자연은 종종 예술가에서 재료 과학자에 이르기까지 많은 전문가들에게 영감의 원천으로 작용해왔다. 생명공학에서 자연 물질은 충격력과 에너지를 견딜 수 있는 능력과 같은 본질적으로 독특한 특성 때문에 종종 영감의 원천이 된다. 자연은 또한 생체고분자와 미생물 플라스틱과 같은 광범위한 친환경 재료를 제공하여 여러 회사가 보다 지속 가능한 관행으로 전환할 수 있도록 합니다.
서론
다양한 기술의 개발을 위한 자연적인 생물학적 메커니즘과 구조의 활용은 종종 '생물 모방'이라고 불린다. 정의에 따르면, 생체모방은 생물학적 과정의 기본 원리를 이해하고 이러한 개념을 생물에서 영감을 받은 제품의 개발에 적용하는 것을 목표로 한다. 단일 세포에서 인간에 이르는 모든 생물학적 유기체의 다양성의 결과로써, 연구자들은 또한 신기술 개발을 위한 광범위한 다양한 유기체로부터 영감을 받았다. 최근의 한 연구는 식물과 곤충이 생물모방의 가장 인기 있는 원천이라는 것을 발견했는데, 이것은 이 종들의 다양성과 생존 능력 때문일 가능성이 높다. 게다가, 약 100만 종의 곤충과 30만 종의 식물들로 추정되는 이 두 그룹의 거대한 크기는 그들의 세계적인 분포와 높은 수준의 다양성에 기여한다. 식물과 곤충 모두 강력한 기술을 개발하려는 연구자들에게 영감의 원천이 되는 주어진 환경에 대한 예외적인 생존 방법을 개발했다.
생체모방 및 재료개발
물질의 설계와 개발을 위한 영감의 원천으로 사용될 때, 생체모방은 종종 4개의 다른 그룹으로 분류된다. 여기에는 스마트 재료, 표면 개조에 기반한 재료, 재료 아키텍처 및 대상 응용 프로그램이 포함됩니다.
스마트 재료
예를 들어, 생체 모방 스마트 소재는 외부 자극에 따라 유사하게 반응하고 변할 수 있는 재료를 설계하기 위해 종종 자연적 과정에 주목한다. 이러한 적응형 반응 물질은 지능형 나노 물질, 트리거 방출 구조, 특정 자극에 따라 색상 및/또는 강성을 변화시키는 물질, 그리고 수분 반응성 및 소수성 변화 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 다른 종류의 유기체는 특이하고 매우 민감한 수용체의 존재로 인해 화학적 자극의 존재를 감지할 수 있다. 생체모방을 위한 영감의 원천으로 작용한 가장 일반적인 화학 자극에는 pH 변화와 금속 이온이 포함된다. 예를 들어, 하이드로겔 작동 통합 반응 시스템(HAIRS)은 물고기와 양서류 모두의 피부에 존재하는 섬모의 감지 메커니즘을 기반으로 한다. pH 변화가 발생하면 HIRS의 하이드로겔은 수축된 상태에서 붓고 곧은 위치로 전환된다. 화학적 자극을 감지하는 것 외에도 빛, 열 및 수분 함량과 같은 물리적 자극은 스마트 물질의 변화를 촉진할 수 있다. 최근 에너지 효율이 높은 가스와 전기 히터는 예를 들어, 적외선(IR) 파장의 초점을 맞추고 방향을 잡는 바닷가재 눈의 능력에서 영감을 얻고 있다.
표면 수정
자연에서 영감을 받은 물질의 두 번째 범주는 표면 특성을 변화시키도록 설계된 물질을 포함한다. 이러한 유형의 재료에는 방진제, 반사 방지 및 항균성 표면뿐만 아니라 접착 스탬프 및 내마모성 코팅도 포함될 수 있다. 예를 들어 발수성 물질은 식물의 소수성 표면에서 영감을 얻는 경우가 많다. 예를 들어, Lotus 잎 효과는 Lotus®, NanoSphere® 및 Greenshield®를 포함한 다양한 발수 기술의 발전에 영감을 주었습니다. 세균성 바이오 필름은 물과 에탄올, 아세톤을 포함한 다양한 다른 액체를 물리칠 수 있는 능력으로 인해 다양한 용도로도 사용되어 왔다.
재료 구조
생체 모방 재료는 또한 자연 재료를 닮은 새로운 모양과 구조적 배치를 특징으로 할 수 있다. 이러한 재료에 대해 종종 요구되는 다른 특성 중 일부는 경량, 고강도 및 단열재를 포함한다. 예를 들어, 천연 내골격과 외골격은 종종 고강도 재료 개발을 위한 영감의 원천으로 여겨져 왔다. 예를 들어, 새의 골격은 가볍고 교차하는 내부 구조로 구성된 많은 공 압화 된 뼈로 구성되어 있으며, 이 모든 것이 비행 중 인장 강도에 기여한다. 그 결과, 조류 뼈의 모양과 재료 특성은 비행기를 위한 새롭고 가벼운 구조물을 개발하는 영감의 원천으로 사용되어 왔다. 딱정벌레의 앞날개는 서로 연결된 부착물에 의해 형성된 두 개의 단단한 층으로 구성되어 있다. 비틀 리트라만의 독특한 구조는 이 앞날개가 높은 압력에 견딜 수 있게 해 주는데, 이것은 많은 새로운 건축 재료들의 매우 바람직한 특성이다. 사람의 치아의 외부 층은 스스로 회복하고 미래에 큰 균열을 예방하기 위해 매일 먹는 것의 압력을 흡수하는 몇 가지 미세 균열을 특징으로 한다. 지속적인 스트레스에 대한 인간의 치아에 의한 이러한 자연스러운 적응은 기계적 스트레스에 저항할 수 있는 새로운 합성 물질의 설계 과정에서 영감의 원천이 되었다.
응용 프로그램 대상
생체 모방 또한 기존의 기술 적응한 특별한 형식보다는 기술적 플랫폼의 전혀 새로운 형식 개발을 사용하여 향상할 수 있습니다. 이러한 특별한 응용 프로그램, 풀, 고무, 도자기, 의료 애플리케이션을 포함하여 다양한 기존의 재료 발전했습니다.
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