Intelligenta material

För närvarande studerar många forskare strukturen av naturliga material och använder dem som modeller i sin egen forskning, helt enkelt eftersom dessa strukturer har sådana eftertraktade egenskaper som styrka, lätthet och elasticitet. Till exempel är det inre skalet hos haliotissnäckan dubbelt så motståndskraftigt som den keramik som kan produceras även av avancerad teknologi. Spindeltråd är fem gånger starkare än stål, och limmet som musslorna använder för att förtöja sig till stenar behåller sina egenskaper även under vatten.16

Gulgun Akbaba, en medlem av den turkiska tidskriften Bilim ve Teknik (vetenskap och teknik) forsknings och publicerings grupp, talar om de överlägsna egenskaperna hos naturliga material och de sätt på vilka vi kan använda oss av dem:

Traditionella keramiska och glasmaterial har blivit allt svårare att anpassa till teknologin som förbättras nästan dagligen. Forskarna arbetar nu för att fylla denna lucka. De arkitektoniska hemligheterna i naturens strukturer har sakta börjat avslöjas ... På samma sätt som ett musselskal kan självrepareras eller en sårad haj kan reparera skador på hud, kommer de material som används i teknologin också att kunna förnya sig. Dessa material som är hårdare, starkare, mer motståndskraftiga och har överlägsna fysikaliska, mekaniska, kemiska och elektromagnetiska egenskaper, har låg vikt och förmågan att motstå höga temperaturer som krävs av sådana fordon som raketer, rymdfärjor, och forskningssatelliter när de lämnar och återinträder i jordens atmosfär. Arbetet med de jättelika överljudsflygplan för passagerarbefordran som planeras för interkontinentala resor kräver också lätta, värmebeständiga material. Inom medicinen kräver produktionen av artificiellt ben sådant material som kombinerar svampigt utseende med hård struktur, och vävnad så nära som möjligt till den som finns i naturen.17

För att producera keramik, som används för en lång rad ändamål från konstruktion till elektrisk utrustning, krävs i allmänhet temperaturer över 1000-1500 oC (1,830-2,730 oF).

Abalone	İlhan Aksay

Flera keramiska material finns i naturen, men så pass höga temperaturer används aldrig för att skapa dem. En mussla, till exempel, avsöndrar sitt skal på ett perfekt sätt vid endast 4o Celsius (39oF). Detta exempel på naturens överlägsna skapelse tilldrog sig uppmärksamheten hos den turkiska forskaren Ilhan Aksay, som började fundera kring hur vi kan producera bättre, starkare, nyttiga och funktionella keramik.

Genom att undersöka de inre strukturerna i skalen hos ett antal havsdjur, lade Aksay märke till de extraordinära egenskaperna hos haliotissnäckans skal. Förstorad 300 000 gånger med ett elektronmikroskop, liknade skalet en tegelvägg, med "tegelstenar" av kalciumkarbonat omväxlande med ett protein "cement" Trots att kalciumkarbonat har, i huvudsak, en spröd natur, var skalet mycket stark tack vare sin laminerade struktur och mindre spröd än konstgjord keramik. Aksay fann att dess laminering hjälper till att förhindra att sprickor från fortskrider, på ungefär samma sätt som ett flätat rep inte fallerar när en enda sträng bröts.18

Inspirerad av sådana modeller utvecklade Aksay några mycket hårda och motståndskraftiga keramiskmetall kompositer. Efter att ha testats i olika amerikanska armé laboratorier användes en borkarbid/aluminium komposit som han hade hjälpt till att utveckla som pansarplåt i stridsvagnar! 19

För att producera biomimetiska material bedriver dagens forskare forskning på mikroskopisk nivå. Som ett exempel, påpekar professor Aksay att de biokeramiska typer av material i ben och tänder bildas vid kroppstemperatur med en kombination av organiska material såsom proteiner men har ändå egenskaper som är långt överlägsna de hos konstgjord keramik. Uppmuntrade av Aksays tes att "överlägsna egenskaper" hos naturliga material härrör från sammankopplingar på nanometrisk nivå (en miljondels millimeter) har många företag i syfte att producera mikroverktyg till dessa dimensioner börjat titta på bioinspirerade material, det vill säga konstgjorda ämnen inspirerade av biologiska ämnen.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-ofpearl in terms of solidity. Using the calcium salts from s e a w a t e r , coral forms a hard structure capable of slicing through even steel ships' hulls.

