موضوع اصلی نانوتکنولوژی مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. طبیعت الهام بخش بسیاری از اکتشافات دانشمندان در حوزه نانوست ، شمارا با حیواناتی آشنا می کنیم که از نانوساختارها بهره می برند.
به گزارش حکیم مهر به نقل از آی بانو، فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش میدهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. طبیعت الهام بخش بسیاری از اکتشافات دانشمندان در حوزه نانوست، شمارا با حیواناتی آشنا می کنیم که از نانوساختارها بهره می برند.
چشم های نامرئی
قلمرو حیوانات به فرمهای بی نظیری می بالد، از گردن دراز زرافه تا منقار قاشق شکل پرنده و چنگال سوسک غول پیکر. اما تکامل در مقیاس های بسیار کوچکتر هم اتفاق می افتد و نانوساختارهای ریز شده تولید میکند(نانوساختار: قطعاتی به عرض کمتر از یک میلینیوم متر یا کوچکتر از1/20 پهنای موی سر انسان) که به جانوران کمک میکند بالا بروند، غلت بخورند، استتار کنند، بجهند، و جلو بروند.
چشم مرکب حشره راکه دارای 50 تا 10000 سطح منحصر به فردی که هر کدام شامل مجموعه ی از شبکه های نوری است را در نظر بگیرید. به منحنی به ظاهر صاف این سطوح دقت کنید، در بسیاری از حشرات ـ مثل مگس ـ خواهید دید که آنها به ردیفی از برآمدگی ها در مقیاس نانو به نام "غده های قرنیه ای" مجهزند. برآمدگی های ریز که قطرشان از 50 تا 300 نانومتر متغیر است به حشرات کمک میکنند که استتار کنند: با شکستن سطح صاف قرنیه ،تشعشعی که به چشم می رسد و میتواند شکارچی را از حضور حشره آگاه کند، شکسته میشود. الگوی غده های مقیاس نانو روی چشم حشرات الهام بخش پوششهای ضد بازتابی جدید برای باطری های خورشیدی است.
در سال 2010 دانشمندان آلمانی کاربرد مفید دیگری را برای غده های قرنیه ای کشف کردند: دانه های گرده، ذرات گرد و غبار، و دیگر ذرات ریز را از چشم حشره دور میکند. بافت برآمده به معنی فضای کمتر برای چسبیدن ذرات ریز به آن است. پس حتی وقتی بدن حشره کثیف میشود، چشمهایش تمیز باقی میماند.
بالهای خیره کننده
بسیاری از رنگ های درخشان بال های پروانه با نانوساختارها تولید می شود نه با رنگدانه هایی مثل ملانین که ته رنگ پوست ماست.اجزا بالهایشان از شبکه ها، برآمدگی هاو تورفتگی هایی درمقیاس نانو ، که از جنس پروتئینی به نام چیتین است ، تشکیل میشود. برخلاف رنگدانه ها که رنگ را با جذب بعضی طول موج های نور و انعکاس بقیه تولید میکنند، نانوساختارها، طوری هستند که نور را در جهات مختلف منحرف و پراکنده میکنند و رنگهای خاص را به چشم ما باز میگردانند. این پراکندگی همچنین میتواند بال را رنگین کمانی کند، یعنی با تغییر زاویه رنگ آن تغییر میکند.
وقتی گرما به شکل پرتو نامرئی مادون قرمز، به نانوساختارهای چیتین میرسد، منبسط میشوندو شکلشان و رنگهایی که ساطع میکنند تغییر میکند. دانشمندان روی کنترل این قابلیت کار میکنند که گیرنده های تصویر گرمایی بسیار حساس برای دید در شب تولید کنند. با پوشاندن بالهای یک پروانه ی مورفو آبی با نانوپلاستیکهای کربنی که تاثیررا چند برابر میکند، محققان حشره را به گیرنده ای تبدیل کردند که وقتی دمایش تنها 1.25درجه تغییر میکند، رنگ عوض میکند.
پرهای درخشان
پروانه ها تنها حیواناتی نیستند که تکنولوژی نانو را با اهداف زیبایی به کار گرفته اند، پرنده ها هم همینطور هستند که صف خیره کننده ی رنگهایشان از ترکیب سلولهای تولید کننده ی رنگدانه و طراحی مقیاس نانو به وجود میایند.
در استرالیا و نیوزیلند ، پنگوئن کوچک "یودیپتولا ماینر" به جای پرهای مشکی که قدیمی تر (و رسمی تر) هستند، پرهای آبی تیره دارند. سال گذشته دانشمندان دانشگاه ایکرون در اوهایو از تصویر برداری اشعه ایکس و دیگر تکنیکها استفاده کردند تا کشف کنند که پنگوئن رنگ آبی را به شیوه ای کاملا جدید تولید میکند: با دسته ای از نانوفیبرهای یکسان، مانند مشتی اسپاگتی خام که نور را برای تولید آبی پررنگ ساطع میکنند. فیبرهای 180 نانومتری از بتاکراتین ساخته شده اند، پروتئینی مشابه پروتئین موی سر انسان. فیبرهای مشابه قبلا در پوست آبی بعضی پرنده ها یافت شده است که بیشتر از کلاژن ساخته شده اند تا کراتین اما نه قبل از پرهای آبی.
