У природи було 3,8 млрд років еволюції, щоб удосконалити процеси виживання – все, починаючи від конструкції пташиного крила і закінчуючи способом запилення квітів. На відміну від них, люди існують лише частку тривалості життя Землі, але шукають натхнення в природі. Увесь час природа надавала людині своєрідний план, за яким вона могла працювати.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Природа ідеальна в своїй самобутності, ефективна, ощадлива до ресурсів і самодостатня. Розроблені конструкції та процеси були випробувані протягом мільйонів років і довели свою ефективність у різноманітних середовищах.
Наприклад, стільникова структура, що використовується бджолами для будівництва вуликів. Висока міцність і стабільність геометрії роблять її ідеальною для бджіл. І при цьому вона ефективно використовує мінімум матеріалу. Сьогодні люди використовують цю структуру в різних сферах, від літаків і космічних кораблів до будівництва та пакування. Біомімікрія означає, що люди вивчають та імітують природні конструкції та процеси для їх використання. Сьогодні ми розглянемо деякі конструкції та процеси, які може запропонувати природа, і як вони були адаптовані для створення стійкіших конструкцій, створених людиною.
Літаки
Найвідомішим і найдавнішим прикладом біомімікрії є літак. Вважається, що політ голубів надихнув братів Райт на створення літака, який вони запустили в 1903 році. Від форми птаха і способу роботи крил до того, як птах ковзає в повітрі, – все це є кресленнями для сучасних літаків. Ці особливості ретельно вивчаються, і вчені намагаються їх відтворити.
Конструктори формують крила літака так, щоб імітувати вигнуту поверхню пташиного крила, створюючи різницю в тиску повітря над і під крилом для створення підйомної сили. Рулі в хвостовій частині літака імітують хвостове пір’я птаха, щоб забезпечити баланс і контроль напрямку. Використовуючи природний дизайн, вчені створили машину, важчу за повітря, яка може подорожувати небом. Окрім комерційних літаків, вивчалася також V-подібна форма птахів, таких як гуси.
V-подібне шикування допомагає заощаджувати енергію, вловлюючи висхідний потік птаха попереду, а отже, зменшуючи кількість енергії, необхідної птаху позаду, щоб залишатися в повітрі. Військові ескадрильї використовують цей принцип для максимальної енергоефективності.
Теж цікаво: ТОП-8 воєнних технологій майбутнього, на які слід звернути увагу вже сьогодні
Липучка
Швейцарський інженер Джордж де Местраль винайшов липучку в 1941 році, коли повернувся з прогулянки в лісі і побачив задирки від рослин лопуха, що прилипли до його одягу та шерсті собаки. Розглянувши їх під мікроскопом, Местраль помітив, що ці задирки мають крихітні гачки на насінні. Це призводило до того, що вони чіплялися за одяг та шерсть.
Надихнувшись дизайном гачків, Местраль створив липучку – систему, що складається з двох частин. Крихітні гачки складали одну сторону липучки, а крихітні петлі – іншу, тож коли їх з’єднували разом, гачок зачіплявся за петлю, утворюючи міцний зв’язок. Але такий, щоб було б досить сильного зусилля, щоб розірвати його.
Сьогодні липучки використовуються в безлічі речей, від одягу і сумок до медичних бинтів і організаторів кабелів. Мало того, NASA також використовувало липучки для кріплення речей в умовах невагомості. Натхненні простим, але ефективним дизайном розсіювання насіння, липучки зараз є звичним елементом, який ми використовуємо повсюдно. Вона є альтернативою ґудзикам і блискавкам, з перевагами простоти використання, багаторазового використання та ефективності.
Теж цікаво: Як виглядатимуть пасажирські поїзди майбутнього
Термітники
Термітники – це геніальна конструкція, створена термітами, щоб забезпечити притулок і регулювати середовище проживання для колонії. Зроблені з ґрунту, пережованої деревини, бруду та слини, ці кургани мають центральну димоподібну вентиляційну структуру, з’єднану з підземними тунелями та камерами. Ця структура допомагає підтримувати оптимальне середовище в підземних регіонах.
Гаряче повітря піднімається через центральну структуру, впускаючи прохолодне повітря з нижніх отворів. Це гарантує, що середовище всередині курганів підтримується, незважаючи на зовнішнє середовище. Конструкція також полегшує вентиляцію та газообмін. Ці споруди можуть сягати до 9 м і стояти десятиліттями, демонструючи свою довговічність.
Натхненні термітниками, архітектори проєктують будівлі, що імітують цю структуру. Найвідоміший приклад – Центр Істгейт у Зімбабве. Мік Пірс спроєктував Центр Істгейт, щоб підтримувати контрольований клімат для мешканців у спекотному кліматі та зменшити використання енергії для охолодження.
Теж цікаво: Як виглядає край нашої Сонячної системи?
Поверхні, що самоочищуються
Попри те, що він процвітає в каламутній воді, лотос завжди залишається чистим завдяки ультрагідрофобності свого листя. Крихітні горбики, вкриті воском, вкривають поверхню листка лотоса, змушуючи краплі води скочуватися разом з брудом та сміттям. Наноструктури на поверхні листка (ці крихітні горбки) змушують краплі води підхоплювати частинки пилу, зменшуючи адгезію краплі до поверхні листка. Це явище відоме під назвою «ефект лотоса», а сам термін був запропонований у 1977 році Бартлоттом та Елером, які описали властивості самоочищення листка лотоса.
