de A. Cosmin Buteică
Secolul XXI se preconizează a fi era în care aproape orice produs al imaginației umane se poate materializa. Ne aflăm în pragul unei revoluții tehnologice care va schimba fundamental modul în care trăim, lucrăm sau relaționăm interuman. Klaus Schwab, fondatorul Forumului Economic Mondial, numește această etapă drept “a patra revoluție industrială”[1] – o eră a fuziunii tehnologiilor din sfera fizică, digitală și biologică, prin care inovațiile se vor dezvolta exponențial și vor recalibra aproape fiecare industrie existentă. Această goană după progres tehnologic și profit va trebui să aibă în vedere consecințele holistice asupra mediului înconjurător sau comunităților umane. Valurile precedente de industrializare2 (revoluția bazată pe mecanizarea cu ajutorul motorului cu abur, cea bazată pe puterea electrică și apoi cea digitală) au generat bogăție și au contribuit la progresul umanității, însă au lăsat în urmă probleme complexe, ce vor necesita inovații sustenabile și soluții integrate și cuprinzătoare: multiple crize economice și socio-politice, epuizarea resurselor naturale, poluarea fără precedent și impactul negativ asupra calității vieții și sănătății umane în multe zone ale planetei.
În tot acest context apăsat de probleme complexe, soluțiile sustenabile sunt mult mai la îndemână decât ne închipuim. Natura ne poate oferi cele mai bune lecții și soluții. De-a lungul timpului, natura a reprezentat o sursă importantă de inspirație pentru arhitecți, inventatori, artiști. Biomimetica (termen format din cuvintele grecești “bios” – viață – și “mimesis” – a imita) este știința care studiază modele, forme, procese sau sisteme ale naturii și le emulează în strategii și soluții pentru rezolvarea problemelor umane. Conceptul de biomimetică a fost răspândit de Janine Benyus, a cărei lucrare3 susține importanța căutării inspirației în “geniul naturii”. Benyus întărește faptul că natura dispune de soluții la multe din problemele cu care omenirea se confruntă, rezultate ale procesului evolutiv natural realizat pe parcursul a miliarde de ani. Biomimetica percepe natura drept mentor (Benyus, 1997), propunând un nou mod de vizualizare, observare și evaluare a acesteia ce ar putea conduce la dezvoltarea de inovații conceptuale, arhitecturale sau tehnologice.
Incursiune în lumea biomimeticii
Fascinația mea pentru modelele inspirate din natură am descoperit-o prima oară citind despre acest subiect în liceu și am reîntâlnit-o și aprofundat-o in facultate, unde am studiat și practicat informatica economică. Așa am aflat cum comportamentul comunităților din lumea naturală servește drept sursă de inspirație și în domeniul informaticii, unde au fost dezvoltați algoritmi care simulează procesele sociale dintr-un colectiv natural. Acești algoritmi inspirați din natură ajută la rezolvarea problemelor de transport sau de optimizare în rețele. Spre exemplu, observând comportamentul social al furnicilor în căutarea drumului între cuib și sursa de hrană, cercetătorii au realizat că acestea reușesc să descopere drumul cel mai scurt pe baza urmelor de feromon lăsate4. Urmele de feromon constituie rolul unei “memorii colective dinamice distribuite în colonie”, iar problema de optimizare poate fi transformată într-o “problemă de identificare a drumului optim într-un graf orientat”5.
Pasiunea pentru informatică s-a complementat perfect cu cea pentru dinamica economică, fiind curios să descopăr “cum fiecare decizie pe care o înfăptuim, de la individ, la familie, la firme sau guverne, poate influența calitatea vieții și a lumii înconjurătoare. Studiul economiei mi-a oferit un cadru sistematic pentru gândire, analiză și cercetare, dobândind astfel o modalitate mai bună de înțelegere a problemelor cu care ne confruntăm ca indivizi, comunitate, societate și umanitate”6. Studiile mele post-universitare includ un dublu masterat cu specializări în “General Management” și în “Global Business and Stakeholder Management” la Rotterdam School of Management, Erasmus University. „În perioada studiilor în străinătate, pe lângă pregătirea în domeniul administrării afacerilor, am fost atras de zona de mediu și tematica dezvoltării urbane și regionale durabile și sustenabile, de modul în care oamenii interacționează cu mediul înconjurător, inclusiv modul în care deciziile sunt luate cu privire la gestionarea mediului, la nivel local, național și global. Am întreprins vizite de studiu în Danemarca, Emiratele Arabe Unite și China. În misiunile de cercetare din aceste țări am participat la întâlniri cu reprezentanți atât din mediul privat, cât și din cel public, contribuind la colectarea de date și identificarea tendințelor, bunelor practici și oportunităților de investiții pe probleme de sustenabilitate — gestionarea eficientă a resurselor de apă, a deșeurilor sau eficiența transporturilor”7. Ulterior, experiența profesională a fost fundamentată în sectorul financiar-bancar, iar în prezent lucrez pentru o instituție financiară internațională pe proiecte legate de schimbări climatice și de o creștere economică sustenabilă, pasiunile mele pentru mediu și economie fiind astfel valorificate.
