Помните, когда смотришь из окна самолета сразу перед посадкой, на крыльях появляются небольшие флажки? Они не дают самолету сорваться по мере замедления.

У птиц есть собственная версия этой хитрой технологии в форме специально адаптированных перьев. Птичьи перья широко делятся на основные и второстепенные перья, при этом некоторые из них помогают в полете, а другие служат простым украшением.

Но у птичьего крыла есть часть, именуемая крылышком, или придаточным крылом (там, где мог бы быть «большой палец»). Птица управляет этими перьями, открывая небольшой слот, который помогает стабилизировать птицу и избежать падения при медленном взлете или посадке. Красота!

Сонар

Корабли, подводные лодки и морские устройства часто оснащены гидролокатором для навигации, предотвращения препятствий и отслеживания целей под водой. В основе работы сонара лежит излучение звука с определенной частотой и распространение звуковых волн в окружающей среде.

Звуковые волны отскакивают от твердых объектов и возвращаются к сонару, который их излучает. Затем устройство сонара собирает информацию о форме, размере и расстоянии до объектов. Это особенно полезно для военных, но первыми сонары изобрели киты и дельфины. Точнее, за них это сделала природа и эволюция.

Эти удивительные животные могут находить различия между даже самыми маленькими предметами с расстояния 15 метров, используя навыки сонара. Им не нужно электронное устройство для трансляции своих частот по океану. Они эволюционировали, чтобы использовать свои собственные голоса и рецепторы в телах и находить путь по морю.

Считалось, что животные создают «звуковой ландшафт» в своем сознании на основе постоянной обратной связи, которая помогает им строить карту среды. Они также используют свой гидролокатор для поиска пищи и друзей.

Военный сонар настолько похож на китовый, что даже работает на тех же частотах: от 100 до 500 Гц. Некоторые люди предполагают, что это может быть причиной массовых переходов дельфинов и китов, потому что они принимают сигнал военных за свой.

Военно-морские силы настраивают свой сонар до 235 дБ, а киты обычно испускают сонарные сигналы в пределах 170 дБ. Возможно, громкие сигналы нарушили чувство направления морских созданий и сбили их с курса. И все же поразительно, как киты используют нечто настолько эффективное, что люди до сих пор не нашли этому замену.

Биолюминесценция

Говоря о морских существах, наши подводные приятели использовали почти все, чтобы улучшить собственную выживаемость. Задолго до того, как люди изобрели свечи, светящиеся в темноте наклейки и ночные огни, рыбы на дне океана уже светились много веков.

Светлячки и даже некоторые виды грибов также используют биолюминесценцию в своих интересах. Все эти организмы эволюционировали, чтобы светиться в темноте по таким разным причинам, как привлечение партнеров, привлечение добычи, предупреждение хищников и общение с другими представителями вида.

Множество исследований, которые были проведены - и будут проведены, - посвящены внедрению биолюминесценции в биотехнологии с множеством практических применений в современном мире. Действующее химическое вещество - люциферин - имеет короткий срок службы в активном состоянии светового потока. Множество компаний пытается обойти эту проблему, так что в будущем, возможно, на основе биолюминесценции будут созданы уличные фонари и медицинские процедуры.

Биолюминесценция создается простой химической реакцией, которая включает люциферин, фермент и несколько других кофакторов, специфичных для отдельных существ и растений. Люди пока просто нюхают пыль - но учиться никогда не поздно!

Солнечная энергия

Не так давно группа ученых изучала пятнистых саламандр и обнаружила, что эмбрионы этих ящеров содержат водоросли, которые живут внутри детенышей саламандры до их вылупления. Водоросли выживают, потребляя отходы, производимые эмбрионами детенышей саламандры. Взамен водоросли вырабатывают энергию и питание для развивающихся детей ящериц.

Эти ящерки, по сути, растут на фотосинтезе, том же процессе, что используют листья на деревьях для преобразования солнечного света в энергию. Также он похож на то, как фотогальванические элементы (солнечные панели) превращают солнечный свет в электричество.

Конечно, многие рептилии также используют тепло Солнца, являясь хладнокровными, чтобы поддерживать температуру и уровень энергии собственного тела. Похоже, эти чешуйчатые создания могли бы научить нас кое-чему о возобновляемой энергии.

Обнаружение ультрафиолетового света

Люди постоянно подвергаются воздействию УФ-света, но не имеют природной возможности его видеть. Поэтому мы так легко получаем солнечные ожоги. Сегодня можно купить световые детекторы, которые «преобразуют» ультрафиолетовые волны в форму, которую вы уже сможете видеть.

Обычно мы не можем видеть ультрафиолетовый свет из-за количества белка в наших глазах. А как там у животных?

Структура глаза животного частично состоит из белков опсинов. Некоторые животные находят один-два типа опсинов в своих глазах, поэтому видят меньше цветов и типов световых волн, чем люди. У нас же есть три типа опсинов, позволяющих видеть широкий спектр цвета.

Однако некоторые животные, такие как хамелеон, имеют больше трех типов опсинов в глазах. Поэтому хамелеоны могут видеть ультрафиолетовые лучи света в дополнение к цветам, которые могут видеть люди. Хамелеон наверняка сможет разобрать больше деталей на растениях, объектах и других животных, чем мы.