Alltför många industriella produkter och biprodukter som framställs under förhållanden med höga tryck och temperaturer innehåller skadliga kemikalier. Men naturen producerar liknande ämnen enligt vad som kan beskrivas som "livsvänliga" förhållanden i, till exempel, vattenbaserade lösningar och vid rumstemperatur. Detta innebär en klar fördel för såväl konsumenter som forskare.21

Producenter av syntetiska diamanter, formgivare av metallegeringar, polymer forskare, fiberoptiska experter, producenter av fin keramik och utvecklare av halvledare, alla finner de tillämpningar av biomimetiska metoder som den mest praktiska. Naturliga material som kan reagera på alla deras behov uppvisar också en enorm variation. Därför imiterar forskningsexperter inom olika områden, från skottsäkra västar till jetmotorer, originalen finns i naturen och replikerar deras överlägsna egenskaper på konstgjord väg.

Konstgjorda material spricker och splittras så småningom. Detta kräver utbyte eller reparation, med till exempel användande av lim. Men vissa material i naturen, exempelvis musslans skal, kan repareras av de ursprungliga organismerna. Nyligen, i imitation, har forskare börjat utveckla substanser såsom polymerer och polycyklater som kan förnya sig själva. I sökandet att utveckla starka, självförnyande bioinspirerade material är ett naturligt ämne tagen som en modell nämligen noshörningshorn. På 2000-talet, kommer sådan forskning att ligga till grund för materialvetenskapliga studier.22

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.

Kompositer

De flesta material i naturen består av kompositer. 23 Kompositer är fasta material som uppkommer när två eller flera ämnen kombineras för att bilda en ny substans som besitter egenskaper som är överlägsna de hos de ursprungliga substanserna.

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

Den konstgjorda kompositen som kallas glasfiber, som ett exempel, används i båtskrov, fiskespön och sport-utrustning såsom bågar och pilar. Glasfiber skapas genom att blanda fina glasfibrer med en geléliknande plast som kallas polymer. Allteftersom polymeren hårdnar är det sammansatta ämnet som framträder lätt, starkt och flexibelt. Ändringar av fibrerna eller plast ämnet som används i blandningen ändrar också kompositens egenskaper.24

Kompositer bestående av grafit och kolfibrer är bland de tio bästa tekniska upptäckterna under de senaste 25 åren. Med dessa har lätta strukturerade kompositmaterial har delar till nya flygplan, rymdskytteln, sportutrustning, Formel-1 tävlingsbilar och yachter konstruerats och nya upptäckter görs snabbt. Men hittills är konstgjorda kompositer mycket mer primitiva och svagare än de naturligt förekommande kompositerna.

Liksom alla de extraordinära strukturer, ämnen och systemen i naturen, är de ovannämnda kompositerna här är ett exempel på Guds extraordinära skapelseförmåga. Många verser i Koranen uppmärksammar den unika kalibern och fulländningen av denna skapelse. Gud uppenbarar de oräkneliga antal välsignelser som förlänas människan som ett resultat av hans ojämförliga skapelse:

Glasfiberteknik i krokodilskinn

Den glasfiber teknik som började användas på 1900-talet har funnits i levande organismer från den dag de skapades. Krokodilens hud, som ett exempel, har många gemensamma drag med glasfiber.

Tills nyligen var forskarna förbryllade till hur krokodilskinn var så pass ogenomtränglig för pilar, knivar och ibland även kulor. Forskning visade överraskande resultat: Ämnet som ger krokodilskinn sin speciella styrka är de fibrer av kollagen protein som den innehåller. Dessa fibrer har egenskapen att stärka en vävnad när de läggs till den. Utan tvekan fick kollagen inte så detaljerade egenskaper som ett resultat av en lång, slumpmässig process såsom evolutionister vill få oss att tro. Snarare var det redan från början perfekt och komplett, med alla dess egenskaper vid ögonblicket av dess skapelse.

Stålkabelteknologi i musklerna

Ett annat exempel på naturliga kompositer är senor. Dessa vävnader, som förbinder musklerna till skelettet, har en mycket bestämd men ändå smidig struktur, tack vare de kollagen baserade fibrer som bygger upp dem. En annan egenskap hos senor är det sätt på vilket deras fibrerna vävs samman.

