День дикой природы отмечается 3 марта. Ее роль в нашей жизни сложно переоценить, ведь люди очень много позаимствовали у природы: животных и растений. А потом это скопировали и вставили в то, что мы сейчас называем современный мир. Заимствование у природы разных технологий и использование их для создания чего-либо нового назвали словом «биомимикрия». Она применяется сегодня везде: в архитектуре, в производстве материалов, в медицине, робототехнике, дизайне и многом другом.
С биомимикрией мы стремимся найти баланс с природой — она сама подталкивает нас к новому образу жизни. Как правило, ее применение позволяет людям делать больше продукции с меньшими затратами на работу. Эта сфера поможет ответить на вопрос, «как максимально комфортно жить на планете Земля, не разрушая ее».
Вся человеческая история — подражание животному миру. Сначала люди просто собирали коренья и плоды, позже научились находить для себя более сложные вещества, вроде пенициллина. Однако есть и другой способ применить наработки миллиардов лет эволюции животного мира: заимствовать у них не только материальные ресурсы, а идеи. Живые организмы всегда были источником вдохновения для изобретателей. Помимо понятия «биомимикрия» можно отметить целую отрасль науки — бионика.
Новое — это раньше незамеченное старое
Самым простым примером внедрения бионики является изобретение шарниров — крепление, основанное на принципе вращения одной части детали вокруг другой. Этот принцип используется морскими ракушками — тихоокеанскими сердцевидками-великанами, для того чтобы управлять своими створками — открывать или закрывать их по мере необходи мости.
Шарнирный принцип в соединении данных ракушек хорошо виден. Или всем известный пинцет, так широко используемый в быту. Природным «прародителем» такого прибора был острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы своим тонким клювом достают из мягкой почвы мелких червяков, жуков и прочее.
Таких примеров множество. То есть это как раз та наука, которая и дает возможность людям заимствовать у природы технические решения для изобретений. Например, у тех же морских обитателей взяты технологии, чтобы работать в их же морской среде. Многие нынешние приборы и приспособления имеют присоски. Они используются для усовершенствования конструкций, чтобы избежать скольжения. К примеру, присосками оснащают обувь мойщиков окон высотных зданий. Это приспособление позаимствовано у лягушки квакши, которая, имея на ногах присоски, очень ловко держится на гладких и скользких листьях растений.
А если взять вакуумные присоски осьминога, то на их основе в Южной Корее разрабатывают клейкую ленту, действующую под водой.
Все видели, как самые крупные животные на планете — киты, двигаются в воде легко и непринужденно. И во многом это благодаря аэродинамической форме плавников. Исследователи обнаружили, что бугорки на поверхности китовых плавников дают увеличение подъемной силы на 8 процентов и на 32 процента уменьшают колебание в нежелательных направлениях движения. Инженеры повторили форму бугорков в дизайне лопастей ветряных турбин, и характеристики лопастей сильно улучшились. А выдвижные лезвия нам подсказали обыкновенные домашние кошки. Ученые подсмотрели, как они выпускают или прячут когти при необходимости, и решили сделать похожее приспособление. Например, по этому принципу работает всем известный канцелярский нож.
Имитация движения тел представителей фауны — давняя «фишка» ученых. У машины четыре колеса именно потому, что позвоночные имеют четыре конечности. Роботы-андроиды имитируют движение человеческого тела, а промышленные роботы копируют все шесть степеней свободы человеческой руки. Человек, создавая себе роботов-помощников, продолжает обращаться к природе за вдохновением.
Взяли и технологии
Человек берет от природы не только принцип механизмов для облегчения физической работы или свойств того или иного предмета.
Люди заимствуют и идеи химических процессов, которые являются весьма интересными. Например, светящиеся живые организмы. Светятся в природе не только бактерии и грибы. Такие сложные химические процессы наблюдаются у ракообразных, морских беспозвоночных, червей и насекомых. Разумеется, человек не смог пройти мимо этого явления.
— Да, биолюминесценция тоже подсмотрена у животных. Ученые сегодня ищут различные химические реагенты из органических соединений, которые будут, смешиваясь, издавать свет. Например, изобретены химические фонарики, которые надо сломать, чтобы реагенты перемешались и дали свечение. А через какое-то время он затухает, — рассказывает биолог Николай Колесов.
Или тот же гидролокатор, который действительно построен по принципу устройства сонара у зубатых китов (кашалоты, касатки, белухи, нарвалы и даже дельфины), — когда звуковая волна животного отражается от поверхности и им же улавливается. Так, собственно, и формируются картинка предметов в воде или рельефа.
