Intelligente Materialer

I øjeblikket studerer mange videnskabsmænd strukturen i naturlige materialer og burger dem som modeller i deres egen forskning, simpelthen fordi disse strukturer besidder eftertragtede egenskaber såsom styrke, lethed og elasticitet. For eksempel er østershattens inderste skal dobbelt så modstandsdygtig som selv keramik, som avanceret teknologi kan producere. Edderkoppespind er fem gange stærkere en stål, og klæbemidlet, som muslinger bruger til at sætte sig selv fast på klipper med, beholder sine egenskaber selv under vandet.16

Gulgun Akbaba, et medlem af Turkisk Bilim ve Teknik (Videnskab og teknologi) Magazine forsknings- og udgivelsesgruppe, taler om naturlige materialers overlegne karakteristikker og de måder, hvorpå vi kan gøre brug af dem:

Traditionel keramik og glasmaterialer er blevet ude af stand til at tilpasse sig teknologi, som forbedres næsten for hver dag, der går. Videnskabsmænd arbejder [nu] på at udfylde dette hul. De arkitektoniske hemmeligheder i naturens strukturer er langsomt begyndt at blive afsløret… På samme måde, som muskelskaller kan reparere sig selv eller en skadet haj kan reparere skade på sin hud, vil materialerne brugt i teknologi også være i stand til at forny sig selv.

Disse materialer, som er hårdere, stærkere, mere modstandsdygtige og har overlegne fysiske, mekaniske, kemiske og elektromagnetiske egenskaber, besidder lethed og evnen til at modstå høje temperaturer, som kræves af fartøjer såsom raketter, rumskibe og researchsatellitter, når de rejser ind og ud af Jordens atmosfære. Arbejde på de gigantiske supersoniske passagertransportører planlagt til interkontinentale rejser kræver også lette, varmeresistente materialer. Inden for medicin kræver produktionen af kunstig knogle materialer, som kombinerer svampet udseende med hård struktur, og væv så tæt som mulig på det, der findes i naturen.17

For at producere keramik, som man bruger til en lang række formål fra konstruktion til elektrisk udstyr, behøver man normalt temperaturer højere end 1000 - 1500oC (1,830-2,730oF).

Abalone	İlhan Aksay

Flere keramiske materialer eksisterer i naturen, men så høje temperaturer bruges aldrig til at skabe dem. En musling udskiller for eksempel sin skal perfekt ved kun 4oC (39oF). Dette eksempel på naturens overlegne skabelse henledte opmærksomheden på tyrkiske videnskabsmand Ilhan Aksay, som lavede sine tanker om til undring om, hvordan vi kan producere bedre, stærkere, brugbar og funktionel keramik.

Ved at undersøge interne strukturer i skaller hos et antal havdyr bemærkede Aksay søøre skallernes ekstraordinære egenskaber. Forstørret 300.000 gange med et elektronmikroskop lignede skallen en murstensvæg med calciumkarbonat ”mursten” skiftevis med et protein ”mørtel”. På trods af calciumkarbonats hovedsageligt skøre natur var skallen utrolig stærk på grund af sin laminerede struktur og mindre skør end menneskeskabt keramik. Aksay fandt ud af, at lamineringen hjælper med at forhindre, at revner opstår, næsten på samme måde, som når et flettet reb ikke falder fra hinanden, når en enkelt tråd går i stykker.18

Inspireret af sådanne modeller udviklede Aksay nogle meget hårde, modstandsdygtige keramik-metalkompositter. Efter at være blevet testet i diverse US Army laboratorier blev et borkarbid /aluminium komposit, som han hjalp med at udvikle, brugt som panserplader på tanks!19

For at producere bionikmaterialer udfører nutidens videnskabsmænd forskning på det mikroskopiske niveau. Som et eksempel udpeger Professor Aksay, at biokeramiske materialerne i knogler og tænder dannes ved kropstemperatur med en kombination af organiske materialer såsom proteiner men stadig besidder egenskaber, der er menneskeskabt keramik langt overlegen. Opfordret af Aksays tese om, at naturlige materialers overlegne egenskaber stammer fra forbindelser på det nanometriske niveau (en milliontedel af en millimeter), er mange firmaer, der sigter efter at producere mikroskopiske værktøjer med disse dimensioner, begyndt at arbejde med bioinspirerede materialer – altså kunstige stoffer inspireret af biologiske.20

	Abalone shell consists of microscopic bricks in a layered structure that prevents any cracks in the shell from spreading.
Coral rivals the mussel shell’s mother-of-pearl in terms of solidity. Using the calcium salts from seawater, coral forms a hard structure capable of slicing through even steel ships’ hulls.