Ms Benyus är medlem av lärarkåren vid USA: s Rutgers University. I sin bok Biomimikry, uppger hon att senorna i våra muskler är uppbyggda enligt en mycket speciell metod och fortsätter med att säga:

Senan i din underarm är ett vridet knippe kablar, som de kablar som används i en hängbro. Varje enskild kabel är själv en tvinnad bunt av tunnare kablar. Var och en av dessa tunnare kablar är själv en tvinnad bunt av molekyler, vilka är, naturligtvis, vridna, spiralformade buntar av atomer. Om och om igen utvecklar en matematisk skönhet en självrefererande, fraktal kalejdoskop av teknisk briljans.25

I själva verket inspirerades de stålkablar som används i dagens hängbroar av strukturen hos senor i människokroppen. Senors makalösa design är bara ett av de otaliga bevisen på Guds överlägsna design och oändliga kunskaper.

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.

Valspäck med flera uppgifter

Ett späcklager täcker kropparna hos delfiner och valar och fungerar som en naturlig flytmekanism som gör att valar kan stiga till ytan för att andas. Samtidigt skyddar den dessa varmblodiga däggdjur från de kalla vattnen i havets djup. En annan egenskap hos valspäck är att när metaboliseras, ger det 2-3 gånger så mycket energi som socker eller protein. Under en vals tusentals kilometer långa vandring då den inte äter, när den inte kan hitta tillräckligt med mat, får valen sin energi som behövs från detta kroppsfett.

Vid sidan av detta är valspäck ett mycket flexibelt gummiliknande material. Varje gång den slår svansen i vattnet, komprimeras och sträcks den elastiska återfjädringen av späck. Detta ger inte bara valen extra fart utan tillåter även en 20 % energibesparing på långa resor. Med alla dessa egenskaper betraktas valspäck som ett ämne med ett mycket bred utbud av funktioner.

Valar har haft sitt späcklager under tusentals år, men först nyligen har det upptäckts att den består av ett komplex nät av kollagenfibrer. Forskare arbetar fortfarande för att till fullo förstå funktionerna i denna fettkomposit blandning och de anser att det är ännu en mirakel produkt som skulle ha många användningsområden om den producerades på ett syntetisk sätt. 26

Pärlemors särskilda skadebegränsande struktur

Pärlemor strukturen som utgör de inre skikten av ett mollusk skal har imiteras i utvecklingen av material för användning i super tuffa blad till jetmotorer. Ungefär 95 % av pärlemor består av krita, men tack vare dess kompositstruktur är den 3 000 gånger tuffare än bulk krita. När den undersöks i mikroskop, kan mikroskopiska plättar 8 mikrometer tvärsöver och 0,5 mikrometer tjocka ses, dessa är ordnade i lager (1 mikrometer = 10-6 meter). Dessa plättar består av en tät och kristallin form av kalciumkarbonat och de kan sammanfogas tack vare ett klibbigt siden liknande protein.27

Denna kombination ger seghet på två sätt. När pärlemor belastas av en tung last börjar sprickor som bildas att sprida sig men ändrar riktning när de försöker att passera genom protein lagren. Detta fördelar den inkommande kraften, vilket förhindrar frakturer. En andra förstärkande faktor är den att när en spricka uppstår sträcker proteinet lagren ut i strängar över frakturen som absorberar den energi som skulle tillåta sprickor att fortskrida.28

jet engine	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 som minskar skador på pärlemor har blivit föremål för många forskares undersökning. Att motståndet i naturens material bygger på sådana logiska och rationella metoder visar tveklöst närvaron av en högre intelligens. Som detta exempel visar avslöjar Gud tydliga bevis på sin existens och den överlägsna makten och kraften i hans skapelse genom sin oändliga kunskap och visdom. När han säger i en vers:

Hårdheten hos virke ligger gömd i dess design

I motsats till ämnen i andra levande organismer består vegetabiliska kompositer mer av cellulosafibrer än kollagen. Virkets hårda, resistenta struktur härrör från produktionen av denna cellulosa - ett hårt material som inte är vattenlösligt. Denna egenskap hos cellulosa gör virke så mångsidig i byggande. Tack vare cellulosa förblir träkonstruktioner stående i hundratals år. Beskrivet som spännings bärande och makalös används cellulosa i mycket större utsträckning än andra byggnadsmaterial i byggnader, broar, möbler och åtskilliga andra varor.

Eftersom virke absorberar energi från låg hastighets stötar är det mycket effektivt att begränsa skador till en viss punkt. Skador minskas i synnerhet när påverkan sker i rät vinkel mot fiberriktningen. Diagnostisk forskning har visat att olika typer av virke uppvisar olika nivåer av motstånd. En av faktorerna är densitet, eftersom tätare virke absorberar mer energi under påverkan. Antalet kapillärer i träet, deras storlek och fördelning, är också viktiga faktorer för att minska deformation.29

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.)

