Подсмотрено в Nature

Природа создала человека, а человек — роботов. Значит ли это, что природа может сотворить роботов? Разбираемся, как технике передают свойства животных, на что людей вдохновляют ласты китов и чем примечателен хоботок комара.

Одно из свойств человека, которое отличает его от животных, — умение преображать под свои нужды среду обитания. Хочешь жить в тепле — разведи огонь, а не отращивай шерсть. Кроме того, мы обладаем уникальным даром аналитического мышления. Если человек хочет изменить свой быт, он сначала подумает, как же это сделать. Третья особая черта человека разумного — желание сделать все максимально быстро, качественно и надежно. Все это объясняет многочисленные заимствования идей у природы, воплощенные людьми в технике. Действительно, механизмы опробованы и оптимизированы на протяжении тысяч лет, просты в конструкции и позволяют достичь многих целей. И бонус: не требуют покупки патента.

Акула

Морские суда всегда страдали от многочисленной живности на их подводной части. Она разрушала сам корабль, снижала его маневренность и источала ужасный запах. Не зря на флотах работу по очистке судна отдавали провинившимся. Проблему, естественно, надо было решать. Понаблюдав за акулами, люди заметили, что на них не появляются паразиты, в отличие от, например, китов. Изучив кожу акул, Тони Бреннан, профессор Университета Флориды, понял, что она покрыта мельчайшими зубчиками, которые мешают паразитам зацепиться за поверхность. Раз не за что зацепиться, значит, и жить негде. Это открытие позволило Бреннану решить другую задачу: он создал особый пластиковый оберточный материал Sharklet, который должен предотвращать скопление микробов на поверхностях общего пользования — ручках дверей, столах, тумбочках. В настоящее время он проходит испытания в больницах США. В дальнейшие планы входит защитить от микробов более деликатный прибор — катетер. Ведь инфекция может попасть в кровь даже в больнице.

Сперматозоид

Кстати, о примесях в крови. Тренд последних лет в биомедицине — это микророботы, которые потенциально будут способны прочищать сосуды и доставлять лекарства строго к больному органу. Китайские ученые из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики Одно из свойств человека, которое отличает его от животных, — умение преображать под свои нужды среду обитания. Хочешь жить в тепле — разведи огонь, а не отращивай шерсть. Кроме того, мы обладаем уникальным даром аналитического мышления. Если человек хочет изменить свой быт, он сначала подумает, как же это сделать. Третья особая черта человека разумного — желание сделать все максимально быстро, качественно и надежно. Все это объясняет многочисленные заимствования идей у природы, воплощенные людьми в технике. Действительно, механизмы опробованы и оптимизированы на протяжении тысяч лет, просты в конструкции и позволяют достичь многих целей. И бонус: не требуют покупки патента. планируют передать роботам способ перемещения сперматозоидов. Исследования показали, что сперматозоиды двигаются как головастики, орудуя хвостиком. Этот принцип передвижения будет модернизирован: предполагается использовать несколько спиралевидных хвостов, прикрепленных к эллипсоидной голове. За счет большего их числа получится легко управлять движениями робота. А при вращении в одну сторону сразу нескольких хвостиков сама голова будет вращаться, тем самым открывая кровеносные сосуды.

Комар

Природа научила многих животных всевозможными способами проникать в тела других созданий. Так, изучив строение комариного хоботка, ученые из Университета штата Огайо выяснили механизм безболезненного прокалывания кожи. В первую очередь было отмечено особое строение стержня хоботка. Его твердость растет по мере удаления от кончика и краев к центру. Мягкая оболочка позволяет уменьшить боль при проникновении вкожу. Вторая черта конструкции— пилообразность проникающей иглы, которая при разрезании кожи немного вибрирует. Эти движения вкупе с формой в 3 раза снижают давление на кожу по сравнению с искусственными иглами. Третий фактор, уменьшающий боль, — белок в слюне комаров, которую они впрыскивают во время укуса. Ученые заверяют, что создать объекты такого малого размера, как комариный хобот, возможно, но пока очень дорого.

Осьминог

Как быть, если какого-то органа нужно коснуться очень деликатно? Тогда на помощь придет полностью мягкий робот-осьминог, разработанный в Гарвардском университете. Обычно разработчики выносят элементы управления приводами за пределы тела робота. Но гарвардские ученые принципиально изменили подход к конструкции. Тело робота и каналы они сделали с помощью мягкой литографии и 3D-печати. А вместо жестких источников питания использовали раствор пероксида водорода, который каталитически разлагается на водяной пар и газообразный кислород. Газ через систему клапанов поступает в пневматический контур и приводит в движение нужные приводы.

Кит

Во многом перенятие «деталей» животных было вызвано попыткой оптимизировать перемещение рукотворных конструкций в вязких средах, таких как жидкости и газы. Френк Фиш, морской биолог из Уэст-Честерского университета, штат Пенсильвания, вдохновился ластами китов. Оказалось, что на них есть особые бугорки, которые позволяют китам лучше разрезать воду. Поместив макеты этих бугорков в аэродинамическую трубу, Фрэнк открыл «бугорковый» эффект. С его помощью предполагается повысить производительность работы промышленных вентиляторов и ветряных электростанций за счет улучшенного преодоления сопротивления воздуха.

Черепаха

Довольно выгодно подсматривать у природы механизмы, которые она создавала для выживания в специфических условиях. Сотрудники Технологического института Джорджии решили исследовать биомеханику водоплавающих черепах во время их перемещения по суше. Выяснилось, что они не зарываются в песок благодаря особым движениям конечностей. Не делай черепахи это, их лапки, похожие на лопаты, превратили бы их в землеплавающих черепах. Определив такую особенность, ученые создали рабочий прототип, который подтвердил их ожидания. На его основе роботы научатся с легкостью перемещаться по сыпучим поверхностям вроде песка.

Геккон

Не все хитрости природы видны невооруженным глазом. Лишь с открытием электронного микроскопа ученым удалось понять, за счет чего гекконы могут двигаться по любой, даже ровной вертикальной поверхности, такой как стекло. Все дело в межмолекулярном взаимодействии — силе Ван-дер-Ваальса, возникающей между микроскопическими волосками на лапке геккона и поверхностными атомами плоскости. Вдохновившись такой природной нанотехнологией, агентство DARPA создало альпинистское снаряжение, позволяющее человеку подниматься по отвесной гладкой поверхности. А инженеры NASA, используя технологии лапок геккона, сделали крепление, которое планируется применять в условиях невесомости.