Devenind pasionat de problemele de mediu am continuat aprofundarea teoretică prin dizertația de masterat, susținută în cadrul Departamentului de Schimbări Climatice și Afaceri Sustenabile al universității olandeze, subiectul de cercetare ales fiind conceptul de biomimetică și utilizarea sa ca instrument de inovare pentru aplicații în domeniul afacerilor. Studiul s-a concentrat pe identificarea caracteristicilor și circumstanțelor care au condus la dezvoltarea sau adoptarea unor soluții biomimetice în cadrul mai multor companii din America de Nord și rezultatele acestui tip de inovație. În diferite situații observate pe baza studiilor de caz, reglementările de mediu, leadership-ul vizionar sau parteneriatele public-private au influențat substanțial apariția inovației în companii și dezvoltarea unor soluții inspirate din natură. În toate studiile de caz realizate, s-a observat că soluțiile inovative de tip biomimetic au condus la performanțe mai bune de mediu și au contribuit în același timp la câștiguri economice considerabile.
Modalități de aplicare a principiilor biomimetice
(i) Imitarea formelor naturale
Există mai multe modalități de aplicare a principiilor biomimetice. Modalitatea cea mai simplă este mimarea formei sau funcției unui model natural. Structuri observabile în lumea naturală devin astfel surse de inspirație și soluții de proiectare pentru dezvoltarea produselor umane. Spre exemplu, proiectanții trenurilor de mare viteză japoneze s-au inspirat din fizionomia păsărilor, îmbunătățind astfel aerodinamicitatea locomotivelor8. Echipe de cercetători nord-americane au reușit să proiecteze turbine de apă, mori eoliene și pale de elicopter mai eficiente având ca sursă de inspirație balena cu cocoașă. Spre deosebire de alte cetacee, balena cu cocoașă prezintă protuberanțe (tuberculi) pe muchia anterioară a înotătoarei ce îi permit să direcționeze fluxul apei, dând naștere la vârtejuri și turbulențe ce reduc din rezistența la înaintare9.
(ii) Imitarea proceselor naturale
Imitarea unei forme sau funcții observabile în natură este însă doar o parte a procesului de proiectare biomimetică. Un nivel mai profund de proiectare se bazează pe mimarea proceselor care au loc în natură, observând ansambluri de reacții sau procese chimice pe care natura le utilizează pentru a crea. Un exemplu de imitare a unui proces este fabricarea materialelor de construcție prin emularea procesului natural al formării calcarului rezultat din depunerile scheletelor de corali10. Brent Constanz, cercetător expert în biomineralizare la Stanford, s-a inspirat din modul în care coralii își construiesc schelete calcaroase și alcătuiesc recife, reușind printr-un proces tehnologic similar să capteze CO2 gazos din surse de emisii industriale și să îl convertească într-o formă solidă de carbonat de calciu11. Astfel, CO2 este captat permanent, iar tehnologia de conversie utilizată generează materie primă profitabilă pentru fabricarea materialelor de construcții.
