Hal pertama yang Anda perhatikan tentang departemen koleksi entomologi, divisi Lepidoptera, di Museum Sejarah Alam Smithsonian adalah aroma yang samar-samar dan tidak asing lagi. Kapur barus. Secara singkat saya merenungkan ironi kosmis kapur barus di ruangan yang penuh dengan ngengat (dan kupu-kupu, garis keturunan ngengat berevolusi untuk terbang di siang hari) sebelum beralih ke Bob Robbins, ahli entomologi penelitian. "Ada banyak serangga yang akan memakan serangga kering, " katanya, "jadi secara tradisional Anda mencegah hama itu menggunakan naphthalene, atau kapur barus."
Dari Kisah Ini
[×] TUTUP
Para ilmuwan meyakini sayap warna-warni kupu-kupu morfos dapat digunakan dalam teknologi untuk memberi manfaat bagi manusia
Video: Bagaimana Butterfly Wings Menginspirasi Inovasi
Konten terkait
- Bahan Terinspirasi Keong-Shell Ini Bisa Membuat Helm dan Body Armor Lebih Aman
- Desain Pesawat Terinspirasi oleh Alam dan Diaktifkan oleh Tech
- Ilmuwan Membuat Robot Seperti Cacing Yang Bisa Beringsut Sepanjang Tanah
- Ketika Hewan Menginspirasi Penemuan
- Bagaimana Alam Membuat Kita Lebih Cerdas
Kapur barus telah dihapus (untuk membekukan spesimen baru untuk membunuh hama), tetapi bau yang masih melekat, serta laci serangga yang tak berujung disematkan di kaca dan dengan hati-hati disusun berderet-deret lemari baja untuk anak cucu taksonomi, hanya mempertinggi rasa usia di ruang sunyi. Waktu tampaknya berdiri diam seperti jutaan spesimen.
Tetapi lihat melalui laci-laci itu, melalui skuadron burung layang-layang dan ngengat yang berjarak tepat, dan sebuah ide yang berbeda mulai terbentuk: Ini bukan repositori yang tidak aktif, tetapi sebuah laboratorium yang menyelidiki perusahaan yang sangat sukses. Lebih dari 150 juta tahun, "produk-produk" ini telah di-prototipe dengan kejam, diuji pasar, ditingkatkan, disempurnakan dan dibuat baru dan ditingkatkan saat dunia di sekitar mereka berubah. Masing-masing spesimen rapuh ini adalah paket inovasi yang menunggu untuk dipahami dan diadaptasi.
Ini adalah gagasan di balik disiplin biomimikri yang semakin berpengaruh: bahwa kita manusia, yang telah mencoba membuat sesuatu hanya dengan kedipan mata evolusi, harus banyak belajar dari proses panjang seleksi alam, apakah itu cara membuat sayap lebih aerodinamis atau kota lebih tangguh atau tampilan elektronik lebih hidup. Lebih dari satu dekade yang lalu, seorang lulusan MIT bernama Mark Miles mencoba-coba di bidang mikro-elektromekanis dan pengolahan bahan. Ketika dia menelusuri majalah sains, dia terhenti oleh sebuah artikel tentang bagaimana kupu-kupu menghasilkan warna di sayap mereka. Warna biru cemerlang dari berbagai spesies Morpho, misalnya, tidak berasal dari pigmen, tetapi dari "warna struktural." Sayap-sayap itu menampung kumpulan skala nano dari lempeng sirap, yang bentuk dan jaraknya dari satu sama lain diatur dalam pola yang tepat yang mengganggu. panjang gelombang cahaya reflektif untuk menghasilkan biru cemerlang. Untuk membuat pigmen biru yang sama akan membutuhkan lebih banyak energi — energi yang lebih baik digunakan untuk terbang, memberi makan dan bereproduksi.
Miles bertanya-tanya apakah kemampuan ini bisa dieksploitasi dengan cara tertentu. Di mana lagi Anda ingin warna yang sangat jelas dalam paket tipis? Tentu saja: dalam tampilan perangkat elektronik. Qualcomm, yang mengakuisisi perusahaan yang dibentuk Miles untuk mengembangkan teknologi, menggunakannya dalam tampilan Mirasol. "Kami mengeksploitasi fenomena gangguan optik, " kata Brian Gally, direktur senior manajemen produk di Qualcomm. Bersembunyi di bawah permukaan kaca adalah array luas modulator interferometrik, intinya cermin mikroskopis (10 hingga 50 mikron persegi) yang bergerak naik dan turun, dalam mikrodetik, untuk menciptakan warna yang tepat.
