26 призов за подписку — участвуйте в розыгрыше Onlíner и Xistore

Колючки репейника и текстильная застежка

Есть ли у вас воспоминание из детства, как вы после активной и приключенческой прогулки приносили домой на одежде колючки? С большой вероятностью то был репейник, или, как его чаще называют в народе, лопух. Эти колючки и вдохновили на создание текстильной липучки, которой массово пользуются миллионы людей.

Дело было так. Швейцарский инженер Жорж де Местраль в 1941 году гулял со своим псом по полям, и питомец нахватал тех самых колючек репейника на свою шерсть. Удивившись, насколько крепко они прицепились к собаке, инженер заинтересовался и решил изучить растение внимательно под микроскопом. Он увидел, что колючки репейника покрыты крошечными крючками, за счет которых они плотно цепляются за шерсть и одежду.

Жорж де Местраль, вдохновившись этим случаем, решил воссоздать природную технологию. Он придумал два типа тканей: один с крючками как у репейника, и другой — с маленькими петлями. При соприкосновении они крепко цеплялись друг за друга так же, как колючки лопуха за собаку. Так в итоге и появилась текстильная застежка, которую все называют просто липучкой.

Как это нередко бывает, новое изобретение приняли не сразу. Но в шестидесятых годах липучку заприметили в NASA. В условиях невесомости астронавтам необходимо было быстро и надежно закреплять предметы, при этом очень важным фактором была масса. Текстильная застежка отлично подходила и впоследствии массово распространилась. Теперь липучки применяют в одежде и обуви, мебели, медицине и многих других сферах.

Зимородок и высокоскоростной поезд

Япония — первая страна в мире, создавшая высокоскоростные поезда. Создание такого транспорта было большим прорывом, но у первых моделей был один очень неприятный нюанс: когда поезд на большой скорости въезжал в туннель, перед ним скапливался воздух, который, сжимаясь, создавал звуковую волну, «выстреливающую» с оглушительным грохотом из другого конца. Естественно, это сильно беспокоило жителей, проживающих рядом. Также это замедляло поезд, ведь он продирался сквозь воздух, словно через жидкость. Поэтому в конце девяностых главному инженеру высокоскоростной железнодорожной сети Эйдзи Накацу поручили решить эту проблему. К счастью, он был увлеченным орнитологом, и помочь выполнить задачу инженеру помог голубой зимородок.

Эта птица охотится за рыбой и умеет идеально входить в воду за счет своего длинного, узкого и обтекаемого клюва. Такая форма позволяет зимородку смягчать удар о воду и входить в жидкость как нож в масло. Эйдзи Накацу понял, что подобной формы можно сделать нос поезда, и это действительно решило акустическую проблему. С тех пор локомотивы высокоскоростных поездов имеют заостренную форму, как у клюва зимородка.

Заимствование из животного мира не только устранило грохот, вырывающийся из туннелей, но и сделало поезда эффективнее: аэродинамическое сопротивление снизилось, что позволило транспорту двигаться на 10% быстрее, расходуя при этом на 15% меньше электроэнергии.

Плавники кита и ветрогенераторы

Биологи, наблюдающие за горбатыми китами, заметили, что, несмотря на их размер и массу, млекопитающее удивительно ловко и быстро передвигается в воде. Причина оказалась в бугорках на их плавниках. Эти неровности помогают генерировать подъемную силу и уменьшают сопротивление, за счет чего кит двигается очень эффективно.

Также киты используют свои плавники под разными углами наклона, подобно крыльям самолета. Однако если наклонить плавники слишком сильно, то произойдет срыв — резкая потеря подъемной силы. Ученые выяснили, что бугристая форма плавников позволяет китам делать бо́льший угол атаки и тем самым она является на 40% эффективнее в сравнении с идеально ровным и гладким плавником. Гениальная и неочевидная разработка эволюции.

Стало понятно, что такую природную технологию можно применить в конструировании самолетов, подводных лодок и ветряных мельниц. Привычные лопасти ветрогенераторов гладкие и ровные, но компания Whale Power скопировала форму плавников горбатых китов и создала новый вид этих деталей.

Оказалось, что такой дизайн лопастей удваивает производительность турбин при определенной скорости, позволяя генератору улавливать больше энергии. Бугорки эффективно направляют воздушные потоки через лопасти и создают вихри, которые увеличивают подъемную силу. Также в компании Whale Power заявили, что лопасти нового образца более устойчивые, тихие и долговечные, чем обычные ровные. Можно предположить, что в ближайшем будущем все ветрогенераторы будут выглядеть именно так. А возможно, впоследствии и летательные аппараты.

Паутина и стекло, которое спасает птиц

В больших городах по всему миру в последние десятилетия выросли тысячи высотных зданий, покрытых стеклом. Это практично и стильно, таков архитектурный код текущей эпохи. Но у этого урбанистического тренда есть неожиданная и неприятная особенность: птицы не могут распознать в отражающей поверхности небоскребов препятствие, думая, что это открытое пространство, и нередко врезаются в стекло на полной скорости. По некоторым оценкам, только в США таким образом ежегодно погибает более миллиарда птиц.