Відтоді вчені досліджували покриття, натхненні листям лотоса, які самоочищаються. Американська компанія Sto Corp. створила фарбу, натхненну ефектом лотоса, яка відштовхує бруд і бруд.
Окрім самоочищувальних фарб, тканин і покриттів, люди також використовують цей метод для розробки матеріалів для сонячних теплових колекторів, датчиків контролю дорожнього руху та тентів.
Теж цікаво: Як виглядатимуть пасажирські літаки майбутнього
Японські швидкісні потяги
Зимородки – надзвичайно спритні та швидкі птахи, які налітають на здобич, щоб схопити її. Вони налітають, особливо біля водойм, не дуже голосно, щоб не сполохати здобич. Унікальна конструкція дзьоба зимородка забезпечує йому цю перевагу. Він має вузький, довгий і загострений дзьоб, діаметр якого збільшується від кінчика до головки. Така конструкція дозволяє плавно розподіляти тиск, що створюється при зіткненні з водою, зменшуючи звук плескоту і забезпечуючи ефективне, тихе і стабільне занурення.
Японські інженери, які розробили швидкісний потяг Shinkansen, спочатку зіткнулися з проблемою, що потяг створював гучний тунельний гул через атмосферний тиск, який створювався в передній частині поїзда.
Щоб вирішити цю проблему, інженери звернули увагу на конструкцію дзьоба зимородка. Інженери переробили передню частину поїзда, щоб імітувати дзьоб зимородка, усунувши тунельні стріли. Крім того, така конструкція дозволила поїзду рухатися швидше на 10% і споживати на 15% менше електроенергії.
Теж цікаво: Europa Clipper: все що потрібно знати перед запуском найбільшого космічного апарату
Інновації, натхненні акулячою шкірою
Акули відомі своєю швидкістю і майстерністю плавання під водою. Тому не дивно, що вчені намагалися відтворити акулячу шкіру для різних застосувань, зокрема для виготовлення купальників та антибактеріального покриття. Шкіра акули складається з крихітних зубоподібних структур, які називаються дермальні дентикули 9dermal denticles), які на дотик гладкі в одному напрямку і зазубрені в іншому. Дермальні дентикули виконують дві ролі: слугують захисною бронею та покращують пересування у воді.
Термін dermal denticles перекладається як «шкірні зуби» і виявився потужним інструментом для акул. Порушуючи потік води завдяки своїм зазубреним краям, дермальні дентикули зменшують опір, з яким стикається акула під час руху у воді, що дозволяє їй плавати швидко, ефективно і тихо. Ці структури також перешкоджають мікроорганізмам прикріплюватися до шкіри акули. Крихітні гребені вздовж поверхні шкіри не дають небажаним автостопникам вхопитися за безкоштовну поїздку.
Надихнувшись цією унікальною поверхнею, вчені відтворили її для купальників, щоб покращити їхні характеристики. Ці купальники були настільки успішними на Олімпійських іграх, що один з купальників Speedo під назвою LZR Racer був заборонений Міжнародною федерацією плавання.
Втім, деякі дослідники стверджують, що купальники під акулячу шкіру насправді не зменшують опір, а збільшують його. Тіло акули набагато гнучкіше, ніж людське, і саме тому дермальні зубчики зменшують опір. Хоча дослідники розробили ці купальники, спостерігаючи за акулячою шкірою, їхній успіх може бути побічним продуктом процесу спроб і помилок.
Акулячу шкіру також вивчали для розробки медичних технологій, наприклад, пластикових листів, які наклеюють на стіни лікарень. Це запобігає поширенню бактерій та інших небезпечних мікроорганізмів, оскільки вони не можуть прилипати до стін.
Теж цікаво: Нові технології – як вони полегшують подорожі?
Структури сот
Як згадувалося у вступі, структура осередків, яку використовують бджоли, є дуже ефективною геометричною формою. Причина, чому бджоли обрали саме шестикутну форму, була науковою цікавістю ще з часів Чарльза Дарвіна, який висунув гіпотезу, що ця форма була адаптована для економії процесу виробництва воску. Така форма максимізує доступний простір для зберігання, використовуючи при цьому найменшу кількість воску.
У 1999 році американський математик Томас Хейлз довів, що шестикутник мінімізує площу периметра і максимізує простір, використовуючи мінімум матеріалу. Це відоме як «гіпотеза сот». Окрім зберігання воску, гексагональні комірки також зберігають і утримують личинок, гарантуючи, що віск не розтане в умовах спекотного клімату.
Натхненні бджолами, вчені використовують геометрію у дзеркалах літаків, будівельних матеріалах та лопатях вітрових турбін. Дизайн фокусується на ресурсоефективності, зменшуючи вагу та матеріальні витрати.
Зокрема, дзеркала космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) складаються з 18 шестикутних сегментів, розташованих у вигляді бджолиних сот. Така геометрія максимізує площу для захоплення світла, зберігаючи при цьому структурну цілісність і мінімізуючи вагу, що є необхідністю для космічних місій.
Це були деякі приклади біомімікрії та того, як природа надихає на ефективні розробки та інновації. Цей список жодним чином не є вичерпним і торкається лише тих вдосконалень, які природа зробила у своїх конструкціях і процесах. Сьогодні існує багато природних систем і процесів, до яких вчені звертають увагу, щоб удосконалити існуючі технології.
Природа продовжує еволюціонувати та оптимізувати свої системи, допомагаючи не лише природному світу, а й надихаючи людей на інновації, з яких вони можуть черпати натхнення.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: