Сгодится все, что есть
Наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы называется бионика. Обычно выделяют несколько ее уровней. Самый первый и простой — копирование форм. Здесь достаточно внимательно присмотреться к живому объекту и проявить немного смекалки, как обыграть и адаптировать его «под человека». Например, форма кабины высокоскоростных поездов в Японии скопирована с клиновидного клюва зимородка. Таким образом инженерам удалось не только увеличить скорость движения состава, но и убрать хлопок при преодолении звукового барьера (он был такой громкий, что пассажиры боялись на этих поездах ездить). Идея создания дорожных отражателей пришла в голову английскому изобретателю Перси Шоу, когда он увидел в темноте светящиеся глаза бродячей кошки. И таких примеров масса.Второй уровень бионики уже несколько сложнее и подразумевает использование не форм, а скрытых свойств. Например, застежка-липучка создана по принципу соединения колючек репейника (попробуйте их отодрать от одежды) и так далее. Благодаря изучению свойств паутины придуман уникальный высокопрочный материал — кевлар, который используется в изготовлении средств индивидуальной защиты (бронежилетов), а также в судостроении и авиации. Любопытный момент — зубчатая передача была впервые использована еще в Древнем Египте. Однако есть серьезные подозрения, что этот механизм египтяне подсмотрели в строении задних конечностей цикад. Как говорится, не пойман — не вор, но очень похоже.
Третий уровень бионики самый серьезный — это использование технологий. Из элементарного: уникальная система сбора воды в пустыне была подсказана... спиной намибийского жука. Во время тумана насекомое поднимает спину выше головы и замирает. На спине собираются капли конденсированной влаги, которая стекает вниз. Если говорить о более высокотехнологичных и известных примерах, упомянем систему GPS (разработана на примере миграций птиц) и гидролокатор, придумать который «помогли» киты и дельфины.
Небеса обетованные
Несмотря на то что это относительно новое направление, получившее развитие в начале XX века, первым ученым-биоником принято считать Леонардо да Винчи. Гениальный итальянец не только вдохновлялся естественными формами животных, считая их идеальными с точки зрения механики, но и пытался построить орнитоптер — летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц. Кстати, именно выросшую из его идей авиацию можно с полным правом считать самым характерными примером заимствования природных технологий. Правда, создатели первых самолетов повторили ошибку Леонардо, решив, что главное в полете — правдоподобно крыльями махать. Оказалось, дело не столько в анатомии и биологии, сколько в физике и математике.
Чтобы конструировать самые совершенные летательные машины, ученые буквально под микроскопом изучают птиц даже сейчас: как они двигаются в потоке воздуха, как устроены их перья и так далее. Например, при проектировании стратегических самолетов-разведчиков в 1960-х американские инженеры придумали рассекатель воздушного потока по аналогии с устройством ноздрей сокола-сапсана. Система, защищающая легкие птицы от перепадов давления на высоких скоростях, позволила создать самолеты, летающие в три раза быстрее скорости звука. А простейший пример бионики в авиации могут видеть все, кто когда-либо летал на обычных пассажирских самолетах. У птичьего крыла есть часть, именуемая придаточным крылом, которая помогает стабилизироваться в полете. По такому же принципу действуют закрылки, которые выдвигаются перед посадкой (их можно видеть в иллюминатор) — полная имитация птичьей технологии.
Аналогов в природе не имеют разве что космический корабль и колесо (хотя и это спорный вопрос). Что касается других технологических достижений человечества, большинство из них подсмотрено в животном и растительном мире. Хорошо еще, что в нем патентной системы не существует.КСТАТИ
Однажды английский морской инженер Марк Изамбард Брюнель о чем-то думал и одновременно наблюдал за корабельным червем, прокладывающим путь в дубовом брусе при помощи жесткой зазубренной раковины на голове. В принципе, ничего необычного — что, моряки червей таких никогда не видели? Но Брюнель был еще и изобретателем. Фактически всю конструкцию проходческого щита, при помощи которого в 1842 году проложили тоннель под Темзой, он скопировал у морского моллюска. Кстати, все современные буровые машины — тоже увеличенные механические копии червей (дождевых или морских). Принцип работы — природный: двигаясь вперед, механизм «прогрызает» землю и пропускает ее через себя, оставляя позади круглую дыру. По такому же принципу действуют и буровые установки.
В ТЕМУ
«Не болит голова у дятла» — довольно известное выражение. Действительно, остается только поражаться, как птица, используя голову и клюв в качестве ударного инструмента, умудряется при этом оставаться вменяемой. Обратимся к статистике: дятел способен совершать 20—25 ударов по дереву в секунду (что почти вдвое превышает скорость работы пулемета) 8—12 тысяч раз в день. Если то же самое попробовала бы проделать какая-нибудь другая птаха, ее мозг быстро превратился бы в кашу. Про людей помолчим, у нас вообще голова очень чувствительна к сотрясениям. Но конкретно для дятла природа придумала особый механизм.
Когда он вполне себе на крейсерской скорости барабанит по дереву, его голова испытывает перегрузки, достигающие 1000 g (человек был бы в «нокауте» уже при 80—100 g). Выдерживать такие нагрузки дятлу помогают сразу несколько анатомических особенностей, которые вместе составляют самую мощную и уникальную амортизационную систему в мире. Начнем с того, что в отличие от всех остальных пернатых, клюв которых верхней частью «встроен» в череп и составляет с ним практически монолитную конструкцию, ударный механизм дятла отделен соединительной тканью, по структуре похожей на пористую губку. Эта «подушка» принимает на себя основной удар и гасит его. Кости черепа состоят из мозаики относительно твердых фрагментов и более мягких вкраплений, которые гасят колебания при сжатии. Длинная подъязычная кость, опоясывающая заднюю часть черепа, — своеобразный ремень безопасности, нейтрализующий остаточные колебания.
Во время долбления голова птицы движется со скоростью, превышающей более чем в два раза скорость летящей пули. В этом случае любой удар, нанесенный даже под небольшим углом, должен разорвать мозг. Однако мышцы шеи настолько хорошо скоординированы, что голова и клюв движутся синхронно и четко по прямой линии. Непосредственно в момент удара специальные мышцы на голове оттягивают череп от клюва. Цереброспинальная (спинномозговая) жидкость подавляет вибрацию, а при ударе о дерево на глаза опускается третье веко (мигательная перепонка) — она оберегает глазное яблоко от вибрации, не допуская расслоения сетчатки.
И это только те ноу-хау, которые ученым удалось разгадать. Совершенно непонятно, зачем природе было так ухищряться ради мелкой пичуги, однако факт остается фактом: дятел восхищает своим совершенством не только орнитологов и биологов, но также физиков и инженеров. По примеру «внутреннего устройства» этой птицы создано множество полезных приборов и механизмов. В том числе система, защищающая черные ящики в самолетах от разрушения в случае авиакатастрофы.
bebenina@sb.by
