Gamta yra turtingas ir dinamiškas įkvėpimo šaltinis medžiagų inovacijoms, sudarant sąlygas naujų medžiagų, vadinamų „biologiniu įkvėpimu paremtomis medžiagomis“, kūrimui. Šios medžiagos pasižymi patobulintomis struktūrinėmis ir funkcinėmis savybėmis, gautomis iš esamų sudėčių ir medžiagų (Liu ir kt., 2017). „Biologinio įkvėpimo“ koncepcija kyla iš požiūrio, kai įžvalgos imamos iš natūralių struktūrų ir funkcijų, siekiant sukurti pažangias dirbtines medžiagas su geresnėmis savybėmis (Zhang ir kt., 2024).

Biologiniai įkvėpimo šaltiniai, tiek augalų, tiek gyvūnų karalystės, sudaro pagrindą dirbtinių medžiagų kūrimui, kurios atkartoja arba yra paveiktos jų savybių ir funkcijų (Zhang ir kt., 2020). Daugybė biologinių struktūrų buvo tiriamos dėl jų potencialo biologiniu įkvėpimu paremtų medžiagų dizainui, įskaitant perlamutrą, voro šilką, lotoso lapus, musės akis ir drugelio sparnus (Sun ir kt., 2019). Augalai, kurie atsirado maždaug prieš 400 milijonų metų, patyrė reikšmingą evoliucinį progresą, kad prisitaikytų ir išgyventų sudėtingose aplinkose (Pires ir Dolan, 2012). Nepaisant ribotų pagrindinių statybinių blokų, augalai pasižymi išskirtine struktūrine ir funkcine įvairove, kuri įkvėpė aukštos kokybės paviršių ir sąsajų kūrimą, pavyzdžiui, Nepenthes įkvėptą kryptingo skysčio transportavimo mechanizmą (Chen ir kt., 2016).

Be to, augalų įkvėptų medžiagų ir struktūrų integracija žymiai pagerino įvairių technologijų efektyvumą, įskaitant energijos surinkimo, konvertavimo ir saugojimo sistemas, taip pat vandens desalinizacijos ir valymo įrenginius, atskyrimo ir surinkimo mechanizmus bei struktūrinio sutvirtinimo ir tvirtinimo sprendimus (Yu ir kt., 2024).

 

 1 pav. Grafiškai pavaizduotos augalų įkvėptos paviršiai ir sąsajos įvairioms taikymo sritims, šaltinis: Wijerathne ir kt., 2025.

Fotosintezė yra sudėtingas procesas, kurio metu augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos paverčia šviesos energiją į cheminę energiją. Šis procesas yra pagrindinis gyvybei Žemėje, nes suteikia energiją ir organines medžiagas, kurios palaiko daugumą ekosistemų.

Fotosintezės bendrą reakciją galima apibendrinti šia lygtimi:

6 CO₂ + 6 H₂O + šviesos energija → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Šio proceso metu anglies dioksidas ir vanduo, naudojant saulės šviesą kaip energijos šaltinį, paverčiami gliukoze ir deguonimi (https://www.britannica.com/science/photosynthesis).

Fotosintezės procesas yra gyvybiškai svarbus Žemėje. Jis gamina deguonį kaip šalutinį produktą, kuris būtinas daugumai gyvų organizmų. Be to, organinės medžiagos, sukurtos fotosintezės metu, sudaro daugumos maisto grandinių pagrindą.

Fotosintezę vykdo fotoautotrofai – organizmai, galintys patys pasigaminti maistą naudodami šviesos energiją. Tai apima augalus, dumblius ir kai kurias bakterijas.

Fotosintezės supratimas svarbus ne tik biologijai, bet ir sprendžiant pasaulinius iššūkius. Šiandien naudojami iškastiniai kuras yra fotosintezės, vykusios prieš milijonus metų, rezultatas. Be to, tyrimai apie dirbtinę fotosintezę gali lemti naujas tvarias energijos technologijas (https://www.britannica.com/science/photosynthesis).

Augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos yra įvaldę saulės šviesos panaudojimo meną, kad palaikytų gyvybę Žemėje. Šis procesas, vadinamas fotosinteze, leidžia jiems paversti saulės energiją į cheminę energiją, gaminant deguonį, kurį kvėpuojame, ir maistą, kurį valgome. Supratimas, kaip augalai efektyviai surenka ir saugo energiją, gali įkvėpti tvarius sprendimus žmonių energijos poreikiams.