При этом хамелеоны делают это при помощи невооруженного глаза, не прибегая к использованию устройств. Есть также много других рептилий, насекомых, птиц и водоплавающих созданий, которые также могут видеть ультрафиолетовый свет.

Сельское хозяйство

Сельское хозяйство, взращивание различных культур, может показаться не самым технологически развитым процессом. Однако по меркам человеческой истории это все же относительно новый процесс. Достаточно вспомнить, каким был уровень массового производства и объемы запасов пищи 50 лет назад, чтобы поменять свое мнение.

И все же муравьи занимаются выращиванием культур гораздо дольше, чем 50 лет. Они любят питаться липкими, сахаристыми выделениями, которые выделяет тля после поедания растений.

Поэтому муравьи прикладывают большие усилия для обеспечения муравьиной колонии этой «пасекой», не позволяя тле перемещаться слишком далеко от колонии. Муравьи откусывают тле крылья и выделают химические вещества, замедляющие рост этих крыльев. Подло!

И если этого недостаточно, не так давно муравьи научились окружать группы тли муравьиными химическими следами, которые обычно используются для обозначения территории колонии. Эти следы, по всей видимости, замедляют тлю и не дают ей убраться со своего места, что обеспечивает муравьям надежный доступ к их любимому сладкому источнику пищи.

Так же, как и фермерские животные, которых содержат люди, тля тоже извлекает свою выгоду. Химические следы отпугивают хищников - таких как божьи коровки - поедающих тлю. Порабощенная тля по крайней мере защищена от этих больших, страшных, пятнистых жуков, благодаря муравьям.

Звукоизоляция

Если вы когда-нибудь проводили время в звукоизолированной комнате, вам наверняка была приятна тишина в ней. Комбинация изоляционных слоев, абсорбирующих материалов и тому подобного создает атмосферу, в которой практически не слышен посторонний звук.

Много лет совы использовали эти качества по менее мирным причинам. Чтобы подлетать и хватать свою ничего не подозревающую добычу со смертельной точностью, совы должны быть полностью безмолвными, потому что грызуны, которыми они питаются, имеют невероятно чувствительный слух.

Например, перья обыкновенной сипухи настолько мягкие и мелкие, что позволяют ей охотиться в мокрую погоду, поскольку становятся пропитанными водой и холодными. Это идеально звукоизолирует тело совы, которая в темноте настигает небольшое млекопитающее и хватает его острыми когтями. Единственным звуком будет писк жертвы.

Достичь этого позволяет конструкция перьев. Крошечные деления и волокна отделяют поток воздуха от крыльев. Это предотвращает любые грубые звуки, вызванные сопротивлением воздуха, например, при хлопании крыльев.

Клонирование

Когда ученые клонировали овечку Долли, стало понятно, что этот новый и странный процесс надолго останется с людьми. Но так ли он нов? Давайте спросим морскую звезду.

Морская звезда воспроизводилась бесполым путем без особого труда, еще когда никто не слышал о клонировании. Более того, морская звезда, которая клонирует себя, живет дольше и здоровее, чем морская звезда, которая воспроизводится половым путем.

Очевидно, клонирование хорошо подходит для этих существ. Кроме того, если морская звезда оторвет себе конечности или вообще разорвется пополам, существо просто отрастит конечность и регенерирует при необходимости. Некоторые виды даже умеют производить новое тело из части отрезанной конечности.

Морская звезда, очевидно, является экспертом в области клонирования. Возможно, нам стоит к ним присмотреться повнимательнее?

GPS

Миграция птиц остается большой загадкой для ученых. Есть много возможных объяснений тому, как птицы понимают, куда летят - положение Солнца, звездная карта, обоняние, магнитное поле Земли, запоминание отметок при предыдущем путешествии…

Но ни одно из них не объясняет целиком и полностью, как птицам удается так успешно и регулярно добираться до удаленных пунктов назначения, иногда в самых суровых условиях и при полном незнании маршрутов. Есть мнение, что они используют технологию GPS - которая намного превосходит человеческие возможности, - встроенную в маленький птичий мозг.

Теория магнитного поля представляется наиболее вероятной, поскольку лисицы показали, что тоже хорошо ориентируются в магнитном поле Земли во время охоты. Если другие животные разбираются в магнитных полях, то и птицы, стоит полагать, могут. Такой себе встроенный компас.

Выдвижные лезвия

Обычная домашняя кошка поражает своей универсальностью. Она может выпустить или спрятать когти при необходимости, оставить их острыми или мягкими, чтобы не ранить саму себя при умывании. Когти можно вернуть назад в их мягкие подушечки, чтобы ударить хозяина или котенка и не навредить ему.

Не этим ли вдохновлялись люди, создавая перочинные ножи?

«Природа всегда выбирает лучшее из возможного, причем в определении лучшего всегда входит достижимостью.

Чем интересен скат?

Из всего многообразия скатов, а их известно чуть ли не 340-350 видов, нас интересовали только скаты, ведущие придонный образ жизни. Большую часть времени такие скаты спокойно лежат на дне, но, преследуя добычу, развивают довольно большую скорость, поднимаются вверх и могут даже появляться на поверхности! «Придонные» скаты имеют одну интересную особенность - отрицательную плавучесть. Другими словами, неподвижный скат сразу же идет на дно! И наоборот, при движении вперед и особенно - при «старте» со дна какую-то часть своей мощности ему приходится затрачивать на создание гидродинамической подъемной силы.

