Jos ilmaston lämpeneminen aiheuttaa katastrofaalisen tulvan, joka tulvii suurimman osan maailman rannikon kaupunkialueista vuosisadan loppuun mennessä, miten selviämme siitä? Biomimicry-suunnittelijan ja materiaalitutkija Jun Kamein vastaus Royal College of Artissa on Amphibio – eräänlainen kevyt 3D-tulostettu polymeeristä valmistettu liivi, joka toimii sekä keinotekoisena kiduksena että hengityssäiliönä, jonka avulla ihmiset voivat hengailla veden alle jäävissä megakaupungeissa.
Yhteistyössä RCA-IIS Tokyo Design Labin kanssa suunniteltu Amphibio on Kamein ratkaisu ennustettuun tulevaisuuteen vuonna 2100, jolloin ilmaston lämpeneminen on sulattanut jääpeitteet ja merten nousu on vaikuttanut 30 prosenttiin maailman väestöstä. Intuitiivinen reaktio tällaiseen katastrofiin saattaisi olla siirtyminen sisämaahan, mutta Kamei uskoo, että parempi ajatus olisi omaksua puoliksi vesielämäntapa käyttämällä jotain Amphibion kaltaista keinotekoista kidusta.
Amphibio on vielä konseptivaiheessa oleva biomimeettinen keinotekoinen kidus, joka perustuu sukeltaviin hämähäkkeihin ja hyönteisiin, joilla on superhydrofobinen ihopinta, jonka ansiosta ne pystyvät keräämään kehonsa ympärille ilmaa sisältävän kuplan. Nämä kuplat toimivat kuin kidukset, jotka päästävät sisäänsä ympäröivään veteen liuennutta happea ja vapauttavat hiilidioksidia.
Kamei on toistaiseksi tehnyt laboratoriokokeita hiilidioksidilla täytetyllä ja säiliöön ripustetulla testirakolla osoittaakseen sen kyvyn imeä happea. Hän myöntää, että suunnittelussa on vielä paljon tehtävää, ja viittaa siihen, että pinta-ala on liian pieni ja sen on oltava vähintään 32 m², jotta se kerää riittävästi happea ihmiselle.
Kamei tunnustaa Amphibion teknisen puolen, mutta teknologia on vielä hyvin kaukana toteuttamiskelpoisesta, saati käytännöllisestä. Ajatus keinotekoisesta kiduksesta on ollut valtavirtaa siitä lähtien, kun vedenalaisen tutkimuksen pioneeri kapteeni Jacques Cousteau julisti vuonna 1962, että meren tutkimisen tulevaisuus on luoda ”ihmiskaloja”, jotka hengittävät vettä. Ongelmana on, että idean ja todellisuuden välillä on hyvin suuri kuilu. esteet idean käytäntöön saattamisessa kasvoivat nopeasti. Aluksi teknologia näytti voittajalta, kun tutkijat laittoivat hamstereita kala-altaisiin upotettuihin kalvolaatikoihin, mutta on paljon vaikeampaa valmistaa jotain, joka tekee samaa kuin kalan kidukset.
Jos katsot listaa merieläimistä, huomaat, että yhdelläkään merinisäkkäistä ei ole kiduksia. Tähän on useita syitä, mutta yksi suurimmista on se, että nisäkkäiden aineenvaihdunta on hyvin vilkasta ja vaatii paljon happea ylläpitääkseen. Jos otat litran (34 oz) ilmaa, siihen mahtuu 200 ml (6,76 oz) happea. Mutta jos vedessä on vettä, happea on vain 5-10 ml litrassa (0,17-0,34 oz). Kylmäverisille kaloille tämä riittää, mutta ihmisen käyttämän keinotekoisen kiduksen on käsiteltävä 10-20 kertaa enemmän vettä kuin ilmaa, eli 100 litraa (26,5 gal) minuutissa 100-prosenttisella hyötysuhteella pitääkseen sukeltajan hengissä.
Tämä tarkoittaa, että tarvitaan useita asioita. Ensinnäkin se tarkoittaa erittäin suurta pinta-alaa, joka on verrattavissa ihmisen keuhkojen 50-75 m²:n (540-810 ft²) pinta-alaan, ja se tarkoittaa myös paljon veden virtausta. Siksi varhaisissa keinotekoisissa kidussuunnitelmissa oli vahvasti aaltoilevia kalvoja, jotka oli tungettu suuriin reppuihin, joissa oli akkuja, ilmasäiliöitä ja massiivisia juoksupyöriä, jotka työnsivät vettä laitteen läpi.
Eivät ongelmat tähän lopu. Jos happi ja hiilidioksidi voivat kulkea keinotekoisen kidusmateriaalin läpi, niin voivat myös neutraalit kaasut. Vaikka kidukset voivat ottaa vedestä happea, ne eivät saa typpeä, joten sukeltajan keuhkoissa oleva typpi, jonka osuus on 78 prosenttia, vuotaa nopeasti ulos, jolloin letkut romahtavat ja hengitysmaski tulvii vettä. Tämä olisi vielä pahempaa Amphibion kanssa, koska hydrofobisen pinnan vangitsema ilmakerros pienenisi ja katoaisi pian, kun typpi diffundoituu ympäröivään veteen.
Sama pätee myös paineeseen. Keinotekoiset kidukset toimivat parhaiten hyvin matalassa vedessä. Jos sukeltaja menee syvemmälle kuin muutaman metrin syvyyteen, vedenpaine taas romahduttaa letkut ja rakot ja kasvonaamari tulvii. Sukelluksessa ei ole tätä ongelmaa, koska se on suunniteltu niin, että se kompensoituu automaattisesti säätimen avulla, joka tuottaa ilmaa ympäristön paineella tietyssä syvyydessä.
Tämä ei mitätöi Amphibion ideaa, mutta se vaatii paljon enemmän työtä hyvin perustasolla, jotta siitä tulisi käytännöllinen. Jos se joskus pääsee markkinoille, voisi olla kiva mennä sukeltamaan johonkin tulvivaan katedraaliin. Tosin suosittelisimme tilaisuuteen naamaria, räpylöitä, painovyötä ja räpylöitä läpikuultavien vaatteiden sijaan.
Alla olevalla videolla nähdään Amphibio-rakon tankkitesti.