Alt for mange industrielle produkter og biprodukter, produceret under forhold med højt tryk og høje temperaturer, indeholder skadelige kemikalier. Men naturen producerer lignende stoffer under det, man kan beskrive som ”livs venlige” forhold – i vandbaserede opløsninger, for eksempel, og ved stuetemperatur. Dette repræsenterer en tydelig fordel for både forbrugere og videnskabsmænd. 21

Producenter af syntetiske diamanter, designere af metallegeringer, polymerforskere, fiberoptiske eksperter, producenter af fin keramik og udviklere af halvledere mener alle, at det er mest praktisk at anvende bionikmetoder. Naturlige materialer, som kan møde alle deres behov, udviser også enorm variation. Derfor imiterer forskningseksperter på diverse områder – fra skudsikre veste til jetmotorer – originalerne fundet i naturen og kopierer deres overlegne egenskaber med kunstige metoder.

Menneskeskabte materialer revner efterhånden og går i stykker. Dette kræver erstatning eller reparation med for eksempel lim. Men nogle materialer i naturen, såsom muslingens skal, kan repareres af de originale organismer. For nylig, indenfor imitation, har forskere påbegyndt udvikling af stoffer såsom polymere og polycyclates, som kan forny sig selv.22 I søgningen efter at udvikle stærke, selvfornyende, bioinspirerede materialer, er et naturligt stof, der bruges som model, næsehornets horn. I det 21. Århundrede vil sådan forskning danne grundlag for materialevidenskabens studier.

The U.S. Army subjected the substance inspired by the abalone to various tests and later used it as armor on tanks.

A great many substances in nature possess features that can be used as models for modern inventions. On a gram-for-gram basis, for example, bone is much stronger than iron.

Kompositter

De fleste materialer i naturen består af kompositter. Kompositter er solide materialer, som kommer til, når to eller flere stoffer kombineres for at danne et nyt stof, der besidder egenskaber, der er overlegne i forhold til dem fra de originale ingredienser.23

Thanks to their superior properties, light composite materials are used in a wide number of purposes, from space technology to sports equipment.

Det kunstige komposit kendt som fiberglas bruges for eksempel i skibsskrog, fiskestænger og materialer til sportsudstyr såsom buer og pile. Fiberglas skabes ved at blande fine glasfibre med geléagtig plastik kaldet polymer. Da polymeren hærder, er det kompositstof, der opstår, let, stærkt og fleksibelt. At ændre fibrene eller plastikstoffet, der bruges i blandingen, ændrer også komposittens egenskaber.24

Kompositter, der består af grafit og kulfibre er bland de ti bedste ingeniøropdagelser i de sidste 20 år. Med disse let strukturerede kompositmaterialer laves designs til nye fly, rumskib dele, sportsudstyr, formel-1 racerbiler og yachter, og nye opdagelser gøres hurtigt. Men indtil videre er menneskeskabte kompositter meget mere primitive og skrøbelige end de, der fremkommer naturligt.

Ligesom alle de ekstraordinære strukturer, stoffer og systemer i naturen, er de kompositter, som vi kort nævnte her, et eksempel på Guds ekstraordinære skabelseskunst. Mange vers i Koranen vender opmærksomheden mod den unikke natur og perfektion i denne skabelse. Gud afslører de uoverskueligt mange velsignelser givet til mennesket som resultat af Hans usammenlignelige skabelse:

Fiberglasteknologi I Krokodilleskind

Den fiberglasteknologi som blev taget i brug i det 20. århundrede har eksisteret i levende ting siden den dag, de blev skabt. En krokodilles skind har for eksempel meget den samme struktur som fiberglas.

