สร้างนวัตกรรมด้วย...นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ
ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมานี้ วงการอุตสาหกรรมและธุรกิจทั่วโลกเริ่มหันมาสนใจการพัฒนาผลิตภัณฑ์และนวัตกรรมใหม่ๆ โดยใช้วิธีการเลียนแบบธรรมชาติจากการใช้ความรู้ความเข้าใจในสาขาวิชาฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และสาขาวิชาอื่นๆซึ่งมีรายละเอียดในการ
ศึกษาที่ลงลึกไปในระดับโครงสร้างของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่มีคุณสมบัติพิเศษ เพื่อนำมาใช้ในการออกแบบและพัฒนาเทคโนโลยี โดยเฉพาะคุณสมบัติ
พิเศษที่พบในพืชและสัตว์ชนิดต่างๆ
โดยเฉพาะในยุคนาโนเทคโนโลยีนี้ มนุษย์สามารถเข้าถึงเกี่ยวกับกระบวนการผลิตและการออกแบบที่พบในธรรมชาติง่ายขึ้นและยังสามารถเลียนแบบธรรมชาติในมิติใหม่ที่ไม่เคยเข้าใจมาก่อน ให้เป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้ในการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์และนวัตกรรมใหม่ๆ ได้
การเลียนแบบโครงสร้างระดับนาโนเมตรของตีนตุ๊กแก
ตัวอย่าง "สัตว์เลื้อยคลาน" อย่าง "ตุ๊กแก" และ"จิ้งจก" สามารถปีนกำแพงหรือเกาะติดผนังที่ราบเรียบและลื่นได้อย่างมั่นคงเพราะบริเวณใต้อุ้งตีนของตุ๊กแกจะมีขนขนาดเล็กที่เรียกว่า ซีเต้ (Setae) จำนวนนับล้านเส้นเรียงตัวอัดแน่นอยู่ โดยที่ส่วนปลายของขนซีเต้แต่ละเส้นนี้ก็ยังมีเส้นขนที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่า สปาตูเล่ (Spatulae) ประกอบอยู่อีกหลายร้อยเส้น แต่ละเส้นจะมีขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตร และที่ปลายของสปาตูเล่แต่ละเส้นจะสามารถสร้างแรงดึงดูดที่เรียกว่า "แรงแวนเดอร์วาลส์" (Van der Waals force) เพื่อให้ในการยึดติดกับโมเลกุลของสสารที่เป็นส่วนประกอบของผนังหรือเพดานได้ ด้วยหลักการนี้เองจึงทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นเทคโนโลยีแถบยึดตุ๊กแก (Gecko Tape) ขึ้นมาจากวัสดุสังเคราะห์ชนิดใหม่ที่มีลักษณะเป็นขนขนาดนาโน(Nanoscopic hairs) เลียนแบบขนสปาตูเล่ที่อยู่บน
ตีนตุ๊กแก เพื่อนำไปผลิตแถบยึดที่ปราศจากการใช้กาวซึ่งสามารถแปะแล้วลอกออกไปแปะที่ใหม่ได้เหมือนตุ๊กแกยกตีน ไม่ต้องทิ้งขว้างเหมือนเราใช้เทปกาวนอกจากนี้ยังสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ อย่างถุงมือ ผ้าพันแผลที่สามารถแปะติดได้แนบแน่นขึ้น
ตลอดจนสามารถพัฒนาไปเป็นล้อของหุ่นยนต์ที่สามารถไต่ผนังหรือเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่งได้อีกด้วย
การเลียนแบบโครงสร้างระดับนาโนเมตรบนผิวใบบัว
