5 животных и растений, суперспособности которых люди используют в современных технологиях
У природы нет дедлайнов, зато есть время — миллионы лет на то, чтобы отточить каждую деталь. Именно поэтому многие инженерные решения человечества оказываются не придуманными с нуля, а подсмотренными у птиц, насекомых, летучих мышей и даже репейника.
Клюв зимородка помог спроектировать скоростной поезд
Зимородок охотится так: сидит на ветке над озером или рекой, высматривает рыбу, а затем камнем падает вниз. При этом птица почти не создаёт брызг и не замедляется в момент удара о воду. В этом зимородку помогает форма клюва: он длинный, узкий и сужается к самому кончику. Когда птица входит в воду, кончик клюва почти не встречает сопротивления, а тело как будто ввинчивается следом — вода плавно расходится в стороны без удара и шума.
Примерно ту же задачу однажды пришлось решать японским инженерам — только не с водой, а с воздухом. Скоростной поезд «Синкансэн», влетая в узкий туннель, буквально заталкивал перед собой огромный ком сжатого воздуха. На выходе из туннеля этот ком вырывался наружу с громким хлопком — его было слышно за сотни метров. Жители ближайших городов и деревень жаловались, из-за чего властям приходилось вводить ограничения по скорости для поездов.
В 1990 году инженер Эйдзи Накацу, который руководил проектом и в свободное время наблюдал за птицами, понял: в природе эта проблема давно решена — зимородок каждый день на огромной
скорости входит из одной среды в другую, не создавая удара. Он спроектировал поезд, носовая часть которого повторяла форму клюва зимородка, и в 1997 году новый «Синкансэн» вышел на линию. Поезд перестал создавать хлопок, стал ехать на 10% быстрее и тратить на 15% меньше электроэнергии.
Пернатые соседи: 9 редких птиц, которых можно встретить в Москве
Крылья стрекозы стали прототипом ветрогенератора
Про стрекозу часто говорят, что именно она стала прототипом вертолёта, — якобы инженеры Сикорского изучали её полёт и строили машину по её образцу. Это красивая история, и она активно кочует по интернету. Но у неё нет ни одного надёжного первоисточника: сам Сикорский на стрекозу не ссылался, а все статьи на эту тему цитируют друг друга по кругу. Зато есть другая история — настоящая и документально подтверждённая.
В 2005 году японский профессор Обата начал изучать, как стрекоза держится в воздухе при почти полном безветрии, в то время как любое другое летающее существо в таких условиях просто падает. Оказалось, что секрет в поверхности крыльев: они не гладкие, а рифлёные — покрыты мелкими продольными складками. Когда воздух проходит над таким крылом, складки создают крошечные вихри, которые работают как конвейер: тянут воздух назад и не дают ему «прилипать» к крылу. Именно это позволяет стрекозе генерировать подъёмную силу даже при минимальном потоке воздуха.
Обата перенёс эту форму на лопасти маленького ветрогенератора. Турбина получилась совсем небольшой, но очень чувствительной: она начинает вращаться при ветре всего 1 км/ч — это едва ощутимое дуновение, которое человек не может почувствовать кожей. Обычные промышленные турбины при таком ветре даже не шелохнутся — им нужно минимум 10–15 км/ч. Для Японии, где ветер часто слабый и меняет направление, это оказалось особенно важно: генератор работает почти всегда, а не только в штормовые дни.
Что будет, если все насекомые исчезнут, и почему это станет проблемой для всех обитателей Земли
Крючки репейника помогли изобрести застёжку-липучку
В 1941 году швейцарский инженер Жорж де Местраль вернулся с охоты и обнаружил, что его брюки и шерсть его собаки облеплены колючками репейника. Большинство людей просто стряхнули бы их и забыли. Де Местраль поступил иначе: положил колючку под микроскоп и посмотрел, как именно она держится.