Indtil for nylig var forskere forvirrede over, hvordan krokodilleskind var uigennemtrængeligt for pile, knive og nogle gange endda kugler. Forskning kom med overraskende resultater: Det stof, der giver krokodilleskind sit specielle styrke, er de kollagen fibre, det indeholder. Disse fibre har egenskaben til at styrke et væv, når de tilføjes. Uden tvivl kom kollagen ikke til at besidde en så detaljeret karakteristik som resultat af en lang, tilfældig proces, som evolutionister vil have os til at tro. I stedet opstod det perfekt og komplet med alle sine egenskaber fra det første øjeblik, hvor det blev skabt.

Stålkabel Teknologi I Muskler

Endnu et eksempel på naturlige kompositter er ledbånd. Dette væv, som forbinder musklerne til knoglerne, har en fast men føjelig struktur, takket være de kollagen-baserede fibre, som udgør dem. En anden egenskab ved ledbånd er den måde, hvorpå deres fibre er vævet sammen.

Ms. Benyus er et medlem af undervisningsfakultetet på America’s Rutgers University. I sin bog Biomimicry siger hun, at ledbånd i vores muskler er konstrueret efter en meget specielt metode, og fortsætter med at sige:

Ledbåndet i din underarm er et snoet bundt kabler, ligesom kablerne brugt i en hængebro. Hvert individuelle kabel er selv et snoet bundt af tyndere kabler. Hvert af disse tyndere kabler er selv et snoet bundt af molekyler, som selvfølgelig er et snoet, spiralformet bundt af atomer. Igen og igen udfolder en matematisk skønhed sig, et selvrefererende, fraktalt kalejdoskop af ingeniør brillians.25

Faktisk er stålkabel teknologien, som bruges i nuværende hængebroer inspireret af strukturen i ledbånd i menneskekroppen. Ledbåndenes usammenlignelige design er bare et af de utallige beviser for Guds overlegne design og uendelige viden.

1. Bunch of cables 2. Cable wire 3. Load bearing cable	4. Muscle 5. Muscle fiber
The load-bearing cables in suspension bridges are composed of bundles of strands, just like our muscles.

Multifunktionelt Hvalspæk

Et lag fedt dækker kroppen hos delfiner og hvaler og fungerer som en naturlig flydemekanisme, som gør, at hvaler kan stige op til overfladen for at trække vejret. På samme tid beskytter det disse varmblodede dyr fra det kolde vand på havets dyb. En anden egenskab ved hvalspæk er, at når det nedbrydes, så giver det to eller tre gange så meget energi som sukker eller protein. Under en hvals migration uden mad på tusindvis af kilometer, får de den nødvendige energi fra dette fedt i kroppen, når den ikke er i stand til at finde tilstrækkeligt med mad.

Udover dette er hvalspæk et meget fleksibelt gummiagtigt materiale. Hver gang den slår sin hale i vandet sammenpresses og strækkes den elastiske rekyl i spæk. Dette giver ikke bare hvalen ekstra fart, men medfører også en energibesparelse på 20% på lange rejser. Med alle disse egenskaber betragtes hvalspæk som et stof med den allerbredeste række funktioner.

Hvaler har haft deres dække med spæk i tusindvis af år, men først for nylig er det blevet opdaget, at det består et komplekst net af kollagenfibre. Forskere arbejder stadig på fuldt ud at forstå funktionerne i denne fedtkomposit blanding, men de mener, at det er endnu et mirakelprodukt, som vil have mange brugbare anvendelsesområder, hvis det produceres syntetisk. 26

Whale	Whale blubber

Perlemors Specielle Skadebegrænsende Struktur

Den ubøjelige struktur, der udgør de indre lag i et bløddyrs skal, er blevet imiteret i udviklingen af materialer til super hårde jetmotor blade. Omkring 95% af perlemor består af kalk, men takket være den kompositte struktur er den 3000 gange hårdere end normalt kalk. Når det undersøges under mikroskopet kan de mikroskopiske blodplader, som måler 8 mikrometer på tværs og er 0,5 mikrometer tykke, ses, arrangeret i lag (1 mikrometer = 10-6 meter). Disse blodplader består af en kompakt og krystallinsk form af kalciumkarbonat, men stadig kan de sættes sammen takket være et klæbrigt silkeagtigt protein.27

