¿Qué tipo de materiales se llaman materiales biónicos? ¿Qué hace?
En la vida real entramos en contacto con muchos animales y plantas, y todos ellos pertenecen a la categoría de la biología. Todos los seres vivos de la Tierra están formados por combinaciones ideales de sustancias orgánicas e inorgánicas. Los materiales utilizados por plantas y animales para moldear sus cuerpos incluyen celulosa, lignina, quitina, proteínas y ácidos nucleicos. , sus estructuras son muy complejas. Algunos de los materiales de construcción de muchos organismos nos resultan completamente desconocidos. La mayoría de estos materiales se forman a temperatura y presión normales y pueden desempeñar funciones únicas. Cuando la gente comprenda plenamente estos fenómenos biológicos, podrán aplicarse a la ciencia y la tecnología de materiales, es decir, a los materiales biónicos.
Función:
1 Uno de los primeros materiales biónicos investigados con éxito es la fibra artificial fabricada imitando la sensación de contacto entre la fibra natural y la piel humana. Desde la antigüedad, la gente ha tenido un gran interés por los gusanos de seda o las arañas. Estas sedas están hechas de proteínas, específicamente seda, que tienen un tacto cálido y un brillo hermoso. Desde el siglo XX, la gente ha desarrollado varios métodos de hilado de fibras químicas imitando el proceso de hilado de los gusanos de seda, y luego ha desarrollado muchas fibras nuevas imitando la higroscopicidad, la transpirabilidad y otras propiedades de desgaste de las fibras biológicas, por ejemplo, la proteína de la leche y la fibra acrílica. , acrílico * * * polifibra (Toyobo), el nombre comercial es fibra escasa y altamente higroscópica (Asahi Kasei Chemical), etc. La aparición de estos productos muestra que los humanos han imitado con éxito la fina morfología de la superficie y la estructura interna de las fibras biológicas. Además, se han realizado investigaciones fructíferas sobre los filamentos de los gusanos de seda (Instituto de Investigación de Biorrecursos Agrícolas de Japón) y la seda de araña (Universidad de Shimane, Japón), y los investigadores esperan con ansias poder producir algún día seda artificial que sea exactamente igual a la seda.
Los animales que viven en la tierra tienen pulmones que pueden separar el oxígeno del aire. Los peces en el agua tienen branquias que pueden separar el oxígeno disuelto en el agua y suministrarlo al cuerpo. Para imitar esta característica, se han fabricado materiales de película delgada para generar altas concentraciones de oxígeno y separar agua ultrapura para lograr los objetivos de ahorro de energía y alta tasa de separación. Actualmente, se están desarrollando materiales para que funcionen como pulmones de animales y branquias de peces. Si se desarrollan con éxito, se producirá una nueva revolución en las actividades humanas en el mundo submarino.
Para mantener la vida, los seres vivos pueden convertir varias energías de manera muy eficiente. Este es un fenómeno que se puede ver en el vasto mundo biológico. Por ejemplo, se ha estudiado el mecanismo de luminiscencia de las luciérnagas, que se debe a la conversión eficiente de la energía química en energía luminosa. Aunque el hombre ha experimentado en el campo de la química el encanto de los ácidos nucleicos, la clave de la información genética, y ha logrado grandes avances en la realización de sus funciones en los tubos de ensayo, este método de conversión de energía similar al de las luciérnagas no es posible actualmente para los humanos. A medida que la energía utilizada en la Tierra se agota gradualmente, los seres humanos necesitan urgentemente encontrar nuevas fuentes de energía. Si podemos encontrar materiales y métodos que puedan convertir o recombinar energía de manera eficiente como lo hacen algunos organismos, traeremos esperanza y luz al futuro de la humanidad.
El huevo es la célula más grande de un animal que nace fuera del cuerpo de aves y reptiles. Su cáscara es calcárea, con clara y yema de huevo en su interior. El académico estadounidense Finks publicó una hipótesis muy interesante, creyendo que la estructura de los huevos tiene mucho que aprender tanto desde una perspectiva mecánica como de ingeniería, y que la tecnología de envasado humana palidece en comparación. Las cáscaras de huevo se forman mediante el mismo proceso que desarrolla dientes y huesos, llamado calcificación, y está relacionado con la química de la interfaz orgánica e inorgánica. Según informes relacionados, la gente está estudiando un hueso artificial. Se cree que en un futuro próximo, a través de la investigación sobre la tecnología de moldeo de materiales compuestos orgánicos-inorgánicos, la gente no sólo aprenderá y adoptará métodos biológicos de moldeo de cáscaras de huevo en la tecnología de envasado, sino que también abrirá nuevos campos en la medicina.
Las plantas también nos proporcionan muchos fenómenos interesantes. Por ejemplo, nuestra sandía común es una fruta con un contenido de agua altísimo. Inspirándose en esto, la gente desarrolló una resina altamente absorbente de agua similar a la celulosa de sandía. Está hecho de materiales poliméricos especialmente diseñados que pueden absorber de cientos a miles de veces más agua que su propio peso. Ahora se ha utilizado para reciclar aceite usado, lo que es a la vez económico y eficiente. Si este material se mejora aún más, el envasado y transporte de líquidos podría ser sustituido en el futuro por una tecnología completamente nueva. Por ejemplo, en el futuro las bebidas ya no se llenarán con vasos, sino únicamente con un trozo de película.
Las plantas también tienen muchos encantos únicos en las propiedades mecánicas de los materiales compuestos. Por ejemplo, mirando la sección transversal del bambú, un tejido llamado haces de fibras está densamente distribuido en la superficie del bambú, pero es muy raro dentro del bambú, formando un material compuesto de alta resistencia.
Sin embargo, cuando el bambú todavía es un brote, estos haces de fibras se distribuyen uniformemente en toda la sección transversal del brote. A medida que los brotes de bambú crecen, los haces de fibras se mueven gradualmente hacia afuera, formando finalmente la estructura óptima. Por poner otro ejemplo, los anillos de crecimiento de un árbol se forman por un crecimiento diferente en invierno y verano. Estos procesos que pueden crecer direccionalmente y formar materiales compuestos de alta resistencia han inspirado a la gente. Recientemente, ha habido una tendencia en el mundo de los polímeros a desarrollar compuestos direccionales de este tipo, lo que ciertamente no es una tarea fácil. Pero este creciente material compuesto también será una de las futuras direcciones de investigación de los materiales compuestos.
Finalmente, toca las hojas de Mimosa con tus manos, y se encogerán como animales. Inspirándose en esto, Ueda, de la Corporación Olympus de Japón, desarrolló un endoscopio que puede extenderse hasta el intestino delgado. Utilizó un material de membrana elástica similar a la estructura superficial de una hoja de mimosa en la parte cilíndrica del endoscopio. Este material se estirará o doblará automáticamente en la dirección axial bajo la presión del líquido intestinal, manteniendo así la parte cilíndrica del endoscopio. la misma forma que tus intestinos.
En resumen, los materiales biónicos utilizan materiales poliméricos artificiales para imitar las funciones de las células, fibras, diversos órganos y todo el organismo.