Meskipun nanoteknologi biasanya digambarkan sebagai penemuan manusia baru-baru ini, di alam, pada kenyataannya, seseorang dapat menemukan arsitektur berskala nano penuh. Mereka mendasari fungsi vital berbagai bentuk kehidupan, dari bakteri hingga beri, dari tawon hingga paus. Penggunaan nanoteknologi di alam dapat ditelusuri kembali ke struktur alami yang ada 500 juta tahun yang lalu. Berikut ini hanya lima sumber inspirasi yang dapat digunakan para ilmuwan untuk menciptakan teknologi generasi baru:
1. Warna struktural
Pewarnaan jenis
kumbang dan kupu-kupu tertentu diperoleh karena kolom nanoscopic yang terletak pada jarak yang diperlukan dari satu sama lain. Mereka terdiri dari gula, misalnya,
kitosan , atau protein, misalnya,
keratin ; lebar slot antara kolom dipilih sehingga cahaya memiliki warna atau kilau tertentu.
Keuntungan dari strategi ini adalah keberlanjutan. Pigmen dalam cahaya diputihkan, dan warna struktural tetap stabil untuk waktu yang sangat lama. Sebuah
studi baru-baru
ini tentang pewarnaan struktural
berry marmer biru metalik melibatkan spesimen yang dikumpulkan kembali pada tahun 1974, yang mempertahankan warnanya meskipun fakta bahwa mereka telah lama mati.
Arsitektur kompleks retakan pada sayap kupu-kupu Thecla opisena.
Keuntungan lain adalah warnanya dapat diubah dengan memvariasikan ukuran dan bentuk celah, atau mengisi pori-pori dengan cairan atau uap. Seringkali tanda warna struktural adalah perubahan mencolok dalam warna sampel setelah direndam dalam air. Beberapa struktur pada sayap sangat sensitif terhadap kerapatan udara di celah-celah sehingga perubahan warna sebagai respons terhadap perubahan suhu.
2. Visibilitas jarak jauh
Selain hanya memantulkan cahaya pada sudut untuk menciptakan tampilan warna, beberapa lapisan ultra tipis dari panel celah sepenuhnya menyebarkan sinar cahaya yang menerpa mereka. Refleksi dan pemblokiran semacam itu secara simultan mengarah pada munculnya efek optik yang luar biasa - misalnya, seekor
kupu -
kupu , yang sayapnya dapat dilihat dari
800 m , atau kumbang dengan
sisik putih cerah hanya setebal 5 mikron. Struktur ini sangat mengesankan sehingga dapat melebihi benda yang dibuat secara buatan 25 kali lebih tebal dari mereka.
3. Adhesi
Kaki tokek dapat berikatan kuat dengan hampir semua permukaan keras dalam milidetik, dan terlepas dari itu tanpa usaha yang terlihat. Adhesi ini
murni bersifat
fisik tanpa
interaksi kimia dari cakar dengan permukaan.
Mikro dan struktur nano dari cakar tokek
Lapisan lengket aktif dari cakar tokek adalah lapisan bulu nanoscopic bercabang - “spatul”. Panjang spatula adalah 200 nm. Beberapa ribu spatula ini melekat pada "set" berukuran mikron. Mereka terdiri dari keratin yang sangat fleksibel. Meskipun studi tentang mekanisme yang tepat dari perlekatan dan pelepasan spatula masih berlangsung, fakta bahwa mereka dapat bekerja tanpa bahan kimia lengket adalah sifat yang mengesankan.
Cakar tokek memiliki kemampuan luar biasa lainnya. Mereka membersihkan diri, menahan adhesi dan, secara default, bulu dan cakar dipisahkan satu sama lain. Sifat seperti itu menyebabkan asumsi bahwa di masa depan perekat, baut dan paku keling dapat dibuat dalam satu proses tunggal dengan menerapkan keratin atau bahan serupa ke bekisting yang berbeda.
4. Kekuatan keropos
Bentuk terkuat dari padatan apapun adalah kristal tunggal, seperti berlian, di mana atom berdiri dalam urutan yang hampir sempurna dari satu ujung objek ke ujung lainnya. Hal-hal seperti batang baja, lambung pesawat terbang atau pelapis mobil bukanlah kristal utuh, melainkan polikristalin, dalam struktur yang mirip dengan mosaik partikel. Oleh karena itu, secara teori, kekuatan bahan tersebut dapat ditingkatkan dengan meningkatkan ukuran partikel, atau dengan mengubah seluruh struktur menjadi kristal tunggal.
Kristal sangat berat, tetapi alam memiliki solusi untuk masalah ini dalam bentuk pori berstruktur nano. Struktur yang dihasilkan, yang dikenal sebagai
mesocrystal , adalah versi yang paling tahan lama. Duri bulu babi dan moluska dengan cangkang mutiara memiliki struktur mesokristalin. Makhluk-makhluk ini memiliki cangkang yang sangat ringan yang dapat eksis pada kedalaman yang luar biasa dengan tekanan tinggi.
Secara teoritis, bahan mesocrystalline dapat diproduksi, meskipun dengan proses yang ada saat ini ini akan membutuhkan manipulasi yang kompleks. Nanopartikel kecil perlu diputar sampai mereka sejajar dengan bagian lain dari mesokristal yang tumbuh dengan ketepatan atom, dan mereka juga perlu dibangun di sekitar lapisan lunak untuk akhirnya mendapatkan jaringan berpori.
5. Orientasi bakteri
Bakteri magnetotaktik memiliki kemampuan luar biasa untuk merasakan medan magnet, termasuk medan bumi, menggunakan rantai kecil nanokristal - magnetosom. Ini adalah butiran dari 30 hingga 50 nm, terdiri dari magnetit (suatu bentuk oksida besi), atau, lebih jarang, dari greghite (kombinasi besi dan belerang). Beberapa fitur magnetosom bekerja secara bersamaan untuk mendapatkan "jarum kompas" lipat, berkali-kali lebih sensitif daripada instrumen manusia.
Meskipun "sensor" ini hanya digunakan untuk navigasi jarak pendek (bakteri magnetotactic hidup dalam genangan air), akurasinya luar biasa. Mereka tidak hanya dapat bernavigasi di ruang angkasa - ukuran butiran variabel berarti kemampuan untuk menyimpan informasi, dan pertumbuhan hanya diamati pada senyawa atom yang paling sensitif terhadap magnet.
Namun, karena oksigen dan belerang sangat aktif dikombinasikan dengan besi, menghasilkan magnetit, gregit, dan 50 senyawa lain, yang sangat sedikit bersifat magnetis, keterampilan yang luar biasa diperlukan untuk produksi yang disengaja dari rantai magnetosome yang benar. Trik seperti itu masih di luar kemampuan kita, tetapi di masa depan dalam navigasi, dimungkinkan untuk membuat revolusi jika para ilmuwan belajar meniru struktur seperti itu.