Биомимикрия черпает вдохновение в природе и природных системах, используя вдохновленные природой стратегии для улучшения дизайна. Благодаря адаптации и эволюции, природа тратит миллионы лет на то, чтобы найти выход из проблем, в итоге создавая умопомрачительные инновации. Неэффективность недолговечна в природе, и человеческие инженеры и дизайнеры часто ищут в ней решения современных проблем. Вот восемь ярких примеров биомимикрии.
1 из 8: Акулья кожа = купальник
Купальники в стиле акульей кожи привлекли большое внимание СМИ во время летних Олимпийских игр 2008 года, когда в центре внимания был Майкл Фелпс.
Если посмотреть под электронным микроскопом, акульей кожей является бесчисленное количество перекрывающихся чешуек, называемых дермальными дентикулами (или «маленькими кожными зубами»). Дентикулы имеют бороздки, проходящие по их длине в соответствии с течением воды. Эти бороздки препятствуют образованию вихрей, или турбулентных завихрений медленной воды, заставляя воду проходить мимо быстрее. Шероховатая форма также препятствует росту паразитов, таких как водоросли и балянусы.
Ученые смогли воспроизвести дермальные дентикулы в купальниках (которые теперь запрещены на крупных соревнованиях) и на днище лодок. Когда грузовые суда могут повысить эффективность хоть на один процент, они сжигают меньше топлива и не нуждаются в химикатах для очистки своих корпусов. Ученые применяют этот метод для создания поверхностей в больницах, которые противостоят росту бактерий – бактерии не могут закрепиться на шероховатой поверхности. (1)
2 из 8: Бобр = гидрокостюм
У бобров есть толстый слой подкожного жира, который согревает их, когда они ныряют и плавают в своей водной среде. Но у них есть еще один трюк в рукаве, чтобы оставаться в тепле. Их мех настолько плотный, что создает теплые воздушные карманы между слоями, сохраняя этих водных млекопитающих не только в тепле, но и в сухости.
Инженеры из Массачусетского технологического института решили, что серферы могут оценить эту способность, и создали резиновые, похожие на мех шкурки, из которых, по их словам, можно сделать «биоинспирированные материалы», например, гидрокостюмы. (2)
«Нас особенно интересуют гидрокостюмы для серфинга, где спортсмен часто перемещается между воздушной и водной средой,» – говорит Анетт (Пеко) Хосои, профессор машиностроения и заместитель заведующего кафедрой в Массачусетском технологическом институте. «Мы можем контролировать длину, расстояние и расположение волосков, что позволяет нам разрабатывать текстуры, соответствующие определенным скоростям погружения и максимизировать сухую область гидрокостюма».
3 из 8: Термитник = офисное здание
Термитники выглядят потусторонне, но это удивительно комфортные места для жизни. В то время как температура снаружи в течение дня колеблется от -1 до 38 градусов, внутри термитников держится на комфортной (для термитов) отметке 30 градусов.
Мик Пирс, архитектор Eastgate Centre в Хараре, Зимбабве, изучил охлаждающие трубы и туннели в термитниках. Он применил эти уроки при строительстве Eastgate Centre площадью 31 000 квадратных метров, который потребляет на 90% меньше энергии для отопления и охлаждения, чем традиционные здания. В здании есть большие расщелины, которые естественным образом втягивают холодный воздух ночью, чтобы снизить температуру плит перекрытия, как в термитниках. Днем эти перекрытия сохраняют прохладу, значительно снижая потребность в дополнительном кондиционировании воздуха.
4 из 8: Репейник = липучка
Липучка – широко известный пример биомимикрии. Возможно, в детстве вы носили обувь с застежками-липучками, и вы, конечно, можете рассчитывать на то, что будете носить такую же обувь на пенсии.
Липучка была изобретена швейцарским инженером Жоржем де Местралем в 1941 году после того, как он снял репейник со своей собаки и решил поближе рассмотреть, как он работает. Маленькие крючки, обнаруженные на конце игл репейника, вдохновили его на создание ныне повсеместно известной липучки. Подумайте сами: без этого материала мир не знал бы прыжков на липучках – вида спорта, в котором люди, одетые в костюмы на липучках, пытаются забросить свое тело как можно выше на стену.
5 из 8: Кит = турбина
Киты плавают по океану уже давно, и эволюция превратила их в сверхэффективную форму жизни. Они способны нырять на сотни метров под поверхность и оставаться там часами. Они поддерживают свои огромные размеры, питаясь животными меньшего размера, чем может видеть глаз, и передвигаются с помощью сверхэффективных плавников и хвоста.
Ученые из Дьюкского университета, Уэст-Честерского университета и Военно-морской академии США обнаружили, что бугорки на переднем крае китового плавника значительно повышают его эффективность, снижая сопротивление на 32% и увеличивая подъемную силу на 8%. Компании применяют эту идею в лопастях ветряных турбин, вентиляторах охлаждения, крыльях самолетов и пропеллерах.
6 из 8: Птицы = реактивные самолеты
Птицы смогли увеличить расстояние, на которое они способны пролететь, более чем на 70% благодаря использованию V-образной формы. Ученые обнаружили, что когда стая принимает знакомую V-образную форму, когда одна птица машет крыльями, она создает небольшой восходящий поток, который поднимает птицу позади. Когда каждая птица проходит мимо, она добавляет свою энергию в поток, помогая всем птицам поддерживать полет. Меняясь в порядке очереди, они распределяют нагрузку.
Группа исследователей из Стэнфордского университета считает, что пассажирские авиалинии могут сэкономить топливо, выбрав такую же тактику. Команда под руководством профессора Илана Кру представляет себе сценарий, в котором самолеты из аэропортов западного побережья встречаются и летят строем по пути к пунктам назначения на восточном побережье. По мнению Кру и его исследователей, при движении в форме буквы V, когда самолеты поочередно сменяют друг друга, как это делают птицы, самолеты могут использовать на 15% меньше топлива по сравнению с одиночными полетами. (3)
7 из 8: Лотос = краска
Цветок лотоса – это что-то вроде акульей кожи на суше. Микрошероховатая поверхность цветка естественным образом отталкивает частицы пыли и грязи, сохраняя его лепестки сверкающими и чистыми. Если вы когда-нибудь рассматривали лист лотоса под микроскопом, то видели море крошечных выступов, которые отталкивают пылинки. Когда вода катится по листу лотоса, она собирает все, что находится на поверхности, оставляя после себя чистый лист.
Немецкая компания Ispo потратила четыре года на изучение этого явления и разработала краску с похожими свойствами. Микрошероховатая поверхность краски отталкивает пыль и грязь, уменьшая необходимость мыть внешнюю поверхность дома. (4)
8 из 8: Жук = сбор воды
Жук Stenocara – мастер по сбору воды. Этот маленький черный жук живет в суровой, сухой пустынной среде и способен выжить благодаря уникальной конструкции своего панциря. Спина Stenocara покрыта небольшими гладкими бугорками, которые служат местом сбора конденсата или тумана. Весь панцирь покрыт гладким, похожим на тефлон воском и имеет каналы, по которым конденсат утреннего тумана попадает в рот жука. Это гениально в своей простоте.
Исследователи из Массачусетского технологического института смогли развить концепцию, вдохновленную панцирем Stenocara и впервые описанную Эндрю Паркером из Оксфордского университета. Они создали материал, который собирает воду из воздуха более эффективно, чем существующие конструкции. Около 22 стран мира используют сетки для сбора воды из воздуха, поэтому такое повышение эффективности может иметь большое значение. (5)
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».