حشرات جاذب انرژی خورشیدی
غالب فعالیت اکثر زنبورها در صبح است و در ظهر، وقتی که گرمای خورشید شدت میگیرد، به طور قابل ملاحظه ای از فعالیتشان کاسته میشود.ولی زنبور سرخ آسیایی که در زیر زمین لانه می سازد اینگونه نیست.هرچه تشعشع خورشید بیشتر شود زنبورهای سرخ کارگر حفاری بیشتری انجام میدهند.دلیل این امر، که محققان به آن رسیدند، احتمالا این است که ساختار استخوان بندی حشرات در مقیاس نانو مثل یک پیل خورشیدی عمل میکند.بدین صورت که جذب نور خورشید می تواند انرژی زنبورها را برای فعالیتشان تامین کند.
در قسمت قهوه ای شکم زنبور، لایه هایی بر روی پوست آن با شیارهایی به ارتفاع 160 نانومتر به طور برجسته روی بدن زنبور شکل گرفته. این شیارهای شبکه ای به جذب نوری که به بدن زنبور می تابد، کمک می کند و آن را در داخل پوست پخش می کند. بخش زرد که به صورت درهم و کوچک و به ارتفاع 50 نانومتر برآمده است نیز نور را جذب میکند. تحقیقات نشان داده که (xanthoperin )، رنگ دانه ای که باعث ایجاد رنگ زرد در زنبور می شود، می تواند به عنوان مبدل نور به الکتریسیته استفاده شود.این عمل که در درون حشرات صورت می گیرد، می تواند دلیل اینکه آنها در روزهای آفتابی بیشتر فعالیت میکنند را شرح دهد.همانطور که قبلا گفته شد، زنبورهای استوایی در حالت بیهوشی، وقتی در معرض تابش پرتو UV قرار می گیرند زودتر بهوش می آیند.
پوست لغزان
به نظر می رسد مارهایی مثل مارهای پیتون توپی با کمترین تلاش حرکت لغزشی خود را انجام می دهند.اما در واقع حرکت آنها طی یک فعل و انفعال پیچیده عضلانی در مقیاس کوچک فیزیکی صورت میگیرد. شکم یک مار از موهای بسیار ریزی، که به آنها microfibrils گفته میشود، در مقیاس نانو پوشیده شده که عرضشان کمتر از 400 نانومتر است.همه این موها در یک جهت تا انتهای دم مار کشیده شده اند.طول آنها تقریبا 200 نانومتر است که به مار اجازه میدهد رو به جلو سر بخورد ولی امکان حرکت رو به عقب را به مار نمی دهد.درست مثل یک ردیف میخ یک طرفه. اصطکاک فوق العاده زیادی که فقط در یک مسیر وجود دارد مانع از به پهلو افتادن مار میشود، حتی اگر مار بر روی یک مسیر کج قرار بگیرد.
پنجه های نانوتک
مارمولک توکا برای چسبیدن به درختان،دیوارها، پنجره ها و حتی سقفها از تکنولوژی نانو استفاده می کند.پاهای مارمولک از موهای بسیار ریز setae ، که مشتق شده از هزاران موی ریز پارو شکل می باشدٰ، پوشیده شده.این مشتقات یا spatulae به عرض 200 نانو متر تا نوک پای آن گسترانیده شده است.
سطوح spatulae اثر نیروهای واندر والس که نیروی الکتریکی ضعیفی است بین مولکولهای بدن مارمولک و مولکولهای جایی که به آن چسبیده است را به بیشترین مقدار می رساند. نیروی ترکیبی به حدی قوی است که مارمولک می تواند کل وزن خود را از یک پنجه خود حتی روی یک تکه شیشه آویزان کند.مهندسان از نانو لوله های کربنی setae برای ساختن نوار چسبهای بسیار قوی، چسب ها و حتی روباتهای مارمولک بالارونده از دیوار استفاده کرده اند.
تار فوق سخت
تارهای عنکبوت مقاومترین ماده در برابر تحمل وزن است که تاکنون شناخته شده.این تارها از آهن نیز سخت تر هستند.در مقابل باد مقاوم اند و بدون آنکه تکه تکه شوند حشرات را به دام می اندازند.
این تارها قدرت خود را از کریستالهای ریز پروتئینی که اندازه آنها در حد چندین نانو متر است و مثل یک پن کیک به هم چسبیده اند، می گیرد.در سطح اتمی، این لایه ها به وسیله زنجیرهای هیدروژنی به هم وصل شده اند.این زنجیرها در واقع خیلی هم مقاوم نیستند، اما این یک حسن است، چون آنها به آسانی از هم باز میشنود و دوباره شکل میگیرند که این امر به تار اجازه میدهد به جای اینکه زیر فشارمثل یک شاخه بشکند، منبسط و منعطف شود.
