Пять технологий, вдохновлённых природой: от липучек до гоночных машин

Природа за миллионы лет эволюции нашла решения для адаптации к множеству вызовов. По мере усложнения проблем, стоящих перед человечеством, мы всё чаще черпаем вдохновение в природе.

Заимствование биологических процессов для решения технологических и дизайнерских задач называется биоинспирацией. Это быстрорастущая область, и наша способность копировать природу становится всё более совершенной. Вот пять ярких примеров, где природа направляла инновации человека.

1. Навигация

Используя эхолокацию, летучие мыши способны летать в полной темноте. Они испускают звуковые и ультразвуковые волны, а затем отслеживают время и величину их отражения, чтобы создавать трёхмерные карты окружающего пространства.

Датчики, определяющие препятствия при движении задним ходом во многих современных автомобилях, вдохновлены навигацией летучих мышей. Направление и расстояние до препятствия вычисляются путём испускания ультразвуковых волн, которые отражаются от объектов на пути автомобиля.

Сенсорные технологии навигации также предлагаются для повышения безопасности людей с ограниченным зрением. Ультразвуковые датчики, установленные на теле человека, будут предоставлять звуковую обратную связь об окружающей обстановке, позволяя свободнее передвигаться, устраняя угрозу столкновения с препятствиями.

2. Строительное оборудование

Дятлы долбят твёрдую поверхность деревьев в поисках пищи, для постройки гнёзд и привлечения партнёра. Ручные гидравлические и пневматические отбойные молотки имитируют вибрирующий клюв дятла с частотой, примерно эквивалентной долблению птицы (20–25 Гц).

Однако вибрация этих инструментов может повреждать руки строителей, в некоторых случаях вызывая синдром вибрационной болезни («белые пальцы»), при котором возникает постоянное онемение и боль в руках.

Исследования теперь изучают, как дятлы защищают свой мозг от ударов при многократном долблении. Одно исследование показало, что у дятлов есть несколько амортизирующих адаптаций, которых нет у других птиц: их череп жёсткий и прочный, а язык оборачивается вокруг задней части черепа и крепится между глаз, смягчая удар и вибрации.

Эти исследования направляют разработку амортизаторов и устройств контроля вибрации для защиты пользователей такого оборудования. Эта же концепция вдохновила инновации, такие как многослойные амортизирующие конструкции для строительства.

3. Архитектура зданий

Морские гребешки — это моллюски с веерообразной гофрированной раковиной. Зигзагообразная форма этих гофр укрепляет структуру раковины, позволяя ей выдерживать высокое давление под водой.

Тот же процесс используется для увеличения прочности картонной коробки, где гофрированный материал приклеивается между двумя внешними слоями картона. Введение гофрированной поверхности значительно увеличивает прочность материала, подобно тому как сложенный зигзагом лист бумаги может выдержать большую нагрузку.

Купольная структура раковины гребешка также позволяет ей выдерживать значительные нагрузки. Эта конструкция самонесущая, так как равномерно распределяет вес по всей куполообразной форме, уменьшая нагрузку на отдельную точку. Это повышает устойчивость конструкции без необходимости в стальных балках и вдохновило дизайн многих зданий, включая собор Святого Павла в Лондоне.

4. Аэродинамика транспорта

У акул два спинных плавника, которые дают несколько аэродинамических преимуществ: они стабилизируют акулу от переворачивания, а их аэродинамический профиль создаёт зону низкой турбулентности позади, повышая эффективность движения вперёд.

Плавники акулы были воспроизведены в моторизованном транспорте. Например, гоночные автомобили используют плавники (спойлеры), чтобы уменьшить турбулентность на высокой скорости и улучшить устойчивость на поворотах.

Многие дорожные автомобили теперь имеют небольшой «акулий плавник» на крыше, который интегрирует радиоантенну, снижая сопротивление по сравнению с традиционной стержневой антенной.

Мы также черпали вдохновение у природы для повышения эффективности полёта самолётов. Крылья совы действуют как система подвески; изменяя положение, форму и угол крыльев, они могут снижать эффект турбулентности в полёте. Исследования полёта совы могут открыть путь к авиаперелётам без турбулентности в будущем.

5. Липучка (Velcro)

Застёгивающий механизм «крючок-петля» липучки был вдохновлён способностью репейников цепляться за одежду человека.

Растения используют репейники, чтобы прикрепить семенные коробочки к проходящим животным и людям для рассеивания семян на большие расстояния. Репейники имеют маленькие крючки, которые сцепляются с мелкими петлями в мягком материале.

Липучка воспроизводит это, используя полоску с крючками вместе с тканевой полоской с петлями. При сжатии крючки цепляются за петли и застёгиваются.

Липучка используется в широком спектре продуктов по всему миру. Согласно NASA, она применялась в космосе во время миссий «Аполлон» с 1961 по 1972 год для фиксации оборудования в условиях невесомости.