تقليد روائع التصاميم في الحياة

يتعثر الاطفال وترتطم رؤوسهم.‏ ويقع الاولاد الاكبر سنا عن الاشجار والدراجات.‏ يصطدم الرياضيون واحدهم بالآخر في الملاعب.‏ ويتعرض سائقو السيارات لحوادث سير لا تُحصى.‏ لكن رغم كل هذه الوقعات،‏ الارتطامات،‏ والاصطدامات،‏ غالبا ما ننجو دون اصابات خطيرة.‏ ان صلابة ومرونة اجسامنا امر مسلَّم به بالنسبة الينا.‏ لكنَّ العلماء يكتشفون الآن اننا نتاج تصاميم رائعة حقا،‏ من عظامنا حتى جلدنا.‏

كيفما نظرنا حولنا في الطبيعة رأينا اتحاد القوة والصلابة،‏ في اجسام خفيفة الوزن نسبيا.‏ فالشجيرات الطرية تشق طريقها عبر شقوق الاسمنت والصخور،‏ وتوسِّع الشقوق عنوة فيما تكبر لتصير اشجارا ضخمة.‏ وتصمد الاشجار بدورها امام العواصف التي تطيح بأعمدة الكهرباء والبيوت.‏ وتثقب طيور النقَّار الخشبَ فتتعرض رؤوسها لضغط من شأنه ان يسحق الادمغة العادية.‏ ويردّ جلد التمساح والقاطور الرماح والسهام،‏ حتى الرصاص.‏ (‏قارنوا ايوب ٤١:‏١،‏ ٢٦‏.‏)‏ ان مثل هذه الامور تملأ البشر بالرهبة والحيرة على السواء منذ آلاف السنين.‏

في الـ‍ ٤٠ سنة الماضية،‏ قطع التقدم التكنولوجي اشواطا كبيرة واضعا في متناول العلماء وسائل جديدة لدراسة الاسرار التي تكمن وراء هذه التصاميم،‏ والتي يختبئ معظمها في اعماق الخلية الحية.‏ وعند هذا المستوى المجهري،‏ تأسر جودة التصميم الالباب حقا ويُذهلنا تعقيده.‏ لكنَّ هدف العلم ليس فضّ الاسرار التي تكمن وراء مواد الطبيعة الرائعة فحسب بل تقليدها ايضا —‏ على الاقل بمبادئها العامة.‏ وإذ يعِد حقل الدراسات هذا بمستقبل باهر،‏ استُحدث علم جديد يُدعى علم التقليد الاحيائي،‏ اي biomimetics (‏بيوميمتكس)‏ من اليونانية بيوس التي تعني «حياة» و ميمِسيس التي تعني «تقليد».‏

علم التقليد الاحيائي يعد بعالم افضل

يوضح كتاب علم التقليد الاحيائي:‏ تصميم المواد وتصنيعها (‏بالانكليزية)‏:‏ ‏«علم التقليد الاحيائي هو دراسة البنى البيولوجية [و] وظائفها».‏ ويضيف ان هذه الدراسة هي بهدف ‹استنباط افكار جديدة وتطوير هذه الافكار لإنشاء انظمة اصطناعية مشابهة للانظمة البيولوجية›.‏

يقول العالم ستيفن واينرايت ان «علم التقليد الاحيائي سيطغى على علم الاحياء الجزيئي ويحل محله بصفته العلم الاحيائي الاهم والاكثر تحديا في القرن الـ‍ ٢١».‏ ويعلن الپروفسور ميمت ساريكايا:‏ «نحن على عتبة ثورة في اكتشاف مواد جديدة لا تقل اهمية عمّا حدث في العصر الحديدي والثورة الصناعية.‏ فنحن نقفز الى عصر جديد من المواد.‏ وأعتقد ان علم التقليد الاحيائي سيغيِّر طريقة حياتنا جذريا خلال القرن المقبل».‏