Un alt exemplu de imitare a unui proces natural este exemplificat într-unul din studiile de caz din cadrul cercetării de masterat despre compania nord-americană REGEN Energy. REGEN Energy a fost înființată în anul 2005, in Toronto, Canada, de către Mark Kerbel și Roman Kulyk, cu obiectivul de a dezvolta soluții tehnologice viabile pentru sistemele de gestionare a energiei. REGEN Energy a dezvoltat și brevetat o nouă tehnologie sofisticată de gestionare a energiei, inspirată de interacțiunea albinelor12. Tehnologia utilizează controlere ce pot fi montate la dispozitive consumatoare de energie. Controlerele comunică wireless între ele utilizând o rețea de tip cloud, pe baza unui algoritm ce imită procesul de comunicare al albinelor. Produsul permite optimizarea consumului energetic, sincronizând sau oprind dispozitivele consumatoare de energie atunci când consumul energetic nu este necesar și contribuind astfel la economii de consum consistente13. În timpul interviurilor cu fondatorul Mark Kerbel, acesta mi-a dezvăluit că povestea soluției algoritmice inspirate din natură a contribuit semnificativ și la îmbunătățirea imaginii produsului brevetat. În doar câțiva ani, peste 300 de organizații au contractat serviciile companiei, iar în 2014 aceasta a reușit să atragă o nouă rundă de finanțări de la investitori privați în valoare de 12 milioane USD14, pentru a accelera expansiunea produselor și serviciilor oferite la nivel internațional.
Produsul Purebond15 este o altă materializare de succes a biomimeticii de proces – o soluție adezivă dezvoltată pe baza încrucișării proteinelor de soia ce replică proteinele filamentelor midiilor utilizate de acestea în momentul fixării pe stânci. Soluția a fost dezvoltată de Dr. Kaichang Li, cercetător la Oregon State University, prin intermediul unui parteneriat public-privat, între universitate și Columbia Forest Products, cel mai mare producător de placaje de lemn din America de Nord. Noutatea acestei inovații biomimetice a fost eliminarea formaldehidei (compus chimic declarat cancerigen de către Organizația Mondială a Sănătății) din soluția adezivă, îndepărtând astfel efectele secundare dăunătoare asupra sănătății umane la un preț mai avantajos față de adezivii pe bază de formaldehidă consacrați16. Dr. Li a afirmat in cadrul interviului pe care mi l-a acordat că multe companii tradiționale din industria lemnului au refuzat să investească în cercetarea sa, temându-se de apariția unei soluții potențial revoluționare la nivel de industrie și neanticipând faptul că formaldehida urma să fie catalogată drept cancerigenă (la momentul cercetării aflându-se doar pe lista substanțelor posibile cancerigene). În absența unui investitor vizionar și a unui parteneriat public-privat, această soluție biomimetică nu ar fi putut fi realizată.
(iii) Imitarea sistemelor naturale
Cel mai complex nivel al biomimeticii este reprezentat însă de mimarea sistemelor existente în natură. Un exemplu de mimare a unui sistem natural poate fi un parc eco-industrial care emulează parteneriatele reciproc avantajoase existente în natură, unde specii diferite contribuie la un schimb continuu de materiale pentru a se asigura că beneficiul colectiv este mai important decât suma prestațiilor individuale. Similar, grupuri de companii foarte diferite pot beneficia reciproc de produse reziduale secundare. Deșeurile și produsele secundare ale unei companii devin astfel resurse importante pentru o altă companie.
Biomimetica și impactul asupra economiei
Biomimetica este multidisciplinară și de cele mai multe ori implică o strânsă colaborare între oamenii de știință sau cercetătorii din varii domenii precum biologie, inginerie, fizică sau chimie. Aplicabilitatea biomimeticii nu are limite, existând cercetări și pentru definirea arhitecturilor organizaționale inspirate din comunități naturale, sau mai nou fiind propuse strategii de investiții financiare bazate pe modele din lumea naturală17. Soluțiile biomimetice sunt utilizate și în industria nanotehnologiilor, în cea medicală, robotică, în domeniul inteligenței artificiale sau în apărare. Un studiu recent realizat18 afirmă că soluțiile tehnologice rezultate prin “bioinspirație” au potențialul de a transforma semnificativ economia globală, impactând anumite ramuri ale industriei sau sectoare precum agricultura, mineritul, construcțiile, gestionarea deșeurilor, sau tehnologia informației. Același studiu prognozează că până în anul 2030, soluțiile de tip biomimetic ar putea reprezenta aproximativ 425 de miliarde USD din PIB-ul Statelor Unite ale Americii și 1,6 trilioane USD la nivel global.