Существует также отдел бионики, называемый нейробионика, когда ученые исследуют работу нервной деятельности логических процессов природы, а уже изучая человека, они создают логические модели, которые внедряются в искусственный интеллект. Например, сейчас искусственный интеллект рисует картины по логическим задачам. Искусственный интеллект — это и есть бионика, где нейробионика находится в основе логических структур.
Надо сказать, что успешные бионические разработки, как правило, сильно превосходят свои биопрототипы по тем показателям, которые интересны с инженерной точки зрения. Обратных примеров не так уж много.
— Один из таких примеров — это адгезионный аппарат гекконов, с помощью которого эти ящерицы могут бегать по гладким стенкам и потолку. Адгезия гекконов обеспечивается микро- и нанощетинками на подошвенной поверхности их пальцев. Эти щетинки прикрепляются к опоре за счет слабых межмолекулярных взаимодействий без всяких клеевых прокладок. По этой причине адгезию гекконов называют «сухой». «Сухая» природа адгезии гекконов стала понятна чуть более двадцати лет назад. Ее реализация в технических устройствах сулила большие перспективы. На данный момент создана масса искусственных аналогов адгезионному покрытию гекконов. Но… пока ничего близкого по эксплуатационной эффективности сделать не удалось. Одна из основных проблем — загрязнение искусственных адгезивов при контактах с поверхностями. У гекконов же адгезионная поверхность способна очищаться самостоятельно при каждом шаге животного, которое спокойно бегает по поверхности. Как происходит такое самоочищение, пока никто не выяснил, — рассказал завлабораторией, доктор биологических наук Юрий Федорович Ивлев.
Словом, идей и подсказок у матушки-природы еще осталось немало. Но только брать от флоры и фауны — это не очень честно. Надо что-то и отдавать. Или хотя бы быть благодарными.
Что мы позаимствовали у флоры и фауны
Липучка от репейника
Кстати, справедливости ради надо сказать, что человек подсматривал идеи не только у животных. Много он «сплагиатил» и от представителей флоры — растений. Порой эти воплощения настолько гениальны, что ими пользуются все. Взять хотя бы ту же липучку. Идею застежки-липучки человек позаимствовал у самых простых и надоедливых плодов репейника: крючки, цепляющиеся за ворс, стали отличным приспособлением для крепления. Кстати, это изобретение от репейника настолько удачное, что им пользуются даже в космосе.
Нос локомотива от зимородка
Инженеры скоростных железных дорог столкнулись с проблемой с тоннелями. Выход из них сопровождался громким хлопком, пугающим пассажиров. Проблему решили благодаря инженеру, который увлекался орнитологией. Он обратил внимание, что зимородки, ныряя в воду, не создают всплеска. По мнению ученого, это связано с формой клюва. Потребовалось много опытов в аэродинамической трубе. В итоге локомотивы с «птичьим носом» теперь выходят из тоннелей гораздо тише.
Сонар от китов
Кстати, гидролокатор действительно и у животных, и у людей построен по одному принципу — звуковая волна отражается от поверхности и улавливается каким-то прибором, отсюда, собственно, и формируется картинка предметов и рельефа. Тут человек тоже у природы скопировал полезную вещь. Подводные лодки и корабли оснащены такими же гидролокаторами для навигации и отслеживания целей.
Костюм от акул
У акул человек позаимствовал плавательные костюмы! Несмотря на то, что кожа этих хищниц выглядит как цельный материал, она покрыта большим количеством чешуек, которые называются кожные зубики. Покрытие этими зубчиками в воде предотвращает формирование водоворотов, что дает возможность быстрее двигаться. Некоторые плавательные костюмы скопировали это.
Доспехи от таракана
Крепкий скелет таракана позволяет ему преодолевать препятствия необычно: он врезается в преграду, меняет направление движения, не теряя скорости (экономно расходует кинетическую энергию). Не меньший интерес представляет его способность проникать в узкие щели, несмотря на его жесткий хитиновый панцирь. Эти доспехи могут выдержать вес, в 900 раз превышающий его собственный. На основе тараканьего экзоскелета инженеры придумывают человеческие, они будут востребованы на строительстве или в военной сфере.
«Черный ящик» от дятла
Клюв дятла дробит кору дерева, при этом не получает сотрясение мозга. А все потому, что в клюве птицы располагаются поглощающие механизмы. Это и мускулистая структура, и поддерживающий язык, и взаимодействия черепа с цереброспинальной жидкостью. Все это подавляет вибрацию. Скопировав эти механизмы, люди смогли создать различные аппараты, к примеру, и те, что защищают «черные ящики» в самолетах от разрушения в случае катастрофы.
