Biomimetik är ett forskningsfält där biologi, teknik och hållbarhet möts. Naturens processer, system och lösningar är välbeprövade, energieffektiva och per definition cirkulära. Nya tekniska innovationer inspireras av och efterliknar dem.

De millimeterlånga björndjuren kan överleva uttorkning och extrema förhållanden i djup dvala, bland annat genom att producera en sockerart som tar vattenmolekylernas plats i cellerna och skyddar strukturerna. Genom att simulera den processen kan energikrävande kylkedjor för till exempel vacciner ersättas med frystorkning. Termiter bygger sina stackar med passiva ventilationssystem som håller jämn temperatur och luftfuktighet, genom att ta in luft nära marken och låta den passera ut genom skorstenar. Sådan termitventilation, som nu bland annat används på en skola i Sundsvall, kan spara hälften av uppvärmningsenergin. Och ny teknik inspirerad av fåglars flockbildning har kunnat minska bränslekonsumtionen hos hybrider med 30 procent.

De komplexa biologiska systemen omkring oss är en rik kunskapskälla och en värdefull resurs att ta intryck från. Om jordens utvecklingshistoria komprimerades till ett år skulle den industriella utvecklingen bara motsvara den sista minuten – medan naturen fungerat som en enorm experimentverkstad under mycket längre tid än så. En verkstad som studerat hur system kan göras effektiva, funktionella, resurs- och energibesparande, inpassade i ett kretslopp – och där nya designförslag ställts mot varandra hela tiden.

Biomimetik – teknik som härmar naturen

Biomimetik kallas sådan teknik som efterliknar naturens lösningar eller härmar funktioner därifrån. Ett klassiskt exempel är kardborrebandet, vars snillrika hakar och öglor utvecklades ur vad upphovsmannen George de Mestral såg när han studerade frön från en kardborreväxt i mikroskop.

En mer omvälvande idé på samma tema är den artificiella fotosyntesen – att i likhet med växterna omvandla solenergi till bränsle i en sammanhängande process. Under 2016 kunde ett konstgjort löv som producerar vätgas av vatten och solljus kombineras med en bakterie som gör alkohol av vätet – en omvandling som härmar växternas men är tio gånger så effektiv. Ett exempel bland många på hur syntetisk biologi, där mikroorganismer modifieras till att tillverka skräddarsydda proteiner eller biobränslen, öppnar nya möjligheter.

Diatoméer, kiselalger, bygger upp avancerade kiselstrukturer i samma skala som dagens halvledarkomponenter – men i havsvattnet, utan elektronikindustrins renrum.

Men det finns många exempel – från övergripande nivå till lösningar på enskilda problem – på hur lärdomar från naturen förbättrar teknik. Som vilket rörelsemönster hos en vinge som är mest energibesparande, eller hur djurens energiomvandling till muskelarbete, som ofta är häpnadsväckande effektiv, organiseras.

Turbiner i någon form används i nästan all industriell elproduktion. Att göra vindkraftsrotorblad knöliga istället för släta, som knölvalens fenor, visar sig kunna minska luftmotståndet och öka effekten. En ny vindturbinsdesign som prövas i Tunisien simulerar vingrörelserna hos en kolibri. En annan vindturbin utvecklad av Siemens bullrar mindre men ger samma effekt, genom att bladen fått en vågig kant som efterliknar vingarna hos de tyst flygande ugglorna.

Nya tillverkningsmetoder ger frihet

Det här är en utveckling som går hand i hand med nya konstruktionsmetoder i innovationsforskningen. Additiv tillverkning och 3D-printade komponenter, som turbinkomponenterna som tas fram vid Siemens 3D-verkstad i Finspång, ger friheten att designa och tillverka vilka geometrier som helst, skikt för skikt. Komponenter eller byggnadselement som görs urholkade eller byggs upp som nätstrukturer kan spara vikt och material. (Läs mer om additiv tillverkning i artikeln ”Printade pulverkomponenter sparar vikt”).

Arkitekter och ingenjörer har börjat ta uppslag till tredimensionella konstruktioner som kombinerar låg vikt och hög hållfasthet från mikrostrukturer som återfinns i benvävnad, snäckskal och kiselalger. Även när det gäller materialen i sig finns det mycket att ta intryck av. Naturen konstruerar kompositer av mineraler och proteiner som ofta är starkare och lättare än de material vi använder, och tillverkade utan energikrävande högtemperaturprocesser.

Naturen inspirerar på systemnivå

Nya visioner för effektivare transportsystem i städer har dragits upp med inspiration från hur motorproteiner transporterar material i levande celler.
Bild: Audi Urban Future Initiative.

Idag är biomimikry, som korsbefruktningen mellan biologi och tekniska discipliner också kallas, en internationell och växande trend. Det finns som sagt många exempel på designlösningar som tar sin inspiration från naturen, men även på systemnivå börjar naturens processer i allt högre grad stå som förebild – för transportsystem, organisation av hållbara städer, produktionsprocesser.

Självkörande, modulära och multimodala fordon som automatiskt och dynamiskt grupperar sig till större enheter och delas upp igen – och kan utnyttja olika former av existerande infrastruktur som vägar, järnväg och tunnelbana. Det är en ny vision för ett effektivare transportsystem i städer, som dragits upp med inspiration från hur motorproteiner transporterar material i levande celler.

Utvecklingen går stadigt bort från den linjära ekonomin och in i den cirkulära, där kretslopp sluts och avfall inte finns. Istället slutar allt som råmaterial eller energi för nya processer. Det är i sig ett närmande till naturen: även där tas allt om hand, och överallt finns opportunister som i tävlan med varandra om knappa resurser ser till att flöden och processer effektiviseras och strömlinjeformas.

En bas för kunskapsekonomin

Entreprenören och forskaren Idriss Aberkane beskriver biomimetiken som en kunskapsrevolution:
”Föreställ er att vi i generationer har levt i ett bibliotek, utan att veta om det. Att vi har bränt böckerna som ved, för de fungerade bra som bränsle. Nu har vi vaknat upp och insett att de är böcker, fulla med ritningar till tekniker, mediciner, organisationsmönster – fulla med innovationer. Biomimetiken är insikten att naturen är en kunskapsdatabas och inte bara ett förråd av råvaror.”

Det ändrar allt, påpekar Aberkane, för kunskapsbaserad ekonomi är inte begränsad. En tillväxt som uppstår genom effektivare lösningar istället för ytterligare tillskott av ändliga resurser står inte i konflikt med naturen.
”Titta på Sydkorea. De har större export än Ryssland, med en tredjedel så många invånare och en bråkdel av landytan. De har inga råvaror. De exporterar kunskap; det är grunden för hela deras ekonomi.”

Att studera naturens tekniska lösningar är framtidens oljeplattform, enligt Aberkane – källan till framtidens tillväxt. De låter oss utvinna förståelse för material, strukturer och produktionsprocesser överlägsna de vi använder i industrin, och per definition cirkulära och hållbara. Vad vi behöver är raffinaderierna – forskning och utveckling som kan omvandla kunskapen därifrån till teknisk innovation.

Vi har rimligen bara sett början av biomimetikens möjligheter. Förfinade tillverkningsmetoder som additiv tillverkning baserade på nya typer av material kommer att ge oss ännu större frihet att efterlikna komplexa biologiska system, och lösa problem med ännu effektivare teknik som lutar sig mot naturens miljontals år av utvecklingsarbete.

Artikeln publicerades i mars 2017.