ولقد بدأ هذا العلم منذ الآن يغيِّر عالمنا،‏ كما سنرى.‏ لكن اولا،‏ لنلقِ نظرة خاطفة على روائع لم تُفهم بعد لا يزال العلماء منكبين على دراستها.‏ وسنفحص ايضا ما تحمله الكلمة «تصميم» من مضامين تشحذ الذهن،‏ ونرى كيف تعطي هذه المضامين معنى للعالم المذهل المحيط بنا.‏

التعلُّم من التصاميم الموجودة في الطبيعة

‏«الكثير من افضل اختراعاتنا اما مأخوذ عن الاشياء الحية الاخرى او استعملته هي قبلنا».‏ —‏ فيل ڠايتس،‏ التكنولوجيا في الحياة البرية (‏بالانكليزية)‏.‏

كما ذُكر في المقالة السابقة،‏ يهدف علم التقليد الاحيائي الى انتاج مواد وآلات اكثر تعقيدا من خلال تقليد الطبيعة.‏ فالطبيعة تصنِّع منتوجاتها دون ان تسبِّب التلوُّث،‏ وغالبا ما تكون هذه المنتوجات مرنة وخفيفة،‏ لكن قوية بشكل لا يُصدَّق.‏

على سبيل المثال،‏ ان العظم اقوى من الفولاذ اذا قورن على اساس الوزن.‏ فما سر قوة العظم؟‏ يكمن جزء من الجواب في براعة هندسة شكله،‏ لكنَّ الاسباب الرئيسية تمتد الى اعمق من ذلك —‏ الى المستوى الجزيئي.‏ يوضح ڠايتس:‏ «ان نجاح العضويات الحية مردّه الى طريقة تصميم وتجميع اجزائها الصغرى».‏ وإذ امعن العلماء النظر في هذه الاجزاء الصغرى،‏ عزلوا المواد التي تعطي المنتوجات الطبيعية،‏ بدءا من العظم حتى الحرير،‏ قوتها وخفة وزنها المرغوبتين.‏ فاكتشفوا ان هذه المواد هي اشكال مختلفة من المركَّبات الطبيعية.‏

معجزة المركَّبات

ان المركَّبات هي مواد صلبة تنتج من اتحاد مادتين او اكثر لتؤلف مادة جديدة بمواصفات افضل من مواصفات المكوِّنات الاساسية.‏ ومثال ذلك الزجاج الليفي،‏ المركَّب الاصطناعي الموجود عموما في بدن السفن،‏ قصبات الصيد،‏ الاقواس،‏ السهام،‏ وغيرها من المعدات الرياضية.‏a فالزجاج الليفي يُصنع بوضع الياف زجاجية دقيقة في مادة ترابط سائلة او هلامية من الپلاستيك (‏تُدعى المتماثر polymer)‏.‏ وعندما يجمد المتماثر تكون النتيجة النهائية مركَّبا خفيف الوزن،‏ قويا،‏ ومرنا.‏ وبتغيير انواع الالياف ومادة الترابط يمكن صنع انواع لا تُحصى من المنتوجات.‏ طبعا،‏ لا تزال المركَّبات التي يصنعها الانسان غير متقنة بالمقارنة مع تلك الموجودة طبيعيا في البشر،‏ الحيوانات،‏ والنباتات.‏

في البشر والحيوانات،‏ عوض الياف الزجاج او الكربون،‏ يشكِّل پروتين ليفي يُدعى الكولاجين اساس المركَّبات التي تعطي الصلابة للجلد،‏ الامعاء،‏ الغضاريف،‏ الاوتار،‏ العظام،‏ والاسنان (‏باستثناء ميناء الاسنان)‏.‏b ويصف احد المراجع المركَّبات المحتوية على الكولاجين بأنها «من المركَّبات البنيوية الاكثر تطورا التي نعرفها».‏