Soluțiile biomimetice sau inovație în acord cu natura
Inovația este dezirabilă, dar nu ar trebui sa fie permisă cu orice preț. Deși creativitatea umană a generat inginerii uluitoare în ultimele decenii, multe din practicile autohtone au atras consecințe nedorite, contribuind la poluarea și degradarea serviciilor esențiale funcționării sănătoase a ecosistemelor naturale. Proiecțiile științifice pentru secolul XXI privind schimbările climatice ne avertizează cu privire la creșterea frecvenței evenimentelor extreme, precum seceta, valurile de căldură sau inundațiile. Acestea vor avea implicații alarmante privind securitatea alimentară și a apei, agricultura, ecosistemele, sănătatea umană și implicit dezvoltarea economică.
Biomimetica reprezintă o poartă spre inovație, cu un potențial important în dezvoltarea unor soluții eficiente, de înaltă performanță, cu impact negativ redus asupra mediului înconjurător. Soluțiile biomimetice ar putea contribui semnificativ la adaptarea la schimbările climatice și atenuarea efectelor acestora19. Întregi orașe și comunități ar putea fi reproiectate respectând principiile ecosistemelor naturale, asigurând o economie circulară. Investițiile private în cercetare și tehnologie sunt însă vitale pentru ca inovațiile biomimetice să poată fi realizate. La nivel de politici publice, ar trebui urmărită încurajarea tinerilor antreprenori, susținerea universităților și institutelor de cercetare și stimularea operatorilor economici în vederea creării și dezvoltării de clustere inovative de tehnologii cu emisii reduse sau zero de carbon.
Exemplele prezentate în acest articol demonstrează, în primul rând, faptul că inovația este mult mai la îndemână decât ne închipuim. Biomimetica este exemplul grăitor în acest sens. Modelele și dinamica lumii naturale au evoluat pe parcursul a miliarde de ani. Replicarea sau adaptarea lor în lumea afacerilor, în industrie, în medicină și alte domenii de actualitate conduce la inovație. Așadar, inovatori sunt atât cei ce brevetează spre exemplu echipamente ce ne conduc în lumi virtuale, cât și cei ce se îndreaptă cu perspicacitate către natură și reușesc să îi integreze modelele, procesele și sistemele în realitatea umană. Utilizând natura drept model si mentor pentru dezvoltarea inovațiilor, progresul tehnologic și cel al umanității pot coexista într-un mod sustenabil și armonios.
[1], 2 Schwab, K. (2016) – The Fourth Industrial Revolution, World Economic Forum, January 2016
3 Benyus, J. (1997) – Innovation Inspired by Nature (1st edition), William Morrow Press
4 Ratnieks, F. (2008) – Bio-Inspired Computing and Communication, chapter Biomimicry: Further Insights from Ant Colonies?, pp 58-66,Springer Berlin Heidelberg
5 Dioșan, L. (2013) – Curs de inteligență artificială – Rezolvarea problemelor de căutare; strategii de căutare informată; algoritmi inspirati din natură. Universitatea Babeș-Bolyiai, Facultatea de Matematică și Informatică.
6, 7 Olaru, S. (2014, August 11). Update România – Cosmin Buteică crede că o combinație între sistemul de învățământ românesc și cel occidental ar fi ideală. http://www.agerpres.ro/
8, 9 Biomimicry (n.d.). Biomimicry Examples. Solutions to global challenges are all around us. https://biomimicry.org
10 Biello, D. (2008, August 7) – Cement from CO2: A Concrete Cure for Global Warming?. Scientific American. http://www.scientificamerican.com/
11 Calera (n.d.). The Science. http://www.calera.com/
12, 13 Hamilton, T. (2009, February 4). Managing Energy with Swarm Logic. MIT Technology Review.
14 REGEN Energy Announces Close of Series B Funding Round. (2014, October 7). http://www.encycle.com/
15 Columbia Forest Products (n.d.). Core Products. PureBond Hardwood Plywood. http://www.columbiaforestproducts.com/
16 AskNature (n.d.). Purebond Technology. http://www.asknature.org/
17 Collins, K (2014) – The Nature of Investing: Resilient Investment Strategies Through Biomimicry, Bibliomotion
18 Fermanian Business & Economic Institute (2013) – Bioinspiration: an economic progress report. November 2013
19 Zari, M.P. (2015) – Can Biomimicry Be a Useful Tool for Design for Climate Change Adaptation and Mitigation?, Biotechnologies and Biomimetics for Civil Engineering, pp 81-113, Springer International Publishing