Andra världskrigets Mosquito flygplan, som hittills har visat störst tolerans mot skador, tillverkades genom limning av täta plywood lager mellan lättare remsor av balsaträ. Hårdheten av virke gör det till ett högst tillförlitligt material. När det går sönder, spricker det så långsamt att man kan iaktta det med blotta ögat, vilket ger tillfälle att vidta åtgärder.30

Trä består av parallella kolonner av långa ihåliga celler placerade ände mot ände, omgivna av spiraler bestående av cellulosafibrer. Dessutom är dessa celler inneslutna i en komplex polymerstruktur bestående av harts. Vridna i en spiral, utgör dessa skikt 80 % av cellväggens totala tjocklek och tillsammans uppgör de den huvudsakliga vikten. När en träcell kollapsar ini sig själv, absorberar den inslagsenergin genom att bryta sig bort från de omgivande cellerna. Även om sprickan löper mellan fibrerna, deformeras fortfarande inte träet. Trasigt virke är ändå tillräckligt starkt för att stödja en betydande belastning.

Material tillverkad genom att imitera träets design är 50 gånger mer hållbart än andra syntetiska material som används idag. Trä imiteras för närvarande i material som har utvecklats som skydd mot höghastighetspartiklar, såsom splitter från bomber eller kulor. 31

Såsom dessa få exempel visar, har naturliga ämnen en mycket intelligent design. Strukturerna och motståndet hos pärlemor och trä är inga tillfälligheter. Det är en påvisbar och målmedveten design i dessa material. Varje detalj av deras felfria design, från perfektionen i deras lager till deras densitet och antalet kapillärer har noggrant planerats och skapats för att åstadkomma motstånd. I en vers avslöjar Gud att Han har skapat allting omkring oss:

Spindelns silke är starkare än stål

Ett stort antal insekter såsom nattfjärilar och fjärilar producerar silke, även om det finns stora skillnader mellan dessa ämnen och spindeltråd.

Enligt forskarna är spindel tråd en av de starkaste kända materialen. Om vi skriver ner alla egenskaper hos ett spindelnät kommer den resulterande listan att bli mycket lång. Emellertid påvisas detta faktum redan genom att endast uppge några exempel på spindeltrådens egenskaper:32

· Silkestråden som spinns av spindlar mäter bara en tusendels millimeter i diameter och är fem gånger starkare än stål med samma tjocklek.

· Tråden kan sträckas ut med upp till fyra gånger sin egen längd.

· Tråden är också så lätt att tillräckligt med tråd för att sträckas runt jorden endast skulle väga 320 gram.

Dessa individuella egenskaper kanske kan hittas i olika andra material, men det är en exceptionell situation för dem alla återfinnas tillsammans på en och samma gång. Det är inte lätt att hitta ett material som är både starkt och elastiskt. En stark stålvajer är, som ett exempel, inte lika elastiskt som gummi och kan deformeras med tiden. Och medan gummikablar inte deformeras lätt, är de inte tillräckligt starka för att klara tunga belastningar.

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

Hur kan tråden spunnen av en så pass liten organism har egenskaper vida överlägsna gummi och stål som är produkter av århundraden av ackumulerad mänsklig kunskap?

A detailed view of the spigots.

Spindeltrådens överlägsenhet är dold i dess kemiska struktur. Dess råmaterial är ett protein som kallas keratin, som består av spiralformade kedjor av aminosyror som är korsbundna till varandra. Keratin är byggstenen för så pass vitt skilda naturliga ämnen som hår, naglar, fjädrar och hud. I alla ämnen i vilka den ingår är dess skyddande egenskap särskilt viktig. Genom att keratin består av aminosyror sammanbundna genom lösa vätebindningar gör den mycket elastisk, såsom beskrivs i den amerikanska tidskriften Science News:

"I mänsklig skala skulle ett nät som liknar ett fisknät kunna fånga upp ett passagerarplan"33

På den tillspetsade undersidan av spindeln buk finns tre par spinndysor. Var och en av dessa spinndysor är översållad med många hårliknande rör som kallas tappar. Tapparna leder till silkeskörtlar inuti buken som ger olika typer av silke. Som ett resultat av harmonin mellan dessa tappar produceras flera olika typer av silkestrådar. Inuti spindelns kropp används pumpar, ventiler och trycksystem med exceptionella egenskaper under produktionen av det råsilke, som sedan dras ut genom tapparna.34

Viktigt är att spindeln kan ändra trycket i tapparna efter eget behag, vilket också ändrar strukturen av molekylerna som utgör det flytande keratinet. Ventilernas kontrollmekanism, diameter, motstånd och elasticitet hos tråden kan ändras, vilket gör tråden att antar önskade egenskaper utan att förändra dess kemiska struktur. Om större förändringar i silket önskas måste en annan körtel tas i drift. Och slutligen, tack vare den perfekta användningen av sina bakben, kan spindeln sätta tråden där det önskas.