Неудивительно, что в процессе эволюции скаты получили такую форму плоского, ромбовидного в плане тела, которую гидромеханики считают оптимальной с точки зрения создания максимальной подъемной силы при наименьшем сопротивлении воды движению рыбы. Но это еще не все: можно было Предположить, что эта форма ската приспособлена именно к быстрому «набору скорости» при движении вблизи дна, играющего роль своеобразной опорной поверхности - экрана.

В качестве объекта исследований был выбран скат из семейства хвостоколовых - морской кот, который в изобилии водится в Черном и Азовском морях. В районе мыса Тарханкут начались работы с отлова скатов и составления их обобщенного теоретического чертежа. Морские коты достигают длины 2,5 м, но нам, естественно, было удобнее иметь дело со скатами меньших-размеров. Каждый из пяти пойманных скатов был тщательно обмерен по двум продольным и четырем поперечным сечениям; очертания их в плане мы получали, просто укладывая ската на бумагу и обчерчивая по периметру.

Форму тела черноморского кота можно характеризовать, пользуясь языком гидромеханики, таким образом. Это ромбическое в плане несущее подводное крыло с соотношением размаха и условной максимальной хорды, равным 1,33. Передняя кромка тела острая и приподнята на 1-1,5% хорды соответствующего продольного сечения; плоская нижняя поверхность тела начинается на расстоянии 0,1-0,15 хорды от передней кромки. Диаметральное сечение имеет некоторую S-образность в передней и задней части. Максимальная толщина профиля продольных сечений составляет 4,5-8% хорды и находится на расстоянии 0,3-0,4 хорды от передней кромки. Относительная кривизна (отношение стрелки прогиба средней линии профиля к хорде тела) изменяется по среднему размаху в пределах 0-4%.

Можно было сразу же сделать вывод, что эти геометрические характеристики довольно сложной формы скатов очень близки к характеристикам известных в аэродинамике крыльев, оптимальных именно при движении вблизи твердой поверхности. Форма тела в плане, форма поперечных сечений и распределение кривизны по размаху обеспечивают минимальное индуктивное сопротивление, обусловленное перетеканием жидкости по концам крыла. Упомянутый подъем профиля в носике также имеет объяснение: он может служить для предотвращения отрыва потока при положительных углах атаки.

Интересные результаты дала подводная киносъемка. Хорошо видно, что при движении вдоль дна морской кот неизменно выдерживает высоту, равную 0,2-0,25 размаха, т. е. довольно близкую к рекомендуемой специалистами-гидромеханиками. При этом концы плавников в нижнем положении почти касаются дна.

Колеблются грудные плавники - движитель ската - со средней частотой 3,2 взмаха в секунду. В начале периода колебания концы плавников опущены вниз. Подъем начинается с передней их части. Вначале - на протяжении примерно 1/5 периода - оказываются поднятыми только края плавников, а основная их часть, прилегающая к телу, опущена. В среднем за весь период поперечное сечение тела ската представляет собой дужку (выпуклостью кверху) с концами плавников, играющими роль своего рода «машущих шайб». Опущенные вниз концы крыла как раз и препятствуют перетеканию жидкости с нижней поверхности на верхнюю, что и дает повышение гидродинамического качества, уменьшение индуктивных потерь.

Любопытно, что угол атаки крыла - тела ската - изменяется по его длине (размаху), обеспечивая, как считают гидродинамики, выгодное распределение нагрузки («крутка» крыла). Колебания крыла очень сложны. Возможно, что колебательные движения боковых кромок плавников обеспечивают не только создание движущей вперед тяги, но и оптимальное распределение углов атаки крыла.

Наблюдая плавание скатов в естественных условиях, мы обратили внимание на то, что в зависимости от скорости движения изменяется и кинематика движения плавников. При мирных малых скоростях по краям грудных плавников распространяется «бегущая волна», причем в движении этом участвуют только наружные края плавников (20% размаха); прилегающая к телу их часть движется со значительно меньшей амплитудой и продолжает служить в основном несущей плоскостью. При бегстве или погоне амплитуда взмахов плавников возрастает, достигая 0,2 размаха, заметно увеличивается и частота колебаний.

В дальнейшем были проведены исследования твердой модели ската в аэродинамической трубе. Модель испытывалась в условиях безграничной жидкости и вблизи неподвижного плоского экрана, имитирующего дно.

Модель испытывалась целиком и без хвоста; оказалось, что в диапазоне углов атаки ± 8° хвост не влияет на коэффициенты гидродинамических сил и моментов и, очевидно, выполняет чисто биологические функции (на нем расположено оружие ската - ядовитый шип).

Полученные характеристики модели, испытанной в безграничной жидкости, сравнивались с характеристиками круглого в плане крыла с профилем ЦАГИ-21,8%. Сопоставление показало, что при равных коэффициентах гидродинамического сопротивления модель ската обладает даже несколько более высокими несущими свойствами; иначе говоря, крыло, имеющее форму тела ската, имеет более высокое качество, чем профилированный диск.

Аналогичный вывод подсказывает и сравнение гидродинамических характеристик модели ската, установленной вблизи экрана, с соответствующими характеристиками ромбовидного в плане крыла, имеющего профиль ЦАГИ-876 с толщиной 7,5%. Измерения распределения гидродинамического давления по поверхностям модели показали, что ее более высокое качество в безграничной жидкости объясняется большим разрежением, возникающим на верхней, выпуклой, поверхности.