Seperti sayap kupu-kupu, "layarnya mengambil cahaya putih sekitar kita, cahaya putih atau sinar matahari, dan melalui interferensi akan mengirim kita kembali gambar warna, " kata Gally. Tidak seperti layar LCD konvensional, Mirasol tidak harus menghasilkan cahayanya sendiri. "Kecerahan tampilan secara otomatis berskala dengan cahaya sekitar." Sebagai hasilnya, Mirasol mengkonsumsi sepersepuluh dari kekuatan pembaca LCD. Qualcomm menggunakan layar dalam e-reader dan menawarkannya untuk lisensi kepada perusahaan lain.
Meskipun biomimikri telah mengilhami inovasi manusia selama beberapa dekade — salah satu contoh yang paling sering dikutip adalah Velcro, yang dipatenkan insinyur Swiss Georges de Mestral pada tahun 1955 setelah mempelajari bagaimana bur menempel di pakaiannya — teknologi yang lebih baik dan penelitian yang lebih bernuansa telah memungkinkan adaptasi yang semakin kompleks. . Perangkat lunak desain yang diciptakan oleh peneliti Jerman Claus Mattheck — dan digunakan pada mobil Opel dan Mercedes — mencerminkan cara pohon dan tulang mendistribusikan kekuatan dan muatan. Penggemar yang diciptakan oleh Pax Scientific meminjam dari pola berputar-putar rumput laut, nautilus dan whelks untuk menggerakkan udara lebih efisien. Rumah kaca yang diairi air asin di gurun Qatar akan menggunakan kondensasi dan trik penguapan yang diperoleh dari hidung unta. Sekarang, sebagian berkat kelanjutan inovasi dalam pembuatan skala nano, pabrikan membawa beragam produk ke pasar.
Biomimikri itu sendiri bukan produk tetapi sebuah proses, menggambar pada organisme alami dan proses untuk memicu inovasi. Organisasi dan bahkan kota-kota dapat mencari inspirasi ekosistem, kata Tim McGee, seorang ahli biologi dan anggota Biomimicry 3.8, sebuah konsultasi berbasis di Montana. Di Lavasa — digambarkan sebagai “kota bukit terencana pertama di India” oleh para pengembangnya, yang berharap pada akhirnya akan membangun rumah untuk lebih dari 300.000 orang di sana — guild berkonsultasi dengan arsitek lansekap. Dengan demikian strategi penanaman termasuk pohon gugur, membentuk kanopi untuk ditangkap, dan kemudian merefleksikan, melalui penguapan, hampir sepertiga dari hujan monsun yang menerpa itu. Efek itu bertindak "seperti mesin yang menggerakkan monsun ke daratan, " kata McGee, yang membantu mencegah kekeringan di sana. Bentuk daun beringin yang efisien secara hidrodinamik mempengaruhi desain sirap atap penyalur air yang lebih baik, sementara sistem peralihan air diilhami oleh cara semut pemanen mengarahkan air menjauh dari sarang mereka. "Kota" Lavasa pertama telah selesai, dengan empat lainnya diproyeksikan untuk diikuti pada tahun 2020.
Semua orang berbicara tentang cara-cara untuk mengurangi jejak manusia, atau untuk mendapatkan dampak "net zero". Tetapi alam, kata McGee, biasanya selangkah lebih maju: “Hampir tidak pernah nol bersih — keluaran dari sistem itu biasanya bermanfaat bagi segala sesuatu di sekitarnya.” Bagaimana jika kita dapat membangun kota kita dengan cara yang sama? "Bagaimana jika, di New York City, saat hujan, air yang masuk ke Sungai Timur lebih bersih daripada saat jatuh?" Dan bagaimana jika, ketika hutan terbakar, nyala api dapat dipadamkan dengan cara yang tidak bergantung pada zat beracun? ”Alam menciptakan penghambat api yang tidak beracun, ” catat McGee. "Kenapa kita tidak bisa?"
Selama bertahun-tahun para peneliti telah berfokus pada kimia penghambat api, tanpa hasil. Tetapi mungkin proses alami dapat menawarkan beberapa jalan menuju inovasi di laboratorium, kata McGee. Mungkin itu adalah cara kerucut jack-pinus terbuka di hadapan panas (untuk memungkinkan reproduksi bahkan ketika api menghancurkan hutan), atau cara pohon eucalyptus menumpahkan potongan-potongan kulit kayu cepat terbakar untuk menyedot oksigen dan mengambil api dari sumber utama bagasi. Jaime Grunlan, seorang insinyur mekanik di Texas A&M, telah mengembangkan kain tahan api yang menggunakan kitosan, bahan terbarukan yang diambil dari lobster dan kulit udang (dan kerabat kimia chitin di sayap kupu-kupu), untuk membuat lapisan polimer nanolayer itu, ketika terkena panas, menghasilkan "cangkang" karbon yang melindungi kain.