تأملوا مثلا في الاوتار،‏ التي تربط العضلات بالعظام.‏ فهي مذهلة ليس فقط بسبب صلابة اليافها المحتوية على الكولاجين بل ايضا بسبب الطريقة الرائعة التي نُسجت بها هذه الالياف معا.‏ تكتب جانين بينيوس في كتابها التقليد الاحيائي Biomimicry ان تشريح الوتر «يكشف دقة في كامل عناصره تكاد لا تصدق.‏ فالوتر في ساعدكم هو حزمة مجدولة من الكبلات،‏ مثل الكبلات المستعملة في جسر معلق.‏ وكل كبل هو حزمة مجدولة من كبلات ارفع.‏ وكلّ من هذه الكبلات الارفع هو حزمة مجدولة من الجزيئات،‏ التي هي طبعا حزم لولبية مجدولة من الذرَّات.‏ فتكرارا يتجلّى جمال الدقة».‏ وبكلمات بينيوس،‏ انه «روعة هندسية».‏ فهل من المدهش ان يرى العلماء في تصاميم الطبيعة مصدر إلهامهم؟‏ —‏ قارنوا ايوب ٤٠:‏ ١٥،‏ ١٧‏.‏

كما تقدَّم،‏ تبدو المركَّبات التي يصنعها الانسان تافهة عند مقارنتها بمركَّبات الطبيعة.‏ غير ان المركَّبات الاصطناعية منتوجات رائعة.‏ وهي تدرج في الواقع بين الانجازات الهندسية العشرة الابرز خلال السنوات الـ‍ ٢٥ الماضية.‏ فمركَّبات ألياف الڠرافيت او الكربون ساهمت في ظهور جيل جديد من قطع الطائرات والمركَبات الفضائية،‏ المعدات الرياضية،‏ سيارات سباق الفورمولا ١،‏ اليخوت،‏ والاطراف الاصطناعية الخفيفة الوزن —‏ وليس هذا سوى القليل من قائمة آخذة في الازدياد.‏

دهن الحوت الرائع المتعدد الوظائف

ان الحيتان لا تدرك روعة النسيج الذي يغلف اجسامها —‏ دهن الحوت،‏ الموجود ايضا عند الدلافين.‏ يقول كتاب علم التقليد الاحيائي:‏ تصميم المواد وتصنيعها (‏بالانكليزية)‏:‏ «ربما يكون دهن الحوت اكثر المواد المعروفة من حيث تعدد الوظائف».‏ ويضيف موضحا السبب فيقول ان دهن الحوت هو جهاز عوم رائع يساعد الحيتان على العوم للتنفس.‏ وهو بالنسبة الى هذه الثدييات ذات الدم الحار مادة عازلة ممتازة تقيها برودة المحيط.‏ كما انه احتياطيّ الطعام الافضل خلال الهجرات التي تجتاز فيها آلاف الكيلومترات دون ان يتوفر لها طعام.‏ وفي الواقع،‏ ان الطاقة التي ينتجها الدهن هي اكثر بضعفين او ثلاثة اضعاف من الطاقة التي تنتجها كمية معادلة من الپروتين والسكر.‏

وبحسب الكتاب المذكور آنفا:‏ «ان دهن الحوت هو ايضا مادة مرنة جدا تشبه المطاط».‏ ويردف قائلا:‏ «ان افضل تقدير لدينا الآن هو ان الزيادة في السرعة التي يسبِّبها الارتداد المرن لدهن الحوت الذي ينضغط ويتمطط مع كل ضربة ذيل يمكن ان توفِّر ما يصل الى ٢٠ في المئة من الطاقة خلال الفترات الطويلة من السباحة المتواصلة».‏

مع ان البشر يستحصلون على دهن الحوت منذ قرون،‏ لم يُكتشف إلّا حديثا ان نصف حجم دهن الحوت تقريبا يتألف من شبكة معقدة من ألياف الكولاجين ملتفة حول كل حيوان.‏ ورغم ان العلماء لا يزالون يحاولون ان يسبروا غور طرائق عمل دهن الحوت هذا،‏ فهم واثقون بأنهم اكتشفوا مُنتَجا رائعا آخر له استعمالات كثيرة مفيدة اذا أُنتج اصطناعيا.‏

