Hvis den globale opvarmning forårsager katastrofale oversvømmelser, der oversvømmer de fleste af verdens kystnære byområder inden udgangen af dette århundrede, hvordan vil vi så klare det? Biomimicry-designer og materialeforsker Jun Kamei fra Royal College of Art’s svar er Amphibio – en slags letvægts 3D-printet vest lavet af en polymer, der både fungerer som en kunstig gill og et åndedrætsreservoir, som vil gøre det muligt for folk at hænge ud i de oversvømmede megabyer.
Amphibio er designet i samarbejde med RCA-IIS Tokyo Design Lab og er Kameis løsning på en forventet fremtid i 2100, hvor den globale opvarmning har smeltet iskapperne, og de stigende oceaner har påvirket 30 procent af verdens befolkning. Den intuitive reaktion på en sådan katastrofe kunne være at flytte ind i landet, men Kamei mener, at en bedre idé ville være at indføre en semi-akvatisk livsstil ved hjælp af noget som den kunstige gylle Amphibio.
Amphibio er stadig på konceptstadiet og er en biomimetisk kunstig gylle, der er baseret på dykkende edderkopper og insekter, som har en superhydrofob hudoverflade, der gør det muligt for dem at samle en luftboble omkring deres krop. Disse bobler fungerer som gæller, der lukker ilt ind, som er opløst i det omgivende vand, og frigiver kuldioxid.
Amphibio bruger den samme princip med et særligt og uspecificeret porøst hydrofobt materiale, der er egnet til 3D-printning, til at skabe en slags kammelformet vest, der består af en række luftblærer, som munder ud i en maske, der dækker næse og mund. Kamei beskriver Amphibio som værende et mellemled mellem fridykning og dykning, der gør det muligt for dykkere at blive længere under vandet med lettere udstyr.
Kamei har indtil videre gennemført laboratorieforsøg med en testblære fyldt med kuldioxid og ophængt i en tank for at demonstrere dens evne til at absorbere ilt. Han indrømmer dog, at der stadig er lang vej igen med hensyn til designet, idet han nævner, at overfladen er for lille og skal være mindst 32 m² (344 ft²) for at opsamle nok ilt til en person.
Og selv om Kamei anerkender den tekniske side af Amphibio, er teknologien meget langt fra at være gennemførlig og endnu mindre praktisk anvendelig. Ideen om kunstige gæller har været mainstream, siden undervandspioneren kaptajn Jacques Cousteau i 1962 erklærede, at fremtiden for udforskning af havet var at skabe “menneskefisk”, der kan ånde vand. Problemet er, at der er en meget stor kløft mellem idéen og virkeligheden.
Siden de første forsøg blev foretaget med semipermeable plastmembraner til at udvinde ilt fra vand, blev forhindringerne for at gøre ideen praktisk anvendelig hurtigt større. I første omgang lignede teknologien en vinder, da forskerne satte hamstere i membranbokse nedsænket i akvarier, men det er meget sværere at lave noget, der gør det samme som en fiskekølle.
Hvis man ser på en liste over havets dyreliv, vil man bemærke, at ingen af havpattedyrene har gæller. Det er der en række grunde til, men en af de største er, at pattedyr har et meget højt stofskifte, som kræver meget ilt at understøtte. Hvis du tager en liter (34 oz) luft, indeholder den 200 ml (6,76 oz) ilt. Men hvis du har vand, svarer det kun til 5-10 ml ilt pr. liter. Det er fint for koldblodede fisk, men en kunstig gill, der bæres af en person, skal behandle 10 til 20 gange mere vand i volumen end luft, eller 100 liter (26,5 gallon) pr. minut ved 100 % effektivitet for at holde dykkeren i live.
Det betyder, at der kræves en række ting. For det første betyder det et meget stort overfladeareal, der kan sammenlignes med de 50 til 75 m² (540 til 810 ft²) i de menneskelige lunger, og det betyder også en stor vandgennemstrømning. Det er derfor, at de tidlige konstruktioner af kunstige gæller var udstyret med kraftigt bølgede membraner, der var proppet ind i store rygsække med batterier, lufttanke og massive pumpehjul til at skubbe vand gennem apparatet.
Det er ikke her, problemerne slutter. Hvis ilt og kuldioxid kan passere gennem et kunstigt gillemateriale, kan neutrale gasser også. Mens gællerne kan opsamle ilt fra vandet, kan de ikke få kvælstof, så kvælstoffet i dykkerens lunger, som udgør 78 procent, vil hurtigt sive ud, og slangerne vil kollapse, og åndedrætsmasken vil blive oversvømmet med vand. Dette ville være endnu værre med Amphibio, fordi det lag luft, der er fanget af den hydrofobiske overflade, ville blive reduceret og snart forsvinde, efterhånden som kvælstoffet diffunderes ud i det omgivende vand.
Det samme gælder for trykket. Kunstige gæller fungerer bedst på meget lavt vand. Hvis dykkeren kommer mere end et par meter ned, vil vandtrykket igen få slangerne og blærerne til at kollapse, og ansigtsmasken vil blive oversvømmet. Scuba har ikke dette problem, fordi det er designet til automatisk at kompensere ved hjælp af en regulator, som leverer luft ved det omgivende tryk for en given dybde.
Ingen af disse ting gør ideen bag Amphibio ugyldig, men der skal arbejdes meget mere på et meget grundlæggende niveau for at gøre den praktisk anvendelig. Hvis det nogensinde kommer på markedet, kan det være rart at dykke i en oversvømmet katedral. Selv om vi ville anbefale en maske, svømmefødder, vægtbælte og svømmefødder i stedet for en diaphanøs kjole til lejligheden.
Videoen nedenfor viser tankprøven af en Amphibio-blære.