Можно уверенно сказать, что форма тела ската представляет в известной степени оптимальный вариант подводного крыла с удлинением, равным единице, предназначенного для движения вблизи экрана.

Как летает летучая рыба?

Ни одно описание плавания по тропическим водам не обходится без упоминания о летучих рыбах. Издревле картина парения этих диковинных существ над водой завораживала мореходов, не давала покоя умам естествоиспытателей.

Собственно побудительные причины перехода рыб из одной среды в другую загадки не составляли: чтобы спастись от быстроходных преследователей - тунца или меч-рыбы - беззащитным рыбкам не оставалось ничего другого, как взлетать над поверхностью!

В семействе летучих рыб насчитывается более 60 видов, наиболее крупные из них достигают 0,5 м в длину. В наших водах известна лишь японская летучая рыба, которая встречается иногда летом в заливе Петра Великого.

У некоторых видов летучих рыб - одна пара крыльев, у других - две. Эти крылья, которые могут раскрываться и складываться, прижимаясь к телу, представляют собой развитые грудные плавники больших размеров (главные крылья) и широкие брюшные плавники.

Крылья-плавники выполняют различные задачи: служат несущими плоскостями - подводными крыльями - при «планировании» с поверхности в глубину и наоборот при подъеме и разгоне в воде; используются как тормоз для остановки - плывущая с большой скоростью рыба с прижатыми к телу плавниками внезапно разворачивает их веером; наконец, они же играют роль воздушных крыльев - создателей подъемной силы при выпрыгивании рыбы из воды и полете.

Важно подчеркнуть, что эти плавники работают только как несущие плоскости (выдерживающие нагрузку до 1,3 г/см 2) и не являются движителями. Распространенное в среде моряков прошлого мнение, что «летучая рыба машет крыльями, как стрекоза или птица», ошибочно. Управляющая плавниками - регулирующая угол атаки и площадь крыльев - мускулатура слишком слаба: ее вес составляет лишь 3% веса всей мускулатуры рыбы. При движении в воздухе возможен лишь пассивный «флаттер» - дрожание больших и мягких плавников, которое и является причиной жужжания, отмеченного еще во времена А. Гумбольдта (только в 1941 г с помощью стробоскопической фотографии удалось доказать, что это жужжание - результат не активного биения плавников, а их пассивной реакции на колебания движителя - хвостового плавника).

Познакомимся с геометрическими характеристиками летучих рыб, обитающих в центральной части Атлантического океана; их теоретический чертеж построен на основе обмеров 60 экземпляров.

Одной из основных особенностей самого «корпуса» рыб является необычная прямоугольная форма поперечных сечений с плоской брюшной поверхностью, позволяющей глиссировать.

При взлете рыба сначала разгоняется до выхода на режим глиссирования по поверхности воды, а затем частично выскакивает из воды. При этом ее корпус уже находится в воздухе и испытывает значительно меньшее сопротивление, чем в воде, а расправленные крылья-плавники обеспечивают воздушную разгрузку, причем эффективность крыльев дополнительно повышается благодаря близости экрана; в то же время нижняя лопасть хвостового плавника (движителя) продолжает оставаться погруженной в воду и, совершая примерно 50-70 биений в секунду, позволяет довести скорость до значений порядка 60-65 км/ч. (Заметим попутно, что эта скорость уже вдвое выше, чем той же рыбы в воде!) Наконец, рыба изменяет угол атаки крыльев и взмывает вверх. Начальная скорость полета составляет, по-видимому, 54-72 км/ч!

Далее следует свободный полет - не более чем 10-секундное планирование на высоте 0,5-1 м на расстоянии до 50 м; скорость при этом неуклонно падает, а в итоге снижаются подъемная сила на крыльях и высота полета. Когда скорость уменьшится до 36 км/ч, нижняя лопасть хвостового плавника снова погружается в воду, начинается новый разгон до достижения максимальной скорости полета, затем снова следует свободный полет и т. д. В общей сложности рыба может пролететь таким образом до 400 м за 30 секунд. Естественно, что встречный ветер помогает летучей рыбе, как и взлетающему самолету.

Изменяя угол атаки крыльев, летучая рыба может соответственно изменять и траекторию полета вплоть до больше всего привлекающих внимание наблюдателей прыжков на высоту 8-10 м - через небольшие суда; нередко летучие рыбы оказываются и на палубах крупных судов.

Испытания твердой модели летучей рыбы показывают прежде всего высокое гидродинамическое качество отработанных тысячелетней эволюцией форм. Коэффициент гидродинамического сопротивления летучей рыбы составляет всего 0,015.

Подъемная сила, возникающая на плоских (непрофилированных) крыльях-плавниках, при малых углах атаки невелика, но с увеличением углов атаки заметно возрастает: очевидно, сказывается и «бипланный» эффект - взаимодействие обеих пар плавников. Тем не менее, как и в случае со скатом, твердая модель далека от своего намного более совершенного живого прототипа, представляющего сложнейший комплекс систем, смоделировать который пока не удается.

Удалось ли инженерам хотя бы частично воспользоваться результатами биотехнических исследований?