การที่ใบบัวหลวงมีคุณสมบัติที่เกลียดน้ำก็เพราะว่าพื้นผิวของใบบัวมีลักษณะคล้ายกับหนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาลเรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบโดยที่หนามขนาดเล็กเหล่านี้ก็ยังจะมีปุ่มเล็กๆ ที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรและเป็นสารที่มีคุณสมบัติคล้ายขี้ผึ้งซึ่งเกลียดน้ำเคลือบอยู่ภายนอกอีกด้วย จึงทำให้น้ำที่ตกลงมาบนใบบัวมีพื้นที่สัมผัสน้อยมาก ทำให้น้ำไม่สามารถซึมผ่านหรือกระจายตัวแผ่ขยายออกในแนวกว้างบนใบบัวได้ น้ำจึงต้องม้วนตัวเป็นหยดน้ำขนาดเล็กกลิ้งไปรวมกันอยู่ที่บริเวณที่ต่ำที่สุดบนใบบัว สิ่งสกปรกที่เกาะอยู่บนใบบัวก็จะหลุดติดไปกับหยดน้ำอย่างง่ายดาย นอกจากนี้สิ่งสกปรกทั้งหลายไม่ว่าจะเป็นผงฝุ่น เชื้อแบคทีเรีย และเชื้อรา ก็ไม่สามารถเกาะติดแน่นอยู่กับใบบัวได้เช่นเดียวกันเพราะว่ามีพื้นที่สัมผัสกับใบบัวได้แค่เพียงบริเวณปลายยอดของหนามเล็กๆแต่ละอันเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้นำหลักการของน้ำกลิ้งบนใบบัว (Lotus effect) มาใช้ในการสังเคราะห์วัสดุ ชนิดใหม่เลียนแบบคุณลักษณะของใบบัว หรือการนำไปประยุกต์ใช้เป็นสีทาบ้านที่สามารถไม่เปียกน้ำและสามารถทำความสะอาดตัวเองได้ รวมไปถึงการพัฒนาเป็นเสื้อผ้ากันน้ำไร้รอยคราบสกปรก
จากตัวอย่างที่กล่าวมาจะเห็นได้ว่าถ้าเราสามารถไขปริศนากระบวนการและการออกแบบที่แสนมหัศจรรย์ที่พบในธรรมชาติได้ทั้งหมด มนุษย์เราก็จะสามารถสร้างเทคโนโลยีและนวัตกรรมใหม่ๆ เพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิตได้อีกมากมายมหาศาล
การเลียนแบบโครงสร้างระดับนาโนเมตรของปีกผีเสื้อ
ผีเสื้อบางชนิด เช่น Polyommatus sp.สามารถดึงดูดเพศตรงข้ามหรือหลบหนีศัตรูได้โดยการเปลี่ยนสีปีก เช่นจากสีน้ำเงินไปเป็นสีน้ำตาล โดยการเปลี่ยนแปลงสีปีกนี้อาศัยหลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกกระทบลงบนปีก โดยถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย สีที่ปรากฏบนปีกผีเสื้อก็จะแตกต่างกัน
ยกตัวอย่างเช่น ถ้าแสงแดดมาตกกระทบ
กับโครงสร้างที่อยู่ในปีกผีเสื้อใน
มุมใดมุมหนึ่งจะสะท้อนแสงสีน้ำเงินออกมา แต่ในขณะเดียวกันก็ดูดซับแสงสีอื่นๆไว้ทั้งหมดทำให้เราเห็นผีเสื้อมีปีกสีน้ำเงิน
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูปีกผีเสื้อชนิดที่สามารถเปลี่ยนสีกลับไปกลับมาได้ ก็พบรูพรุนที่มีขนาดในช่วงนาโนจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึกโฟโต้นิกส์ (Photonic crystal) ในธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์ยังได้ตั้งสมมติฐานว่าการเปลี่ยนสีของปีกผีเสื้อชนิดนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิได้อีกด้วย จึงนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างผลึกโฟโต้นิกส์สังเคราะห์ที่ยืดหยุ่นได้ดีและเปลี่ยนคุณสมบัติไปตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ซึ่งสามารถนำไปใช้ผลิตเสื้อผ้าป้องกันความร้อนที่ใช้ในทะเลทรายหรือห้วงอวกาศ
แหล่งที่มา : สร้างนวัตกรรมด้วย...นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ. โพสต์ทูเดย์. ฉบับวันที่ 21 กรกฎาคม พ.ศ. 25560