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.

När spindelns kemiska mirakel kan kopieras helt kan många användbara material framställas: bilbälten med erforderlig elasticitet, mycket starka kirurgiska suturer som inte efterlämnar några ärr, och skottsäkra tyger. Dessutom behöver inga skadliga eller giftiga ämnen användas i produktionen.

Spindelns silke uppvisar de mest extraordinära egenskaper. På grund av dess höga motståndskraft mot spänningar krävs tio gånger mer energi för att bryta spindelns silke än vad som krävs för andra, liknande biologiska material.35

Som ett resultat behöver mycket mer energi förbrukas för att bryta en stäng spindelsilke än det av samma storlek hos nylontråd. En viktig orsak till att spindlar kan producera så stark silke är den att de lyckas lägga till assisterande föreningar med en reguljär struktur genom att styra kristalliseringen och veckningen av de grundläggande proteinföreningarna. Eftersom väven består av flytande kristaller förbruka spindlar ett minimum av energi medan de gör detta.

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)

Tråden som produceras av spindlar är mycket starkare än de kända naturliga eller syntetiska fibrerna. Men tråden de producerar inte kan samlas in och användas direkt såsom silket hos många andra insekter. Därför är konstgjord framställning, för närvarande, det enda alternativet. Forskare är engagerade i omfattande studier kring hur spindlar producerar sitt silke. Dr Fritz Vollrath, en zoolog vid universitetet i Århus i Danmark, studerade en trädgårdspindel:

Araneus diadematus och lyckades avslöja en stor del av processen. Han fann att spindlar härdar sitt siden genom att försura det. Bland annat undersökte han kanalen genom vilken silket passerar innan det lämnar spindelns kropp. Innan det går in i kanalen består silke av flytande proteiner. I kanalen upptar specialiserade celler vatten ur silkesproteinerna. Väteatomer som upptas från vattnet pumpas in i en annan del av kanalen där de skapar ett syrabad. Allteftersom silkesproteiner får kontakt med syran veckas de och bildar broar med varandra vilket härdar silket som är "starkare och mer elastiskt än Kevlar [...] det starkaste konstgjorda syntetfibern", som Vollrath uttrycker det. 36

Kevlar, ett förstärkande material som används i skottsäkra västar och däck, och framställs genom avancerad teknik, är det starkaste konstgjorda syntetiska materialet. Emellertid har ändå spindeltråd egenskaper som är vida överlägsna Kevlar. Utöver att vara mycket stark, kan spindeltråd också omarbetas och återanvändas av spindeln som spann tråden.

Om forskarna lyckas replikera de interna processerna som äger rum inne i spindel – om proteinveckningen kan göras felfri och det vävda materialets genetiska information kan läggas till kommer det att bli möjligt att industriellt producera silkesbaserade trådar med många speciella egenskaper. Det antas därför att om spindeltrådens vävningsprocess kan tolkas kommer framgångarna vid tillverkning av konstgjorda material att förbättras.

Denna tråd, som forskarna först nu går samman för att utreda, har tagits fram felfritt av spindlar under minst 380 miljoner år.37 Detta är, utan tvekan, ett av bevisen för Guds perfekta skapelse. Det finns inte heller någon tvekan om att alla dessa extraordinära fenomen lyder under Hans kontroll som äger rum i Hans vilja. Som en vers säger:

Mekanismen för framställningen av spindeltråd är överlägsen alla textilmaskiner

Spindlar producerar silke med olika egenskaper för olika ändamål. Till exempel kan Diatematus använda sina silkeskörtlar för att producera sju olika typer av silke på sätt som liknar den produktionsteknik som används i moderna textilmaskiner. Men dessa maskiners enorma storlek inte kan jämföras med spindelns silkesproducerande organ som endast är några kubikmillimeter stora. En annan överlägsen funktion i sitt silke är det sätt som spindeln kan återvinna det, genom att konsumera sitt skadade nät kan den producera ny tråd.