Под микроскопом инженер заметил, что поверхность колючки покрыта тысячами крошечных крючков. Они цепляются за петли ткани или шерсти и держатся очень крепко, но при этом легко отрываются, если потянуть. Репейник использует этот механизм, чтобы распространять семена: цепляется к проходящему мимо животному и едет на нём на новое место. Де Местраль понял, что этот принцип (крючок плюс петля) можно перенести на ткань и сделать из него застёжку.
На разработку ушло больше десяти лет. Воспроизвести петли оказалось легко, а вот крючки требовали материала, который одновременно был бы достаточно жёстким, чтобы держаться, и достаточно гибким, чтобы отцепляться при усилии. Хлопок быстро изнашивался и не держал форму. Решение пришло, когда де Местраль попробовал нейлон — новый на тот момент синтетический материал. Оказалось, что, если нейлоновые петли нагревать инфракрасным светом, они сами принимают форму крючка и сохраняют её после многократного использования. В 1955 году де Местраль получил патент. Название Velcro он составил из двух французских слов: velours — петля, и crochet — крючок. Сегодня липучку используют в одежде, обуви, медицинских бандажах, космических скафандрах и детских игрушках.
Эхолокация летучих мышей дала начало технологии УЗИ
Летучая мышь в темноте не видит окружающее пространство, но слышит его. Каждую секунду животное издаёт ультразвуковые импульсы, которые не слышит человеческое ухо, и улавливает их отражение от предметов. По тому, как быстро вернулось эхо и с какой стороны, мышь точно знает, где находится стена, дерево или насекомое. Эта система настолько точная, что летучая мышь способна обнаружить объект толщиной с человеческий волос.
Люди долго не понимали, как это работает. Ещё в XVIII веке итальянский учёный Ладзаро Спалланцани заметил: если ослепить летучую мышь, она летает нормально, а если заткнуть ей уши — начинает врезаться в препятствия. Но объяснить этот феномен смогли только в 1938 году — американские учёные Дональд Гриффин и Роберт Галамбос доказали, что мыши используют ультразвук. Гриффин придумал для этого слово «эхолокация». Именно это открытие дало толчок к развитию военных сонаров: устройств, которые «видят» подводные объекты точно так же — посылают звуковой импульс и считывают отражение.
Тот же принцип лёг в основу медицинского УЗИ — первый аппарат появился в клинической практике в 1958 году. Физически это та же эхолокация: датчик посылает ультразвук в тело, принимает отражение от органов и строит из него изображение. Сегодня этот же механизм работает в парктрониках автомобилей и системах навигации для слабовидящих.
Едят комаров и опыляют растения: 5 фактов о летучих мышах
Форма семени клёна вдохновила инженеров на создание дронов
Каждую осень семена клёна слетают с веток и медленно кружатся, пока летят, как маленькие вертолётики. Это не случайность: у семечка одно асимметричное крыло, и когда оно падает, воздух заставляет его вращаться. Вращение создаёт подъёмную силу, которая тормозит падение, — семя планирует и успевает улететь далеко от дерева. Главный секрет в том, что такая конструкция невероятно проста: всего одно крыло — и при этом устойчиво долгий полёт.
В 2006 году инженеры американской компании Lockheed Martin в рамках программы Агентства исследовательских проектов Министерства обороны США начали разрабатывать дрон по образцу семени клёна. Они назвали его Samarai — по латинскому названию крылатого семени. Дрон весил меньше 200 г, был 40 см в длину и состоял всего из двух движущихся частей: одного крыла и маленького пропеллера на конце. Пропеллер раскручивает всю конструкцию, крыло создаёт вихрь и подъёмную силу — дрон зависает в воздухе. За счёт такой простой конструкции удалось снизить частоту поломок устройства, а благодаря компактности дрон можно было запустить с ладони прямо через окно здания.
Иногда повадки животных настолько похожи на человеческие, что непонятно, кто чьё поведение скопировал. Подробнее о том, какие привычки мы делим с воронами, белками и свиньями, читайте в нашем материале.
Подпишитесь на «Рамблер» в Max! Будем на связи вопреки блокировкам и сбоям.