Известно, что во время полета летучая рыба, как и птицы, не только изменяет угол атаки, но и, частично складывая и расправляя плавники, регулирует площадь несущих плоскостей в зависимости от скорости полета: другими словами, крылья всегда работают в зоне их максимального качества. Как известно, этот же принцип изменения геометрии крыла самолета взят на вооружение современными авиаконструкторами.

В начале 1968 г. в зарубежной печати проскользнуло сообщение, что американский инженер В. Рейд сконструировал подводную лодку с крыльями, которая могла отрываться от поверхности воды и превращаться в летающий аппарат. Во время эксперимента 8-метровая модель стартовала из воды и поднималась на высоту до 23 м. Считают, что созданию этого необычного экспериментального аппарата, вызвавшего большой интерес ВМС США, предшествовало глубокое изучение движения летучей рыбы.

Говоря об использовании в технике закономерностей, обнаруженных у обитателей моря, стоит подчеркнуть, что простым копированием тех или иных отдельных особенностей морских животных и рыб вряд ли можно добиться коренного усовершенствования существующих сегодня технических устройств. Многие биологические объекты - это модели чрезвычайно сложных явлений, объяснить которые до конца современная наука еще не в состоянии. Познать физическую теорию этих явлений для последующей технической реализации закономерностей живого подводного мира - вот основная задача гидробионики.

Человек продолжает учиться у величайшего мастера – природы. Читайте в сегодняшней статье, какое изобретение появилось, благодаря акуле?

Какое изобретение появилось, благодаря акуле?

История популяризирует создание самолета, роботов, рентгена, эхолокатора, появившихся благодаря животным, птицам и насекомым. Однако есть немало других примеров изобретений, почерпнутых из окружающей среды. Такое животное, как акула из надотряда хрящевых рыб, подарила человечеству не одно изобретение.

Водные пространства таили опасности и загадки для человека. Подступившись к морям и океанам первоисследователи наблюдали за поведением рыб, задаваясь вопросами о способах обитания.

Акула – хищник в водном мире – подтолкнула человеческую мысль на создание подводной лодке. Нередко истории приписывают появление турбин и лопастей по принципу работу жабр хордовой рыбы.

Какое изобретение появилось благодаря акуле:

• Подводная лодка.
• Лопасти турбины.
• Костюмы аквалангистов.
• Обувь.
• В перспективе: катетеры.

Акулы поучаствовали, как косвенно, так и напрямую в изобретении интересных гаджетов. Во-первых, по принципу глубоководного погружения акулы создана подводная лодка. В чем принцип? Особенности строения тела акулы позволяет перераспределить внутренне давление, чтобы противостоять губительному действию толще воды. Первое исследование было проведено в 1976 году – изучение глубоководной 4 метровой акулы. Первые пробы построить аппарат для погружения были в 1578 – У. Боурн, описание судна с трубкой для дыхания, затем в 1776 году – Д. Бушнелл, изобретатель подводной лодки на 1-го человека, яйцеобразная «Черепаха» Фултона (1800 год) и, наконец, «Миног» 1905 года.

Инженер Тони Бреннан установил, что акулья кожа – это удивительно шероховатая поверхность, предотвращающая прилипание грязи, слизи и моллюсков. К тому же, акула с помощью кожи защищает себя от бактерий. Долговечность материала открывает новый путь исследователям – компания « Sharklet » планирует заняться не только изготовлением костюмов и спецаксессуаров из акульей кожи, но и разрабатывать устойчивые к бактериям, долговечные катетеры из кожи акулы. Новое изобретение, по мнению CEO, могут предотвратить передачу заражений и минимизировать затраты на очистку и обеззараживание медицинских инструментов.

Более масштабно благодаря акуле появились энергосберегающие покрытия для авиалайнеров. Позднее подход был переосмыслен для защиты ветряных лопастей на электростанциях. Плавники акулы стали прототипом аэродинамических испытаниях. Большинство морских животных – уникальное поле для изучения.

Материал для упаковки подходит также для защиты пластиковых клавиатур, выключателей, ручей, требующих длительной службой поверхности, подверженные частому контакту с другими, человеческой кожей и т.д. не только быстро грязнятся, но переносят миллиарды микробов. Пример акульей кожи – прорыв в изучении подводного мира и использования того, чтобы создала природа, на благо человечества.

Вслед за акулами можно рассматривать горбатых китов и их вклад в создание аэродинамической трубы, эхолокации и сонара, гидродинамического сопротивления. Новые изобретения способны расправиться не только с частыми причинами заражения, гибели в воде, потерянной ориентации судов, но и помочь людям сократить экономические затраты, выровняв экологический сегмент экономики.

БИОНИКА

Природа даёт человеку множество примеров для технических изобретений. Бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

Шарниры

Самое простое в природе и технике сочленение - шарнирное. Оно позволяет вращаться одной части вокруг другой и при этом не сдвигаться с места.

Тихоокеанские сердцевидки-великаны, для того чтобы сложить две свои створки, ракушки используют шарниры. Величина тихоокеанских сердцевидок-великанов достигает почти 15 сантиметров, и поэтому их сочленение хорошо видно невооруженным глазом. У меньших по размерам сердцевидок наших побережий оно точно такое же. Левая створка, имеющая выступ, попадает в углубление правой, и наоборот. Это шарнирное соединение состоит только из двух частей, которые очень прочно смыкаются друг с другом, выполняя свою задачу наилучшим образом.