Lepidoptera melambangkan beberapa masalah yang telah dipalu pada meja kerja alam selama ribuan tahun. Dalam panggilan evolusi dan respons antara mangsa dan predator, banyak ngengat telah mengembangkan kemampuan untuk mendeteksi klik ultrasound dari kelelawar, dan beberapa bahkan dapat mengirim tanda balasan yang membingungkan. Sayap kupu-kupu cenderung hitam lebih dekat ke tubuh mereka, untuk membantu menangkap panas. Sayap-sayap itu ditutupi dengan lapisan yang tahan kontaminan — sayap itu bersih sendiri. "Mata" hias pada sayap itu, yang dimaksudkan untuk menakuti predator, sering diposisikan di dekat tepi untuk meminimalkan kerusakan sayap jika kupu-kupu digigit.
Dan kemudian ada warnanya — apa yang kita pikirkan ketika kita memikirkan kupu-kupu. "Orang-orang menyebutnya bunga terbang, " kata Robbins. Sementara beberapa menggunakan warna untuk kamuflase, spesies yang paling jelas pergi ke jalur lain, mengiklankan toksisitas mereka kepada calon pemangsa di layar mencolok. Penulis David Quammen menjuluki mereka "belerang dunia alami, " "eksperimen evolusi dalam kelebihan dekoratif belaka." Secara keseluruhan, Quammen menulis, kupu-kupu "mewakili cita-cita manis dan rahmat lembut yang tampaknya hampir tidak bersalah dari seluruh bebas evolusi tanpa ampun -untuk semua. ”Dan ada banyak inspirasi yang menunggu untuk terbang dengan sayap-sayap raksasa itu.
Para peneliti di Universitas Shanghai Jiao Tong, terinspirasi oleh kupu-kupu burung — daerah hitam sayapnya memungkinkan penyerapan cahaya hampir total, untuk memerangkap panas — menciptakan film karbon amorf super-hitam yang serupa secara struktural untuk membantu menciptakan teknologi surya yang lebih efisien. Sebuah proyek bernama NOtES, yang tumbuh dari penelitian di Simon Fraser University di British Columbia, menggunakan struktur skala cahaya yang mengganggu untuk membuat perangko anti-pemalsuan yang lebih sulit untuk retak daripada hologram dan dapat "dicetak" tidak hanya di bank catatan, tetapi pada seluruh jajaran objek lainnya. Tag identifikasi frekuensi radio (RFID), yang digunakan untuk semuanya, mulai dari pelacakan inventaris hingga pengindraan kinerja ban seseorang, cenderung tidak berfungsi dengan baik di lingkungan yang ekstrem, terutama di mana ada air atau logam. Maka sebuah perusahaan bernama Omni-ID mengadaptasi prinsip interferensi untuk membuat RFID yang lebih andal, menggunakan timbangan logam kecil dalam tag untuk meningkatkan transmisi sinyal radio.
Mengingat bahwa Morpho menyebarkan warna untuk menarik perhatian, tampaknya tepat bahwa kupu-kupu juga telah mengilhami mode manusia. Donna Sgro, seorang perancang busana di Sydney, Australia, dan menggambarkan diri sendiri "sesekali lepidopterist, " menciptakan tiga gaun dari kain yang disebut Morphotex, bahan biru bebas-warna pigmen yang menarik warnanya dari gangguan optik. Sgro mengatakan bahwa sementara Morphotex menghilangkan kebutuhan pewarna (dan dengan demikian berpotensi menghasilkan jejak lingkungan yang lebih kecil), minatnya berkisar di luar "pendekatan desain tipe-solusi-masalah" yang biasanya cenderung diikuti oleh para biomimis. Fesyen, bagaimanapun, lebih dari sekadar kebutuhan dasar akan pakaian. Bagaimana cara alam menggunakan estetika menginformasikan cara kita melakukannya? Sgro sekarang belajar untuk PhD di bidang biomimikri dan fashion di Royal Institute of Fashion di Melbourne.
Robbins dan aku meninggalkan pusat koleksi Natural History Museum dan pergi ke Butterfly Pavilion di dekatnya, dan itu seperti pesta cinta lepidoptera. Seorang wanita mengarahkan smartphone-nya untuk memotret Monarch yang sedang memakan bunga. Seorang turis Jepang berseru ketika Gulf Fritillary mendarat di tas bahunya. Seorang anak menjerit ketika pelphe Morpho perlahan mengayunkan sayapnya yang berwarna biru. Tidak mudah membayangkan adegan ini terjadi dengan serangga lain; adil atau tidak, kami tidak mengunjungi grub atau paviliun semut.
Saya bertanya tentang daya tarik khas serangga-serangga ini. "Mereka tidak menyengat, mereka tidak menggigit, " katanya. “Yang dilihat orang umumnya cantik. Beberapa dari mereka berbahaya secara pertanian, tetapi mereka adalah orang-orang yang sangat ramah dan mereka jauh lebih cantik daripada kebanyakan serangga lainnya. ”Jika saja, saya pikir, orang-orang sekarang dapat mengetahui betapa bergunanya semua keindahan itu.
