชาติคือผู้สร้างที่เต็มไปด้วยความคิดสร้างสรรค์และแปลกใหม่ หลายครั้งเรามองไปยังสิ่งแวดล้อมรอบกายและสามารถหาคำตอบหรือไอเดียใหม่ ๆ ได้ 

การเลียนแบบทางชีวภาพ หรือไบโอมิมิครี (Biomimicry) มาจากคำสองคำ คือ ไบโอ (Bio) มีความหมายว่าชีวิต และมิมิค (Mimic) ที่แปลว่าการลอกเลียนแบบ ดังนั้นความหมายโดยรวมจึงสื่อถึง การลอกเลียนแบบจากธรรมชาติ เพื่อแก้ไขปัญหาของมนุษย์และหาแนวทางพัฒนาอย่างยั่งยืน วันนี้เราจะพามาชม 7 นวัตกรรมที่ได้มาจากการลอกเลียนแบบธรรมชาติ

1. ตะขอของเมล็ดหญ้าเจ้าชู้ แรงบันดาลใจของตีนตุ๊กแก

ปี 1941 วิศวกรชาวสวิตเซอร์แลนด์ชื่อ จอร์จ เดอ เมสตรัล (George de Mestral) ออกไปล่าสัตว์ในป่าพร้อมกับสุนัขของเขา ระหว่างนั้นสังเกตเห็นว่ามีเมล็ดหญ้าเจ้าชู้ติดอยู่ตามขนของสุนัข และความคิดของเขาก็แตกหน่อ เขาได้นำเจ้าเมล็ดหญ้าเจ้าชู้มาส่อง พบว่ามีเสี้ยนเล็ก ๆ ที่ปลายเป็นตะขอ นั่นแหละคือตัวที่ทำให้มันติดไปตามขนและเสื้อผ้า เขาจึงนำคุณสมบัตินี้มาพัฒนาต่อยอด และสร้างเป็นตีนตุ๊กแก ไว้ใช้ยึดติดเสื้อผ้า กลายเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับความนิยมและเป็นคู่แข่งกับซิปมาจนถึงปัจจุบัน

2. รูปทรงของนกกระเต็น แรงบันดาลใจของรถไฟฟ้าความเร็วสูงชินคันเซ็น

รถไฟความเร็วสูงในยุคแรก ๆ ของญี่ปุ่นสร้างเสียงโซนิคบูมเมื่อออกจากอุโมงค์ เพราะความกดอากาศสะสมขณะรถไฟแล่นในอุโมงค์ เสียงดังนี้ส่งเสียงรบกวนชาวบ้านที่อยู่ใกล้เคียง แต่ปัญหานี้ได้รับการแก้ไข เป็นแรงบันดาลใจที่มาจากนกกระเต็น

เออิจิ นาคัตสึ (Eiji Nakatsu) เป็นผู้จัดการฝ่ายเทคนิคและนักดูนก เขาสังเกตเห็นว่าเมื่อนกกระเต็นพุ่งตัวลงไปจับปลาใต้น้ำ น้ำแทบไม่กระเด็นเลย นั่นเพราะจะงอยปากของมัน หลังจากนั้นความคิดนี้ถูกพัฒนาต่อยอด นำไปทดสอบการออกแบบรถไฟร่วมกับรูปแบบทรงหัวกระสุนอีกหลายแบบ แต่รูปแบบที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดก็คือทรงที่ใกล้เคียงกับจะงอยปากนกกระเต็นนี่เอง

นอกจากช่วยลดมลพิษทางเสียงแล้ว รถไฟฟ้าชินคันเซ็นรูปทรงนี้ยังได้รับการยอมรับว่าช่วยให้รถไฟฟ้าเดินทางเร็วขึ้น 10% โดยใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยลงอีก 15% ด้วย เจ้านกกระเต็นนี้เป็นต้นแบบของสิ่งประดิษฐ์ที่มีประสิทธิภาพและยังลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ด้วย (เพราะลดพลังงานไฟฟ้าอย่างที่ได้กล่าวถึง) นับว่าเป็นการส่งต่อจากธรรมชาติเพื่อธรรมชาติจริง ๆ