И тут на помощь пришли пауки-ткачи. Дело в том, что в паутину, которую плетет этот паук, попадает добыча в виде мелких насекомых. Но в то же время пауку совсем не хочется, чтобы в паутину случайным образом влетали птицы, тем самым разрушая его жизненно необходимое творение. Эволюция и здесь разработала хитрую технологию: паук-ткач плетет такую сеть, которая отражает ультрафиолетовые лучи, делая их хорошо видимыми для птиц. Таким образом птицы легко распознают паутину как препятствие и держатся от нее подальше. Все в выигрыше.

Как вы уже, наверняка, догадываетесь, эту технологию люди придумали использовать в производстве стекол для зданий. Немецкая компания Arnold Glas разработала особый вид этого материла, которое безопасно для птиц. Стекло выглядит совершенно обычно, но на самом деле обладает невидимой особенностью, которая позволяет птицам видеть препятствие перед собой и избегать столкновения. Стекло покрыто узором, имитирующим паутину, видимым только птицам. Это связано с тем, что они способны замечать более широкий ультрафиолетовый спектр, чем люди.

Вот как это примерно выглядит. Слева то, как видят стекло люди, а справа — птицы.

Испытания показали, что 76% птиц распознают необычное стекло и избегают столкновения. Удивительно, что изобретение, вдохновленное природой, защищает представителей животного мира.

Лапки геккона и клейкие материалы

Этот вид ящериц имеет удивительную способность: они могут взбираться по практически любым поверхностям и под любыми углами. Например, геккон запросто может карабкаться по вертикальному гладкому стеклу, не падая и не сползая, или висеть на потолке вверх ногами.

Секрет животного в невероятно сложной и хитрой системе его лапок. На конечностях гекконов расположен мелкий и компактный набор микроскопических волосков, которые обеспечивают ящерицам замечательное сцепление с поверхностью. Уникальность еще состоит в том, что у этой способности мощная сила: геккон может удерживать вес своего тела всего на одном своем пальце.

Это очень сложная биотехнология, полностью повторить которую ученые пока не могут, однако взять за основу суть для разработки уникальных клейких материалов им все же удалось. Ученые изобрели специальный материал — гекко-скотч, который покрыт крошечными зазубринами. Кончики этих неровностей величиной всего 1—2 микрометра, это в 100 раз тоньше человеческого волоса. Вся магия в площади соприкосновения этих зазубрин: под одним углом гекко-скотч касается поверхности только кончиками и сцепления не происходит, а под другим — зазубрины сгибаются, площадь соприкосновения вырастает в сотни раз, и материал крепко цепляется за поверхность.

Пленка из такого материала размером всего 20 на 20 сантиметров способна удержать вес взрослого человека.

Гекко-скотч применяется в робототехнике, чтобы поднимать хрупкие предметы без сжимания, а также дать возможность роботам взбираться по вертикальным поверхностям. Разрабатываются даже специальные накладки на руки, с помощью которых можно карабкаться на здания словно Человек-паук.

Дятел и черный ящик

Дятел стучит по дереву с двумя целями. Во-первых, так он достает себе из коры корм в виде мелких насекомых и личинок. Зачастую добыча дятла — это вредители для деревьев, и таким образом птица лечит деревья, за что и получила прозвище санитар леса. А во-вторых, если вы весной услышите барабанную дробь в исполнении дятла, — так он, вероятно, привлекает самку. Такой своеобразный вид птичьей песни.

Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему многочисленные удары головой не вредят дятлу? Он способен стучать по дереву со скоростью более 20 раз за секунду, и это создает большие перегрузки для его головы. Однако его уберегает уникальная физиология. Череп дятла толще, чем у большинства других птиц, и укреплен губчатой костной структурой, которая помогает поглощать ударную волну. Кроме того, клюв дятла довольно длинный, что помогает распределить силу удара по большей площади.

Основываясь на физиологии дятла, инженеры разработали новый вид бортового самописца для самолетов из слоев алюминия и эпоксидной смолы, который способен поглощать огромное количество энергии, не разрушаясь при крушении. Новые самописцы остаются неповрежденными даже в самых катастрофических авариях, что значительно помогло в расследовании падений и их предотвращении в будущем.

И да, вдруг вы не знали: черные ящики на самом деле совсем не черные. Их окрашивают в оранжевый или красный цвет, чтобы банально самописец было проще найти среди обломков в случае катастрофы.

---

Технологии, вдохновленные природой, позволяют решать сложные задачи, на что у человека могла бы уйти масса времени. А биомиметика активно развивается: по данным исследования, за период с 2010 по 2021 год число патентов на изобретения в этой области выросло на 171%, а число опубликованных статей — на 2000%. Поэтому стоит ожидать в будущем новые технологии на основе разработок эволюции.

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by