Mange dyr har egenskaper som er rene superkreftene for oss mennesker, og som mennesker av mange årsaker streber etter å kunne gjenskape på kunstig vis i laboratorier.
Slangen og blekkspruten er to av dem.
Verdens beste infrarøde sensorsystem
Giftige gruveslanger, i tillegg til noen pyton- og boaslanger, kan detektere kroppsvarme i form av infrarød termisk stråling fra byttedyr som befinner seg opptil en meter unna.
På denne måten kan en blind slange «se» bølgelengder mellom fem og 30 mikrometer, med en følsomhet som gjør at den kan registrere temperaturforskjeller mindre enn 0,001 °C, en nøyaktighet som gjør at slangen kan avgjøre hvor byttet også er mest sårbart for angrep.
Les også: Slik skal de utvinne kraft fra varmen i havet
Bedre sensorer for industrien
Forskeren David Julius ved University of California, San Fransisco, oppdaget i 2010 hvordan prosessen foregår på molekylært nivå. Og blant annet ved Florida Institute of Technology forsker biologiprofessor Michael Grace på hvordan slangenes sensorsystem kan brukes som utgangspunkt for å utvikle bedre infrarøde sensorer for bruk innen medisinsk avbildning, industri og forsvarssystemer.
– Slangenes sensorsystemer er ekstraordinært sensitive, de er oppbygget i nanometerskala og er også i stand til å reparere seg selv.
Disse sensorene har utviklet seg uavhengig hos de ulike slangeartene, men konseptet er det samme. Alle slangene er utstyrt med sansegroper som er plassert på slangehodet.
Biologiske nettverk
Gropene har en membran med ionekanaler som aktiveres av varme fra byttedyrene, og har videre et tett nettverk av nerver som kobler dem til slangehjernens somatosensoriske system (systemet som prosesserer følelsesinntrykk fra kroppens overflate, som smerte, berøring, leddsans og vibrasjon).
Nervecellenes ionekanaler, kalt TRPA1, detekterer den infrarøde strålingen som varme fremfor lys, slik at slangen bokstavelig talt føler varmen.
De samme reseptorene finnes i mennesker og andre pattedyr. TRPA1-kanalene kalles også wasabi reseptorer, og detekterer irritanter fra for eksempel sennepsplanter.
Les også: Insekter i nanodrakt overlever ekstreme forhold
Elektriske signaler
Det somatosensoriske systemet systemet er ikke tilkoblet øynene, noe som bekrefter at det er varmestråling, og ikke lysfotoner, som detekteres hos slangene.
Den infrarøde strålingen varmer opp vevet (membranen) i sansegropen, og TRPA1-kanalene åpner seg når vevet når en grensetemperatur, slik at ionene strømmer inn i nervecellene og utløser et elektrisk signal.
Eksempelvis ligger denne grensetemperaturen i TRPA1-kanalene hos klapperslanger rundt 28 °C, som er omtrent den temperaturen en slange vil «føle» fra en mus eller et ekorn som befinner seg en meter unna.
Antennemembranen henger i en hul grop, et beinkammer, på slangehodet. Denne gropen har et raskt varmetap for å maksimere temperaturforskjellene mellom varmblodige dyr og alt annet.
Superkamuflasje
Et annen bemerkelsesverdig skapning fra naturens verden er blekkspruten, som kan gjemme seg ved å endre farge, skremme vekk fiender med avskrekkende mønstre, i tillegg til at den lurer rovdyr ved å slippe falske lokkefugler.
Dersom alt dette skulle feile, kan den stygg-søte skapningen også propellere tentaklene sine lynraskt for å komme seg unna.
Blekkspruten har en enestående evne til raskt å kunne endre både farge og tekstur. Den har flere typer pigmenter, i tillegg til celler som kan reflektere fargene i omgivelsene rundt den.
Blekksprutskinnet kan bølge med vibrerende farger, eller en del av kroppen dens ta et mønster mens de resterende delene tar andre.
Les også: Nytt superbatteri kan lades på sekunder
Endrer tekstur
For å endre farge er blekkspruten utstyrt med bittesmå muskler for å gi skinnet en annen tekstur, som kan få den til å ligne på en stein eller et annet objekt.
Det er fortsatt et mysterium nøyaktig hvordan blekkspruten er i stand til å gjennomføre disse forandringene så raskt og effektivt, men flere forskere samarbeider for å utvikle et materiale som skal mimere blekksprutens kamuflasjemekanismer.
Øye-gen i huden
Blant annet har Roger Hanlon og en forskergruppe ved Marine Biological Laboratory i Woods Hole i Massachusetts avdekket at et gen som er ansvarlig for dannelse av opsin, et lyssensorisk molekyl som sitter i retina i øyet, også er distribuert rundtomkring i blekksprutskinnet. Det skriver nettstedet japantimes.
Det visuelle pigmentet er konsentrert i små organer som består av en elastisk liten sekk med røde, gule eller svarte pigmenter, tilknyttet blekksprutens muskelfibre, og forskerne tror at proteinet detekterer lysfotoner og at de små organene så endrer hudens farge.
Men de vet ennå ikke om opsinet fungerer på egenhånd, eller om funksjonen er tilknyttet signaler fra blekksprutens hjerne.
Det er også foreslått en hypotese om blekkspruten, som ironisk nok er fargeblind, på denne måten kan «se» farger ved hjelp av opsinet i huden.
Se video: Tre års solaktivitet på tre minutter
Pentagon-potensiale
Forskerne ved Woods Hole forsøker nå å bevise dette; Blant annet jobber en av forskerne med å finne ut om retinokrom, et protein som skrur opsin av og på når det detekterer lys, også er tilstede i blekkspruthuden.
Parallelt jobber en gruppe ingeniører ved havforskningsinstituttet Office of Naval Research i Virginia med et forsøk på å lage et lignende kamuflasjemateriale basert på silisium og elektriske kretser.
Dette kunstige skinnet håper ingeniørene at muligens skal kunne hjelpe Pentagon i USA med å få militære fartøy til å «forsvinne».
Teknologien skal også kunne brukes til å designe nye typer 3D-TV’er, holografiske spill og medisinsk bildebehandling, noe havforskningsinstiuttet samarbeider med blant annet Rice University om.
– Forestill deg at overflater på veggene i huset ditt kan transmittere bilder av hva som skjer i rommet rundt deg, sier elektroingeniør og professor Richard Baraniuk ved Rice.
Les også: Apple kan få fart på norsk sensorteknologi
Kaskade av reaksjoner
Den første prototypen vil bli en versjon som skal kunne gjenskape omgivelsene i svart-hvitt. Fleksible kamuflasjepaneler vil inneholde små sekker med fargestoffer som skal kunne trekke seg sammen og utvide seg på samme måte som skinnet til en blekksprut.
I blekkspruten skyldes denne unike evnen en kompleks kaskade av reaksjoner som påvirkes av kjemiske og fysiske signaler fra omgivelsene, i tillegg til blekksprutens egne kjemiske hormoner og elektriske impulser fra hjernen.
Det vil være en ekstremt komplisert oppgave å skulle gjenskape en blekkspruts eller andre dyrs egenskaper i form av elektriske koblinger på et kretskort, men eksemplene viser at naturen byr på uante muligheter for idemyldring.
Les også:
– Ingen skal dø eller skades i en Volvo 2020-modell