3. ครีปวาฬหลังค่อม แรงบันดาลใจของใบกังหันลม

ก่อนหน้านี้มนุษย์เราเชื่อว่าใบพัดกังหันลมแบบใบมีดเรียบเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ เพราะช่วยลดแรงลาก (แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านของไหล) และเพิ่มแรงยก (แรงที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ และยอมให้วัตถุลอยในของไหล) มากที่สุด แต่นั่นมันก่อนหน้าที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดจะได้ศึกษาเกี่ยวกับวาฬหลังค่อม ซึ่งนักวิจัยสังเกตเห็นว่าวาฬหลังค่อมตัวใหญ่มากแต่กลับว่ายน้ำได้เร็วและมีประสิทธิภาพ สาเหตุก็เพราะครีปวาฬมีลักษณะที่ไม่เรียบ และมันทำให้เกิดการกระแทกกับของไหล การกระแทกช่วยสร้างแรงยกและลดแรงลากในระหว่างที่วาฬว่ายน้ำอยู่

ลักษณะของครีปวาฬหลังค่อมนี้เองที่ถูกประยุกต์ไปใช้กับกังหันลม กังหันน้ำ ปีกเครื่องบิน และปีกเรือดำน้ำ ซึ่งตามรายงานของโรงเรียนนายเรือทหารสหรัฐฯ บอกว่ามันช่วยลดแรงลากถึงหนึ่งในสามและเพิ่มแรงยกถึง 30% เลยทีเดียว

4. ปากยุง แรงบันดาลใจเข็มฉีดยาลดความเจ็บ

นี่นับเป็นข่าวดีของคนกลัวเข็ม เพราะนักวิจัยได้พัฒนาเข็มฉีดยาลดความเจ็บระหว่างที่ปลายแหลม ๆ แทรกผ่านเนื้อของเราเข้าไป ซึ่งเข็มนี้ก็ได้รับแรงบันดาลใจมาจากปากยุง (proboscis) เพศเมียนั่นเอง 

ตรงปลายปากแหลม ๆ ของยุงมีลักษณะเป็นฟันเลื่อย ทั้งนี้มันมีแรงสั่นช่วยทำให้การแทงเหยื่อเป็นไปอย่างง่ายดายโดยที่เหยื่อไม่รู้สึกตัว หลังจากที่แทงเหยื่อก็จะปล่อยน้ำลายที่มีสารที่ทำให้รู้สึกชาบริเวณใต้ผิวหนัง นักวิจัยจึงได้พัฒนาเข็มฉีดยาเลียนแบบกลไกเหล่านี้ โดยออกแบบเข็มที่เหมือนมีเข็มย่อยเล็ก ๆ สามเข็ม มีหนึ่งเข็มย่อยสำหรับปล่อยยาชาใต้ผิวหนัง อีกสองเข็มตรงปลายมีลักษณะคล้ายฟันเลื่อย ซึ่งทั้งหมดนี้ถูกหุ้มในปลอกเดียวกัน

5. หนังฉลาม แรงบันดาลใจของชุดว่ายน้ำสุดล้ำ

ผิวหนังฉลามมีเกล็ดพิเศษที่เรียกว่าผิวหนังฟัน (Dermal denticles) ซึ่งเกล็ดเหล่านี้มีโครงสร้างที่โดดเด่นและส่งผลต่อความสามารถในการว่ายน้ำของฉลาม คือมันช่วยลดการเกิดกระแสน้ำวน (Eddies) เมื่อฉลามว่ายน้ำหากไม่มีเกล็ดพิเศษนี้ ก็อาจทำให้น้ำปั่นป่วนและเกิดเป็นกระแสน้ำวนเล็ก ๆ ตามหลัง ทำให้ว่ายน้ำได้ไม่สะดวก (พูดง่าย ๆ ก็คือเกล็ดพิเศษนี้ช่วยลดแรงต้านทาน) นอกจากนี้เกล็ดพิเศษนี้ยังเป็นสันเล็ก ๆ ซึ่งทำให้แบคทีเรียและเชื้อโรคอื่น ๆ เกาะติดได้ยาก ซึ่งเหมาะสำหรับวัสดุที่สามารถทำความสะอาดตัวเองได้ (self-cleaning material) สำหรับใช้งานโรงพยาบาลหรือโรงเรียนเด็ก