Denne kombination giver hårdhed på to måder. Når perlemor stresses af en tung masse, begynder enhver sprække, der dannes, at sprede sig, men ændrer retning, når de prøver at komme igennem lagene af protein. Dette spreder den kraft, der pålægges, og forhindrer derved brud. En anden styrkende faktor er, at når en revne bliver dannet, så strækker protein lagene sig ud til tråde ud over bruddet og absorberer den energi, der ville have gjort, at revnen ville fortsætte.28

1. Platelets	2. Organic mortar	3. Calcium carbonate “bricks”
The internal structure of mother-of-pearl resembles a brick wall and consists of platelets held together with organic mortar. Cracks caused by impacts change direction as they attempt to pass through this mortar, which stops them in their tracks. (Julian Vincent, “Tricks of Nature,” New Scientist, 40.)

Den struktur, der reducerer skaden på perlemor, er blevet emne for mange forskeres studier. At modstanden i naturens materialer er baseret på så logiske, rationelle metoder indikerer uden tvivl en tilstedeværelse af en overlegen intelligens. Som dette eksempel viser, afslører Gud tydeligt bevis for Sin eksistens og Sin skabelses overlegne magt og kraft ved hjælp af Sin uendelige viden og kundskab. Som Han siger i et vers:

Hårdheden Af Træ Er Gemt I Designet

I kontrast til stofferne i andre levende ting består vegetabilske kompositter mere af cellulosefibre end kollagen. Træs hårde, resistente struktur kommer af, at det producerer denne cellulose – et hårdt materiale, som ikke opløses i vand. Denne egenskab ved cellulose gør træ så alsidig til konstruktion. Takket være cellulose bliver trækonstruktioner stående i hundredvis af år. Beskrevet som spændingsbærende og mageløs bruges cellulose i et bredere omfang end andre byggematerialer til bygninger, broer, møbler og en lang række varer.

Fordi træ absorberer energien fra stød med lav hastighed, er det meget effektivt til at begrænse skade til et specifikt område. Skade reduceres især mest, når påvirkningen kommer fra rette vinkler til årens retning. Diagnostisk forskning har vist, at forskellige slags træ udviser forskellige grader af modstand. En af faktorerne er tæthed, fordi tættere træ absorberer mere energi under påvirkningen. Antallet af årer i træet, deres størrelse og fordeling er også vigtige faktorer til at reducere påvirkningens deformation.29

Musquito-flyene fra Anden Verdenskrig, som indtil videre har vist den største tolerance for skade, blev lavet ved at lime tætte lag af krydsfiner mellem lettere striber af balsatræ. Hårdheden af træ gør det til et meget pålideligt materiale. Når det så går i stykker finder revnedannelsen sted så langsomt, at man kan se det ske med det blotte øje, og det giver tid til, at man kan forberede sig.30

These materials, modeled on the structure of wood, are believed to be sufficiently strong to be used in bullet-proof vests. (Julian Vincent, “Tricks of Nature,” New Scientist, 40.)

Træ består af parallelle kolonner af lange, hule celler placeret ende mod ende og omringet af spiraler med cellulosefibre. Endvidere er disse celler indelukket i en kompleks polymerstruktur lavet af harpiks. Viklet i en spiral udgør disse lag 80% af cellevæggens totale tykkelse, og sammen bærer de hovedvægten. Når en træ celle kollapser ind i sig selv, absorberer den påvirkningens energi ved at bryde væk fra de omkringliggende celler. Selv hvis revnen løber mellem fibrene, deformeres træet stadig ikke. Ødelagt træ er ikke desto mindre stærkt nok til at støtte en væsentlig vægt.

Materiale produceret ved at imitere designet i træ er 50 gange mere holdbart end andre syntetiske materialer, der bruges i dag.31 Træ imiteres nu i materialer, som udvikles til at beskytte imod partikler med høj fart såsom granatsplinter fra bomber eller kugler.

Som disse få eksempler viser, besidder naturlige substanser meget intelligente designs. Strukturerne og modstandsdygtigheden i perlemor og træ er ingen tilfælde. Der er tydeligt, bevidst design i disse materialer. Hver detalje i deres fejlfri design – fra lagenes finhed til deres tæthed og antallet af årer – er blevet grundigt planlagt og skabt for at danne resistens. I et vers afslører Gud, at Han har skabt alt omkring os:

Edderkoppespind Er Stærkere End Stål

Mange insekter – såsom møl og sommerfugle – producerer silke, selvom der er væsentlige forskelle mellem disse stoffer og edderkoppespind.