مهندس عبقري بثماني أرجل

في السنوات الاخيرة يقوم العلماء ايضا بدراسة العنكبوت.‏ فهم يتوقون بشدة ان يفهموا كيف تصنع العنكبوت الحرير،‏ وهو ايضا مادة مركَّبة.‏ صحيح ان انواعا كثيرة من الحشرات تصنع الحرير،‏ لكنَّ حرير العنكبوت مميَّز.‏ وهذه المادة المعتَبرة من اقوى المواد على الارض وصفها كاتب علوم بأنها «اروع مادة».‏ ان حرير العنكبوت ممتاز الى حد انه يصعب تصديق عدد ميِّزاته المذهلة.‏

ولماذا يصف العلماء حرير العنكبوت بهذه الاوصاف الطنانة؟‏ فضلا عن كونه اقوى من الفولاذ بخمسة اضعاف،‏ فهو مرن جدا ‏—‏ اتحاد نادر الوجود في المواد.‏ ويمكن ان يتمطط حرير العنكبوت ٣٠ في المئة اكثر من النيلون الاكثر مرونة.‏ رغم ذلك،‏ فهو لا يرتد مثل منصَّة القفز ويرمي طعام العنكبوت في الهواء.‏ تقول ساينس نيوز (‏بالانكليزية)‏:‏ «على المقياس البشري،‏ يستطيع نسيج عنكبوت بحجم شبكة صيد السمك التقاط طائرة ركاب».‏

اذا استطعنا تقليد براعة العنكبوت الكيميائية —‏ بإمكان نوعين من العناكب ان ينتجا سبعة ضروب من الحرير —‏ فتخيَّلوا كيف يمكن استخدامها!‏ في انواع متطورة جدا من احزمة الامان،‏ في خيوط العمليات الجراحية،‏ الاربطة الاصطناعية،‏ الحبال والكبلات الخفيفة الوزن،‏ والاقمشة المضادة للرصاص؛‏ وليس ذلك سوى غيض من فيض.‏ ويحاول العلماء ايضا ان يفهموا كيف تصنع العنكبوت الحرير بفعالية كبيرة جدا —‏ ودون استعمال مواد كيميائية سامة.‏

ناقلات الحركة والمحرِّكات النفَّاثة في الطبيعة

ان ناقلات الحركة gearboxes والمحرِّكات النفَّاثة تبقي العالم في حركة مستمرة.‏ لكن هل تعلمون ان الطبيعة سبقتنا ايضا في هذا المضمار؟‏ خذوا على سبيل المثال ناقل الحركة.‏ فناقلات الحركة تتيح لكم ان تغّيروا السرعة في سيارتكم لكي تنالوا الفائدة القصوى من المحرِّك.‏ ويقوم ناقل الحركة في الطبيعة بالوظيفة عينها،‏ لكنه لا يصل المحرِّك بالعجلات؛‏ انما الاجنحة بالاجنحة!‏ وأين يمكن ايجاده؟‏ في الذبابة العادية.‏ فللذبابة مغيِّر للسرعة ذو ثلاث سرعات متصل بجناحيها ويتيح لها ان تغيّر السرعة وهي في الهواء!‏

اما الصبّيدج،‏ الاخطبوط،‏ والنوتيَّات،‏ فتتحرك كلها في المياه بواسطة شكل من اشكال الدفع النفَّاث.‏ وينظر العلماء الى هذه «المحرِّكات النفَّاثة» بعين الحسد.‏ لماذا؟‏ لأنها مؤلفة من اجزاء لينة لا تنكسر،‏ تتحمل الاعماق السحيقة،‏ وتعمل بصمت وفعالية.‏ وفي الواقع يمكن ان ينطلق الصبّيدج بسرعة ٣٢ كيلومترا في الساعة عندما يهرب من الحيوانات المفترسة،‏ «حتى انه يقفز احيانا خارج المياه وإلى متن السفن»،‏ كما يقول كتاب التكنولوجيا في الحياة البرية.‏

