Вдохновленные природой

Время прочтения: 27 минут

Что объединяет липучку, парашют, сверло, шприц и множество современных роботов? Все технологии были подсмотрены у животных, детально скопированы и адаптированы для применения человеком. Научный сотрудник Сколтеха Илья Гомыранов рассказал, как ученые на протяжении всей истории вдохновлялись природой. 

В небо за птицами

После того, как человек научился выживать в схватке с мамонтом и не есть несъедобные растения, его взгляд устремился в небо за птицами, и появилось непреодолимое желание «летать, как они». Леонардо да Винчи, пристально наблюдавший за полетом пернатых, претворил в жизнь первый в мире орнитоптер, но полететь так и не смог. 

Орнитоптер Джорджа Уайта на мускульной тяге, 1927 год. Аппарат разбился во время тестового полета. Источник: wikipedia.org

Через четыре века, в начале XX-го, продолжателем великого гения стал портной-парашютист Франц Райхельт. Он хотел создать специальный костюм — смесь комбинезона с плащом, чтобы научиться парить над землей как белка-летяга. Устройство должно было раскрываться как парашют возле земли, спасая человека от падения. Сначала Райхельт сбрасывал куклу, облаченную в придуманный наряд, а потом стал испытывать его на себе, выпрыгивая из окна дома в стог сена — конструкция срабатывала не всегда. Его последним экспериментом стал прыжок с Эйфелевой башни — плащ не сработал, и ученый разбился насмерть. 

Липучки и колючки

К счастью, не все эксперименты имели трагичный исход. Спустя 43 года швейцарский инженер Жорж де Местраль, уставший очищать своего спаниеля от колючек, изобрел известную всему миру липучку Velcro. Он изучил соцветие репейника и обнаружил огромное количество липнущих ко всему крючков, которые стали прототипом одной части липучки, а шерсть спаниэля — второй. Так, обычная прогулка ученого с собакой легла в основу множества элементов одежды, обуви, а сейчас и даже активно используется на МКС для крепления предметов к стенам.

Источник: furmoda.ru

Высокие шеи и технологии

Еще одним «помощником» на международной космической станции стал жираф. Его организм вдохновил исследователей на создание скафандров. Кожа на уровне ног жирафа имеет плотную структуру, давит на кровеносные сосуды и не дает им расширяться. Другими словами, внутреннее давление крови нейтрализуется внешним, и кровь, поступающая в ноги жирафа, возвращается обратно к сердцу. 

Аналогично космонавты перед полетом надевают штаны из спандекса — очень прочного материала. Он не позволяет венам расширяться, и кровь не приливает к нижней части ног, сохраняя кровоснабжение мозга. Благодаря этому покорители космоса не падают в обморок при сильных перегрузках. В начале XXI века, детально «скопировав» ноги жирафа, компания NASA разработала BioSuit — скафандр для выхода в открытый космос. Он печатается на 3D-принтере индивидуально для каждого космонавта, плотно прилегает к телу благодаря каркасу из никель-титановых нитей с эффектом памяти, легче, эластичнее и удобнее костюмов-предшественников.

Зубастые союзники медицины

«Воровать» у животных принято не только в космосе. Кожа акул помогла ученым изготовить антибактериальные поверхности — чешуя рыб покрыта микрорельефом, благодаря которому на акул не цепляются мелкие рачки и кораллы.

Возникновение сепсиса (заражения крови, возникающего из-за бактерий) у больных, которым ставят капельницы, — распространенная проблема в медицине. Компания Sharklet смогла изготовить катетеры, на которых практически не собираются бактерии. Изготавливаемый пластик имеет рисунок из полос, подражающий чешуе акулы. 

Летающие инженеры

Имитировать перья дятлов необходимости нет, а вот строению их тела можно позавидовать. Стуча по дереву, птицы испытывают перегрузки сильнее, чем космонавты. Животное не получает сотрясение мозга из-за слаженной противоударной системы. Язык дятла в 4 раза длиннее клюва, оборачивается вокруг черепа и выполняет функцию амортизатора. Клюв птицы состоит из прочной костной ткани, которая гасит вибрации. В основании черепа располагается губчатая кость, а за мозгом — дополнительная водная оболочка, которая защищает важный орган от сотрясения.

Источник: unsplash.com

Хотя последние исследования доказали, что мозг дятла все-таки подвержен сотрясениям во время удара, такая «подсказка» натолкнула ученых на создание «черного ящика». Внутри него есть дополнительные слои безопасности, которые защитят самописец даже в случае катастрофы.

«Живой» асфальт

В случае крупного бедствия самой важной способностью живых организмов становится самозаживление. Идея создать самовосстанавливающийся материал пришла ученым еще в двадцатом столетии. Хенк Йонкерс из Делфтского технического университета придумал добавлять споры бактерий в бетонную смесь. Со временем в бетоне появляются трещины, и, при попадании в них воды, споры микроорганизмов активируются, и бактерии высвобождаются. Высвобожденные бактерии вырабатывают известняк, который отлично заполняет трещины в покрытии. Так, срок службы асфальта увеличивается практически в два раза.

Кондиционеры муравьев

Посоревноваться со строителями могут не только бактерии. Термиты — отличные застройщики. Их стандартные дома достигают 10 метров в высоту. Однако обитатели пустынь под солнечными лучами рискуют вместо дома получить многоэтажную баню. Чтобы царица термитов чувствовала себя комфортно, насекомые-рабочие строят свою вентиляционную систему. Из центральной камеры горячий воздух выходит вверх, а на его место с улицы через маленькие трубочки поступает более холодный воздух. Так создается самоподдерживающаяся температура в доме. Такую систему вентиляции часто применяют в бизнес-центрах и особенно любят в Африке.

Пауки-уборщики

Чем быстрее растет количество технологий, тем больше мусора скапливается не только на Земле, но и в космосе — вокруг нашей планеты летают обломки космических кораблей, спутников, летательных аппаратов. Как их убрать, ученым «подсказали» пауки. 

Пауки вида Deinopis subrufa, в отличие от своих сородичей, не плетут огромную сеть, а строят маленькую сеточку между лапок и набрасывают ее на пролетающую мимо жертву. Компания NASA запустила аппарат, который использует гарпун для сбора мусора, работающий по принципу такой паутины. Подлетая к мусору, гарпун выбрасывается, как якорь цепляется за наибольший кусок из кучи, сетка затягивает мусор, который летит вниз, и сгорает в атмосфере.

Источник: unsplash.com

Лучше не придумать

Мы часто не задумываемся, какое количество технологий нам подарила природа. С рождения человечества и до сих пор ученые вдохновляются животными и насекомыми для создания инноваций. В мире зарегистрированы десятки стартапов, занимающихся бионикой, которые решают проблемы экологии, нехватки ископаемых, разработки новых материалов. Неудивительно, что решения, предложенные самой природой, всегда оказываются наиболее эффективными, востребованными и уникальными. 

Фото на обложке: unsplash.com