Ifølge forskere er edderkoppespind et af de stærkeste materialer, vi kender. Hvis vi skriver alle egenskaberne i edderloppespindet ned, så vil listen blive meget lang. Men bare nogle få eksempler på edderkoppespindets egenskaber er nok til at få pointen frem.32

• Silketråden, som edderkoppen spinder, og som kun måler en tusindedel af en millimeter på tværs, er gem gange stærkere end stål med samme tykkelse.
• Det kan strække sig op til fire gange sin egen længde.
• Den er også så let, at mængden af tråd, der kan strække sig hele vejen rundt om planeten, kun ville veje 320 gram.

Disse individuelle egenskaber findes måske i diverse andre materialer, men det er en meget enestående situation, at de alle er til stede samtidig. Det er ikke let at finde materiale, som er både stærkt og elastisk. Stærkt stålkabel er for eksempel ikke lige så elastisk som gummi og kan deformeres med tiden. Og mens gummikabler ikke let kan deformeres, så er de ikke stærke nok til at bære tunge laster.

1. Silk production region 2. Silk glands	3. Spigots 4. Threads

Hvordan kan tråden, som et så lille væsen spinder, have egenskaber, der er langt overlegne i forhold til gummi og stål, som er produkter af menneskelig viden, samlet gennem århundreder?

A detailed view of the spigots.

Edderkoppens silkes overlegenhed gemmes i dens kemiske struktur. Dens rå materiale er et protein kalder keratin, som består af spiralformede kæder af aminosyrer, tværbundet til hinanden. Keratin er byggestenen i så vidt forskellige naturlige stoffer som hår, negle, fjer og hud. I alle de stoffer, det udgør, er dets beskyttende egenskab lige vigtig. Endvidere gør det keratin meget elastisk, at det består af aminosyrer bundet med løse hydrogenbindinger, som det beskrives i det amerikanske magasin Science News: ”På den menneskelige skala kunne et spind, der ligner et fiskenet, fange et passagerfly.” 33

På undersiden af spidsen af edderkoppens mave er der tre par spindevorter. Hver af disse spindevorter er spækket med mange hårlignende tuber kaldet dyser. Disse dyser fører til silkekirtler inden i maven, som hver producerer en forskellig slags silke. Som resultat af harmonien mellem den produceres en variation af silketråde. Inden i edderkoppens krop bruges pumper, ventiler og tryksystemer med usædvanligt udviklede egenskaber under produktionen af den rå silke, som så trækkes ud gennem dyserne.34

Vigtigst af alt kan edderkoppen ændre trykket i dyserne bevidst, hvilket også ændrer strukturen af de molekyler, som udgør den flydende keratin. Ventilernes kontrolmekanisme, trådens diameter, resistens og elasticitet kan alle ændres, hvilket altså gør, at tråden påtager sig de ønskede karakteristikker uden at ændre den kemiske struktur. Hvis dybere ændringer af silken ændres, så må en anden kirtel tages i brug. Og til slut, takket være den perfekte brug af bagbenene, kan edderkoppen sætte tråden på det ønskede spor.

Når edderkoppens kemiske mirakel engang fuldstændig kan kopieres, så kan mange brugbare materialer blive produceret: sikkerhedsbælter med den nødvendige elasticitet, meget stærke kirurgiske strukturer, som ikke efterlader ar, og skudsikre stoffer. Endvidere er ingen skadelige eller giftige stoffer nødvendige til deres produktion.

Edderkoppers spind besidder de mest enestående egenskaber. På grund af dets høje modstand overfor spænding kræver det ti gange mere energi at ødelægge silke end noget andet lignende biologisk materiale.35

To catch their prey, spiders construct exceedingly high-quality webs that stop a fly moving through the air by absorbing its energy. The taut cable used on aircraft carriers to halt jets when they land resembles the system that spiders employ. Operating in exactly the same way as the spider’s web, these cables halt a jet weighing several tons, moving at 250 kmph, by absorbing its kinetic energy.