نعم،‏ ان التأمل للحظات في العالم الطبيعي يمكن ان يملأنا بالرهبة والتقدير.‏ فالطبيعة هي حقا لغز حي،‏ تثير فينا السؤال تلوَ الآخر:‏ اية روائع كيميائية تُنتج الضوء البارد المتألق في اليَراع وبعض الطحالب؟‏ كيف يمكن لمختلف الاسماك والضفادع الموجودة في القطب الشمالي ان تستعيد نشاطها بعد ان تتحرر من حالة التجمد الكلي طوال الشتاء؟‏ كيف تبقى الحيتان والفقمات تحت المياه لفترات طويلة دون جهاز تنفس؟‏ وكيف تغطس عميقا في المياه مرارا وتكرارا دون ان تصاب بالخلل الناتج من تغيّر الضغط الذي يدعى شلل الغواص؟‏ كيف يمكن للحرباء والحبّار تغيير لونهما ليتآ‌لفا مع ما حولهما؟‏ كيف تعبر طيور الطنّان خليج المكسيك بأقل من ثلاثة ڠرامات من الوقود؟‏ تبدو قائمة الاسئلة بلا نهاية.‏

حقا لا يستطيع البشر إلا ان يراقبوا ويتعجبوا.‏ اما العلماء فتعتريهم رهبة «تقارب التبجيل» عندما يدرسون الطبيعة،‏ كما يقول كتاب التقليد الاحيائي.‏

‏[الاطار في الصفحة ٥]‏

ذبابة منقرضة تساعد على تحسين الالواح الشمسية

يذكر تقرير في مجلة العالِم الجديد (‏بالانكليزية)‏ ان عالِما رأى،‏ اثناء زيارته متحفا،‏ صور ذبابة منقرضة محفوظة في كهرمان.‏ ولاحظ سلسلة من الشقوق في عيني الحشرة،‏ فراوده فكر انها ربما كانت تساعد عينَي الذبابة على التقاط كمية اكبر من الضوء،‏ وخصوصا عند الزوايا المائلة.‏ فبدأ هو وباحثون آخرون بإجراء التجارب وأثبتوا ان ظنهم كان في محله.‏

وسرعان ما باشر العلماء التخطيط لمحاولة صنع النمط نفسه من الشقوق على زجاج الالواح الشمسية.‏ وسيزيد ذلك،‏ كما يأملون،‏ الطاقة التي تولّدها الالواح الشمسية.‏ وقد يلغي ايضا الحاجة الى انظمة التتبُّع المكلفة المطلوبة حاليا لإبقاء الالواح الشمسية موجهة نحو الشمس.‏ وتحسين الالواح الشمسية يعني تخفيف استعمال الوقود الأُحفوري وبالتالي تخفيض التلوث —‏ هدف جدير بالاهتمام.‏ من الواضح ان اكتشافات كهذه تساعدنا ان ندرك ان الطبيعة هي بحق مورد تصاميم رائعة تنتظر مَن يكتشفها،‏ يفهمها،‏ ويقلدها بطرائق مفيدة حين يكون ذلك ممكنا.‏

‏[الاطار في الصفحة ٦]‏

اعطاء الفضل لمَن يستحقه

سنة ١٩٥٧،‏ لاحظ المهندس السويسري جورج دو ميسترال ان قشور الثمار الشائكة الصغيرة العالقة بثيابه تكسوها خطاطيف صغيرة.‏ فانكب على دراسة هذه القشور وخطاطيفها،‏ وما لبثت هذه الدراسة ان ألهبت عقله الخلاق.‏ فقضى السنوات الثماني التالية يطوِّر شيئا اصطناعيا يشبه قشور الثمار الشائكة.‏ واكتسح اختراعه العالم،‏ واسمه اليوم مألوف —‏ الڤلكرو Velcro.‏