Если в технике шарнир может состоять из трех частей, то в природе он состоит только из двух. Этот более компактный вид шарнира был со временем разработан и в технике. Вспомним защелкивающуюся крышку, например крышку шампуня, для шарнира которой необходимы только две части. Они изготавливаются с помощью литья под высоким давлением.

Технические шарниры. Технические шарниры можно приобрести на любом строительном рынке. Их применяют, например, для того, чтобы прикрепить крышку к ящику. При этом крышка легко открывается и закрывается. Шарнирами снабжено большинство очечников. Их крышка плотно соединяется с нижней частью и не может соскочить, поэтому, когда такой футляр кладут в карман, очки не выпадают. Технические шарниры обычно состоят из двух частей, которые соединяются друг с другом с помощью стержня. При этом возможно единственное движение - вращение двух половинок вокруг соединительного стержня: сложить - разложить.

Экскаваторы

Для того чтобы схватить предмет или просверлить дырку, в природе и в технике используются одинаковые методы.

Ловчие птицы. Раньше орлов и их родственников относили к группе хищных птиц, сегодня их называют ловчими. Такое название объясняется самим принципом охоты птиц. Чтобы удержать добычу, они цепко обхватывают свою жертву и впиваются в нее острыми когтями. Из таких объятий вырваться невозможно. Беркут охотится на мелких млекопитающих и птиц. Своими сильными и цепкими когтями он, например, намертво впивается в шкуру молодых сурков. Скопа и орлан-белохвост питаются чаще всего рыбой, которую можно поймать на поверхности воды. Их удлиненные лапы с очень острыми загнутыми когтями и грубой жесткой чешуйчатой внутренней стороной позволяют им впиваться в скользкую, готовую в любой момент ускользнуть рыбу так, что та уже не может вырваться.

Лапы 290 видов ловчих птиц имеют свои различия: природа позаботилась о том, чтобы «захватывающий аппарат» был приспособлен для охоты на определенный вид добычи. Таким образом, птица всегда может добыть пропитание.

Присоски

Осьминог . Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.

На щупальце осьминога хорошо видны присоски, расположенные плотными рядами.

Коврик с присосками - заимствование у природы.

Технические присоски. Если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нем. Присоска слегка закруглена и расправляется при соприкосновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум, и присоска прикрепляется к стеклу. Квакши обыкновенные хорошо удерживаются на листьях и деревьях с помощью присосок, находящихся на концах их лапок.

Движение с помощью колебаний

Чтобы подводные лодки могли двигаться, они снабжены вращающимся корабельным винтом. Он создает силу тяги и приводит лодку в движение. В природе также есть подобные приспособления: лапки, плавники и крылья. При движении вперед, тунец машет своим хвостовым плавником слева направо. У дельфинов и китов, напротив, плавник движется вверх и вниз. При этом техника плавания существенно не меняется - в основе ее лежит колебание.

Лодка с «плавниками» . В то время как техника использует принцип вращения, природа использует принцип колебания. Можно ли колебание применять в технике?

Инженеры рассчитали, что тяга при колебании плавников эффективнее, чем тяга судового винта, и при этом затрачивается меньше энергии. С конца хвоста - начала xx столетия появилось множество патентов, в которых делались попытки приводить в действие лодки и даже субмарины с помощью колебаний. Но только недавно удалось создать настоящие подводные «лодки-рыбы», хотя и небольшого размера. Они приводятся в действие колеблющимся плавником, который похож на плавник тунца.

Двойные плавники. Тот, кто плавает с ластами, быстрее продвигается вперед, чем тот, кто плавает без них. Водолазы двигают обоими ластами поочередно. У рыбы же лишь один хвостовой плавник. Дает ли это ей преимущество? Этот вопрос не оставлял изобретателей, и они создали «двойной плавник», который надевается сразу на обе ноги, чтобы двигать этим большим «плавником», водолазы должны использовать всю мускулатуру ног, живота и спины. Тот, кто научится этому, будет удивлен, как легко он продвигается вперед. Очевидно, что использование только одного большого плавника - лучшее решение проблемы быстрого плавания.

Строительный материал - известь

Морские ежи - мастера в использовании извести. Они создают из этого многофункционального материала очень многое, например свои панцири и зубы.

Надежный известковый панцирь. На берегу моря часто находят прибитые к берегу панцири морских ежей. Если с усилием надавить на них пальцами, то они распадутся на шестиугольные пластинки. Рассмотрев их края, можно заметить, что они относительно толстые. Пластинки скреплены в чрезвычайно прочный панцирь.

Зубной аппарат и зубы . Морской еж имеет в области рта сложный аппарат, который управляет пятью зубами. С давних времен его называют «фонарь аристотеля». Своими твердыми зубами морские ежи могут скоблить и растирать. При этом зубы полностью состоят из извести. Как получается, что у морского ежа прочный, но относительно мягкий панцирь и очень твердые зубы состоят из одного и того же материала?

Характерный признак «фонаря аристотеля» - пять зубов.

Дело в том, что отдельные молекулы известкового материала выступают в различной последовательности. В зависимости от их последовательности и в некоторой степени в зависимости от содержания других веществ может создаваться губкообразный легкий известковый слой или пластинчатый твердый слой (как у зубов). Этот факт, представляющий интерес для техники, в настоящее время широко исследуется.