Som resultat skal meget mere energi bruges for at ødelægge et stykke edderkoppesilke på samme størrelse som en nylontråd. En hovedgrund til, at edderkopper er i stand til at producere så stærk silke, er, at de tilføjer assisterende forbindelser med en regulær struktur ved at kontrollere krystallisationen og foldningen af de grundlæggende proteinforbindelser. Siden vævematerialet består af flydende krystal, bruger edderkopper en minimal mængde energi, mens de gør dette.

Tråden produceret af edderkopper er meget stærkere end de kendte naturlige eller syntetiske fibre. Men den tråd, de producerer, kan ikke opsamles og bruges direkte, ligesom silken fra mange andre insekter kan. Af den grund er kunstig produktion det eneste nuværende alternativ.

Forskere beskæftiger sig med en lang række studer om, hvordan edderkopper producerer deres silke. Dr. Fritz Vollrath, en zoolog ved Aarhus Universitet i Danmark, studerede haveedderkoppen Araneus diadematus og lykkedes med at opdage en stor del af processen. Han fandt ud af, at edderkopper gør deres silke hård ved at forsyre den. Han undersøgte især den kanal, som silken går i gennem, før den kommer ud af edderkoppens krop. Før den kommer ind i kanalen består silken af flydende proteiner. I kanalen trækker specialiserede celler åbenbart vand væk fra silkeproteinerne. Hydrogen atomer taget fra vandet pumpes ind i en anden del af kanalen og danner et syrebad. Som silkeproteinerne kommer i kontakt med syren, folder de sig og danner broer med hinanden og gør silken hård, som er ”stærkere og mere elastisk en Kevlar […] den stærkeste menneskeskabte fiber”, som Vollrath siger.36

This example alone is enough to demonstrate the great wisdom of God, the Creator all things in nature: Spiders produce a thread five times stronger than steel. Kevlar, the product of our most advanced technology, is made at high temperatures, using petroleum-derived materials and sulfuric acid. The energy this process requires is very high, and its byproducts are exceedingly toxic. Yet from the point of view of strength, Kevlar is much weaker than spider silk. (“Biomimicry,” Your Planet Earth; http://www.yourplanetearth.org /terms/details.php3?term=Biomimicry)

Kevlar, et forstærkningsmateriale brugt i skudsikre veste og dæk, og som laves gennem avanceret teknologi, er det stærkeste menneskeskabte syntetisk materiale. Men edderkoppespind besidder egenskaber, der er Kevlar langt overlegne. Udover at være meget stærkt kan edderkoppesilke også reproduceres og genbruges af den edderkop, som spandt det.

Hvis forskere klarer at kopiere de interne processer, der finder sted inden i edderkoppen – hvis foldningen af protein kan gøres fejlfri og vævningsmaterialets genetiske information tilføjes, så vil det være muligt at producere silkebaserede tråde industrielt med mange specielle egenskaber. Man tror derfor, at hvis edderkoppespindets vævningsproces bliver forstået, så vil succesniveauet i fremstillingen af menneskeskabte materialer forbedres.

Denne tråd, som forskere nu først sætter sig sammen for at undersøge, er blevet produceret fejlfrit af edderkopper i mindst 380 millioner år.37 Dette er uden tvivl et af beviserne på Guds perfekte skabelse. Der er heller ikke nogen tvivl om, at alle disse enestående fænomener er under Hans kontrol og finder sted efter Hans vilje. Som et vers siger “Der findes intet dyr, hvis pandelok Han ikke har fat i.” (Koran, 11: 56).

Mekanismen, Der Producerer Edderkoppespind Er Overlegen I Forhold Til Enhver Tekstilmaskine

Edderkopper producerer silker med forskellige egenskaber til forskellige formål. Diatematus kan for eksempel bruge sine silkekirtler til at producere syv forskellige slags silke – ligesom produktionsteknikker brugt i moderne tekstilmaskiner. Men de maskiners enorme størrelse kan ikke sammenlignes med edderkoppens silkeproducerende organ på få kubikmillimeter. En anden overlegen egenskab ved silke er den måde, hvorpå edderkoppen kan genbruge det og kan producere ny tråd ved at bruge sit skadede spind.