Люди с древности наблюдали за животными и подмечали их интересные способности. И часто эти наблюдения наталкивали человека на удивительные идеи.
Например, есть теория, что способ изготовления бумаги жители Древнего Китая подсмотрели у бумажных ос. Эти насекомые делают материал для своих гнезд из старой древесины. Они жуют ее и смачивают слюной, в результате чего волокна склеиваются и получается что-то вроде крафтовой бумаги.
Еще один выдающийся пример из истории — Леонардо да Винчи, который тщательно изучал движения крыльев птиц и летучих мышей, и создавал на основе этого эскизы летательных механизмов.
Кстати, вдохновляют исследователей не только животные, но и самые разные живые организмы. Например, на создание всем известных липучек для одежды изобретателя вдохновил репейник, зацепившийся за шерсть его собаки!
К середине XX века появилась целая наука, целенаправленно изучающая природные технологии для применения их в наших устройствах — бионика. Давайте рассмотрим несколько интересных примеров изобретений, за основу которых были взяты технологии животных.
Коты: световозвращатели
Эта история началась в 1933 году в Великобритании. Перси Шоу, владелец небольшой фирмы, занимающейся строительством и ремонтом дорог, возвращался ночью домой. На обочине он увидел кота, в чьих глазах отражались фары его автомобиля, и это зрелище натолкнуло его на размышления о световозвращателях.
Глаза кошки кажутся светящимися из-за особого слоя сосудистой оболочки глаза — тапетума, который образует сферическое вогнутое зеркало. Такая технология нужна кошкам для того, чтобы хорошо видеть в темноте. Зрительные рецепторы сначала воспринимают свет, прошедший через сетчатку, а затем — тот же пучок света, возвращенный тапетумом. Поэтому кошке нужно гораздо меньше света, чтобы четко различать окружающий мир.
Шоу принялся за исследования, и в 1934 году запатентовал изобретение «кошачий глаз». Такие световозвращатели направляют свет обратно в сторону источника света с помощью двойного отражения.
Катафоты вскоре появилось на дорогах Великобритании. Особенно популярны дорожные катафоты стали во время Второй мировой войны, когда улицы были неосвещенными из-за экономии энергии и для маскировки во время бомбежек.
В последующие десятилетия технология совершенствовалась и распространялась по всему миру. Для повышения безопасности на дорогах в тёмное время суток и в непогоду появились катафоты для велосипедов, одежды, рюкзаков, спецодежды регулировщиков дорожного движения и спасателей. Так что на счету изобретения много спасенных жизней. Впрочем, мы никогда и не сомневались, что коты — потрясающие создания!
Киты: ветряные турбины
Киты — самые большие животные на планете. И при этом они обладают удивительной ловкостью и скоростью. Изучая движение китов, ученые обратили внимание на выступы на передних краях их плавников. Оказалось, что такие бугорки снижают сопротивление воды, и помогать киту при плавании тратить меньше энергии.
За попытку использовать эту технологию взялась компания Whale Power («Сила кита»). Инженеры снабдили китовыми зубцами лопасти ветряных электростанций в местностях, где сила ветра непостоянна. В результате те стали вырабатывать на 7% больше электроэнергии. Вдобавок такие лопасти более устойчивы, долговечны, и производят меньше шума, чем обычные.
И это далеко не единственная сфера применения технологии. Такие выступы могут помочь сделать улучшить двигатели самолетов, кораблей и подводных лодок.
Зимородок: скоростные поезда
Япония славится своими высокоскоростными поездами. Крупные города связывает сеть железных дорог «Синкансэн», поезда которой развивают скорость более 300 км/ч.
Одной из проблем, с которыми столкнулись инженеры, был сильный шум. При выезде из тоннелей поезда создавали резкий громкий звук, который не давал спокойно жить жителям прилегающих районов.
Инженеры долго ломали голову, как решить эту проблему. Пока Эйджи Накацу, директору по техническому развитию компании, не пришло на помощь его хобби — наблюдение за птицами. Эйджи вспомнил, как зимородок охотится на свою добычу: птица ныряет в воду на скорости 40 км/ч и почти не поднимает при этом брызг и волн. Да еще и делает это практически бесшумно!
Секрет в обтекаемой форме клюва зимородка, который смягчает удар при погружении в воду. Тогда Накацу взял дизайн клюва зимородка и применил его к скоростному поезду.
В результате новый поезд с длинным острым носом стал во много раз тише! А еще он стал потреблять меньше электроэнергии.
Дятел: «черные ящики»
Мир птиц подарил миру людей много крутых изобретений. Одна из известных всем птиц со сверхспособностями — дятел. Вы когда-то задумывались, как дятлам удается целый день долбить дерево и не страдать от головных болей и сотрясений?
Этот живой отбойный молоток стучит со скоростью до 25 ударов в секунду и может совершать 12 000 ударов в день. Из-за этого голова дятла испытывает перегрузки, в 10 раз более сильные, чем те, при которых человек падает в обморок.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли изучили томографию головы дятла. Они обнаружили, что птицы используют сразу несколько защитных механизмов. Во-первых, это жёсткий, но эластичный клюв: длина верхней и нижней части клюва различается, и эта асимметрия снижает нагрузку на мозг. Во-вторых — жилистый, упругий язык и петлеобразная подъязычная кость, которая проходит вокруг всего черепа и действует как «ремень безопасности». В-третьих, пластинчатые кости с губчатой структурой, которые способствуют равномерному распределению нагрузки при ударе. А еще мозг птицы очень плотно прилегает к черепу, и в нем поддерживается определенное внутричерепное давление.
Эти природные амортизаторы помогли людям усовершенствовать рукотворные амортизаторы. Например, ученые использовали эти знания для совершенствования бортовых самописцев самолета — «черных ящиков». А еще технологию тестируют для защиты космических аппаратов от попадания микрометеоритов и фрагментов космического мусора. Также подобные идеи могут помочь обеспечить безопасность пилотам в автоспорте.
Слон: роботы-хоботы
Хобот слона — один из самых невероятных хватательных органов на планете. С помощью хобота слоны подбирают пищу, разбрызгивают воду, и трубят, чтобы передать сигнал другим слонам. Слон может аккуратно взять своим хоботом вишенку или цветок, а может поднять тяжелое бревно или коробку.
Почему хобот работает так хорошо? Во-первых, в нем нет костей, и он очень маневренный и может двигаться самым разным образом. Во-вторых, на конце хобота есть складка, которая выполняет очень тонкий и точный захват.
Ученые изучают эти технологии для разработки роботизированного манипулятора для безопасного взаимодействия с людьми и деликатного управления предметами.
Такой манипулятор может перемещаться в широком диапазоне движений в трех измерениях. Его движения мягкие и податливые, что делает его безопасным на производстве.
А еще робот-хобот может пригодится в открытом космосе. Рукой в перчатке космического скафандра брать что-то сложно, и такие манипуляторы смогут помогать выполнять различные задачи.
И это напоминает нам, что форма гуманоида — это лишь одна из многих успешных архитектур. Мир природы гораздо разнообразнее, и мы можем обогатить свои технологии и расширить свои возможности создавая роботов, которые хватают как слоны, плавают как рыбы или летают как насекомые.
Автор: Екатерина Радчикова