Хитин - строительный материал насекомых и ракообразных

Насекомые, пауки и раки создают свои панцири из хитина. Это природное вещество может оказаться полезным и для человека.

Множество функций . Хитин - это многофункциональный материал, который можно использовать для различных целей, изменяя его соответствующим образом. В остов из хитиновых молекул могут, например, входить другие вещества, делающие хитин более твердым. Именно это можно наблюдать у жал пчел и ос, которые, не сгибаясь и не ломаясь, должны проникать в ткани или у тонких, но твердых частей сочленений крыльев мух и пчел, выдерживающих большую нагрузку.

Применяемый в других последовательностях, хитин может быть очень мягким. Это используют, например, членистоногие - в суставной коже между пластинами или трубками панциря из хитина. Только благодаря этому пластины могут сдвигаться, при этом вредные вещества не проникают в тело насекомого между отдельными пластинами.

И, наконец, в хитин может примешиваться известковый материал, благодаря чему панцирю придается жесткость. Ракообразный используют эту возможность, чтобы защититься от врагов.

Материал будущего. Хитин - это нарастающий материал. Его можно получить, кроме всего прочего, из панцирей крабов северного моря и потом облагородить с помощью различных химических процессов. Хитин может стать важным материалом будущего, причем он будет иметь множество отраслей применения. Особенно большое значение этому материалу придается в медицине и в фармацевтике, так как человеческое тело не воспринимает хитин как инородное тело и поэтому не отторгает его. С помощью наложения хитина можно, например, значительно усовершенствовать лечение ожогов.

Пинцеты

Техника использует специальные инструменты: клещи и пинцеты. Природа же работает с многочисленными «комбинированными приборами».

Веретенники . Своим длинным 15-сантиметровым клювом веретенник ощупывает землю, втыкая его в мягкую почву. При этом кончик клюва птица в нужный момент открывает и закрывает. Таким образом ей легко хватать маленьких червяков и другую добычу. Ее тонкий клюв родит довольно глубоко в землю, и оттуда птица достает себе пищу.

Клюв - это комбинированный инструмент. Тонкий клюв веретенника является, как и клещи муравьиного льва, одним из видов комбинированного инструмента. До захвата пищи клюв сжат и служит в качестве ковыряющего и ищущего инструмента. Только глубоко в земле он открывается, словно две створки пинцета, выполняя в этом случае функцию точно работающего хватающего механизма. Природа создала инструмент, который способен решить большое количество задач.

Пинцет . Человек изобрел инструмент, который выполняет те же функции, что и клюв веретенника. Это пинцет. Его острые концы легко проникают под верхний слой предметов. Сжав пальцами обе половинки пинцета, можно захватить даже самые мелкие предметы. Если отпустить их, пинцет разожмется и выпустит предмет. Преимущество инструмента, обе половинки которого движутся навстречу друг другу, состоит в том, что захватить предмет довольно легко. Тоже самое мы наблюдаем, когда работаем ножницами. Если удерживать одну их половину и двигать только другой, можно быстро заметить, насколько труднее режется бумага.

Начнём, пожалуй, со сказочного I cteneo ("Новая рыба" на латыни), изобретённого Нарцисом Монтуро (Narcis M onturiol) и спущенного на воду в 1864 году. Как и "Наутилус", эта субмарина была создана в основном для подводных исследований; у неё даже была пара больших иллюминаторов по бокам — для наблюдения.

Но эта подводная лодка не выглядит похожей на описание "Наутилуса", к тому же она маленькая — всего 13,5 м.

Схема и модель I ctineo в полную величину, которая экспонируется в Барселоне (Испания). Следующий кандидат на вдохновение г-на писателя — L e Plongeur ("Ныряльщик"). Лодку изобрёл капитан Симон Буржуа (Simeon Bourgeois); на воду её спустили в 1863 -м. Это первая субмарина, которая работала с помощью механических средств: пневматической системы, действующей от поршневого двигателя.

К тому же это была самая большая лодка, построенная к тому времени: 41 метр, то есть всего на треть меньше "Наутилуса". "Ныряльщик" был вооружён торпедами, находившимися в конце длинного корпуса, прикреплённого к носу подлодки.

Одной из уникальных особенностей L e Plongeur, как, впрочем, и "Наутилуса", была шлюпка, установленная в специальной выемке на палубе.

Схема и рисунок субмарины L e Plongeur. Очевидно, что идея романа пришла Верну под влиянием многочисленных испытаний подводных лодок, проходивших в то время.

А образ "Наутилуса" носит собирательный характер и состоит из черт множества субмарин, у которых писатель заимствовал не обязательно функциональное, но, главное, впечатляющее читателя качество. И всё-таки: есть ли аппарат, который стал для Верна отправной точкой?

Вы удивитесь, но самый вероятный кандидат не является подводной лодкой. Американский изобретатель Росс Уайнэнс (Ross Winans) построил первый из своих удивительных "круглых кораблей" в Ферри-Бэе (Балтимор, США) в 1858 году.

Газеты того времени источали восторги: "Это откроет новую эру в военно-морском деле!" Ничего подобного никто не видел. У корабля не было ни киля, ни мачт, ни снастей... даже палубы не было.