บริษัทสปีโด้ (Speedo) และ องค์การนาซา (NASA) ได้ร่วมกันออกแบบชุดว่ายน้ำสุดล้ำที่ได้รับแรงบันดาลมาจากหนังฉลาม สำหรับให้นักกีฬาว่ายน้ำของสหรัฐฯ ใส่เข้าร่วมแข่งขันในกีฬาโอลิมปิกปี 2008 ผลคือมันสามารถช่วยลดแรงลาก และพบสถิติที่น่าสนใจคือในการทำลายสถิติในปีนั้น เกิดขึ้นโดยนักกีฬาที่สวมชุดว่ายน้ำนี้มากถึง 98%

6. หนังงู แรงบันดาลใจของรองเท้าเพิ่มแรงเสียดทาน 

รู้หรือไม่ว่าการลื่นล้มเป็นสาเหตุการเสียชีวิตเป็นอันดับต้น ๆ ของผู้สูงอายุ และเป็นสาเหตุอันดับที่สองของการเสียชีวิตจากการทำงาน ซึ่งนั่นแปลว่าถ้าเรามีรองเท้าที่สามารถเพิ่มแรงเสียดทาน เราก็สามารถแก้ปัญหานี้ได้อีกมากทีเดียว

และปัญหาที่เพิ่งกล่าวไปก็กำลังจะได้รับการแก้ไขด้วยแรงบันดาลใจจากหนังงู ซึ่งหนังงูชั้นนอกสุดประกอบด้วยเกล็ดที่ทับซ้อนกัน เกล็ดเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยผิวหนังที่ยืดหยุ่นอยู่ระหว่างเกล็ด การจัดเรียงลักษณะนี้ทำให้งูมีความยืดหยุ่นเมื่อเคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวต่าง ๆ 

ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จาก MIT ก็ได้ออกแบบรองเท้าที่เลียนแบบหนังงู และยังได้รับแรงบันดาลใจมาจากการตัดกระดาษคิริกามิ (Kirigami) ซึ่งเป็นศิลปะการตัดกระดาษของญี่ปุ่น ทำให้ได้รองเท้าที่มีเดือยที่สามารถเคลื่อนไหวได้ เมื่อพื้นรองเท้ายืดออก เดือยก็จะโผล่ออกมาแล้วจิกเข้าไปในพื้นและทำให้เกิดการเสียดสี แต่เมื่อพื้นรองเท้าแบน เดือยก็จะพับเก็บเข้าไปทำให้เกิดพื้นผิวเรียบอีกครั้ง

7. ตาผีเสื้อกลางคืน แรงบันดาลใจของการจับแสงของดาวเทียม

ส่วนใหญ่นักวิทยาศาสตร์สำรวจจักรวาลได้เฉพาะภายใต้แสงอินฟราเรด เพราะทำให้สามารถมองเห็นผ่านเมฆและก๊าซที่กระจัดกระจายไปทั่วจักรวาล ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่ NASA จึงต้องการวิธีการที่จะทำให้กล้องโทรทัศน์สามารถจับปริมาณรังสีอินฟราเรดที่กระทบกล้องให้ได้มากที่สุด และดวงตาของผีเสื้อกลางคืนก็ได้ให้ความรู้แก่นักวิทยาศาสตร์

ตาของผีเสื้อกลางคืนมีส่วนทรงกรวยที่ยื่นออกมาเรียงต่อกันจำนวนมาก เดือยขนาดนาโนเหล่านี้นี่เองที่ช่วยนำแสงลงไปที่ดวงตา แทนที่จะสะท้อนแสงกลับ นักวิทยาศาสตร์จาก NASA จึงเอาความรู้นี้ไปประยุกต์ใช้กับกล้อง ทำให้ได้รับแสงจากแหล่งเดียวกันได้มากขึ้น และทำให้ได้ภาพวัตถุในอากาศชัดเจนขึ้นนั่นเอง

นี่เป็นเพียง 7 ตัวอย่างนวัตกรรมที่ได้จากการเลียนแบบธรรมชาติเท่านั้น ทั้งนี้ยังมีนวัตกรรมอีกมากมายที่มนุษย์เราได้แนวคิดมาจากการหันมองและเรียนรู้สิ่งรอบกาย แล้วคุณล่ะ มองเห็นอะไรบ้างหรือยัง?

ที่มาข้อมูล Sciencedirect, Newatlas