Он был похож на сигару, а команда находилась внутри этой "сигары". Пожалуй, самой странной особенностью был винт в форме кольца, который опоясывал "талию" аппарата точно посередине.

Уайнэнс утверждал, что его детище пересечёт Атлантику за четыре дня (это, кстати, в два раза быстрее, чем сегодня) — будто бы из-за оптимизации формы корабля и отсутствия лишнего веса. Изобретатель надеялся, что его "круглые корабли" совершат революцию в трансатлантических путешествиях и будут не только самыми быстрыми, но и самыми устойчивыми плавсредствами.

Секрет скорости судна заключался в новой двигательной системе. Она состояла из турбин с лопастями, установленных в полости вокруг корабля.

Плавные контуры нарушались лишь двумя дымовыми трубами, маленькой изогнутой палубой и смотровой платформой. Полутораметровые штурвалы находились с двух сторон палубы, чтобы можно было плыть в любую сторону без разворота.

Как вы понимаете, нос и корма на таком судне очень условны. Оригинальный корабль имел в длину 54 метра с максимальным диаметром 4,8 метра в самой широкой части и мог взять на борт 20 человек.

Он был сделан из железа и разделён на водонепроницаемые отсеки. Росс Уайнэнс хвастался, что благодаря этим отсекам его корабль самый безопасный в мире и полностью застрахован от затопления.

Вот так корабль Уайнэнса выглядел в открытом море. Так почему же мы с вами не плаваем через Атлантику на этих замечательных сигароподобных судах?

После испытаний первого корабля были построены ещё несколько, в том числе один для российского правительства. Но все они страдали от одних и тех же проблем: корабль плохо слушался руля, в любой момент мог перевернуться, а его нос постоянно уходил под воду.

Низкий надводный борт позволял даже небольшим волнам обрушиваться на палубу, а для людей, подверженных морской болезни, путешествие внутри этого судна было кошмаром наяву. После двухлетней борьбы Уайнэнс всё-таки отказался от использования опоясывающего двигателя.

Корабль для Российской империи был построен в 1861 году: по совету создателя он был оснащён более традиционным кормовым винтом. И это сработало: на воду были спущены ещё два корабля с кормовыми винтами; один из них испытывался на Темзе в 1864 году.

Сей образец, скромно названный Ross Winans, значительно отличался от предшественников. Он имел 77 метров в длину и располагал плоской палубой в 39 метров (напомним, длина "Наутилуса" — 69 м). Кроме того, Ross Winans имел винты на корме и носу.

Вот как их описывали современники:

« ... Огромные винты, которые наполовину погружены в воду и взбивают её в пену... »

Сразу вспоминаются винты "Наутилуса" в романе Верна — они тоже были огромными и взбивали воду, когда лодка находилась на поверхности.

Видимо, именно отсюда Верн почерпнул идеи двигательной системы фантастической лодки капитана Немо. Два корабля Уайнэнса дожили до XX века, пришвартованные у пирса в Саутгемптоне (Англия). Вот отрывок из заметки 1936 года о "круглых кораблях" в одном британском СМИ: "...сразу приходит на ум "Наутилус" Жюля Верна..." Даже авторы иллюстрированной истории ВМС США (Picture History of the U.S. Navy) сравнивают корабль Уайнэнса с "Наутилусом". И не просто так. Испытания судов Уайнэнса состоялись в Европе в 1864 году, как раз в то время, когда Верн занимался сбором материала для "Двадцати тысяч льё под водой". Так как всё это широко освещалось прессой, то вряд ли могло избежать внимания писателя.

Жюль Верн прямо пишет в романе, что "Наутилус

« ... по своей форме напоминает сигару, а эта форма считается в Лондоне лучшей для подобного рода конструкций... »

(см. начало 13 -й главы). Подводная лодка в романе почти такого же размера и пропорций, что и корабль Уайнэнса, такой же сигарообразной формы и наделена слишком большим гребным винтом.

В общем, сходств много. Единственное глобальное отличие в том, что "Наутилус" — подводная лодка, а не надводный корабль.

Верн всегда работал в тесном контакте с иллюстраторами своих книг. Иногда даже лично набрасывал для них эскизы и схемы механизмов.

Так, существует сохранившийся эскиз летательного аппарата "Альбатрос", который писатель сделал для художника Леона Беннетта (L eon Bennett). Скорее всего, его зарисовки получали также Альфонс де Невиль (Alphonse de Neuville) и Эдуард Риу (Edouard Riou), иллюстраторы "Двадцати тысяч льё под водой". На это намекает одна из картинок де Невиля: она изображает капитана Немо, который объясняет принцип работы "Наутилуса" профессору Арронаксу, используя для этого схему корабля.

Разве мог художник сам нарисовать подобный чертёж без подсказок автора романа? Вряд ли книжные графики XIX века хорошо разбирались в чертежах подводных лодок. Вот эта иллюстрация Альфонса де Невиля со схемой подводной лодки:

Удивительно, но по прошествии почти полутора веков роман Жюля Верна не устаревает, а приобретает всё больше поклонников! Да, теперь он воспринимается как приключения, а не фантастика, но благодаря живому языку и визионерству автора книга вдохновляет читателей на творчество.

Ниже мы приводим одну из схем "Наутилуса", очень близкую к "оригиналу", то есть созданную точным следованием тексту романа (изображение большего размера откроется при клике по картинке):