5 привычных технологий, которые учёные подсмотрели у самой природы

Чтобы решать проблемы и закрывать потребности человечества — от мелких до серьёзных — инженеры и учёные часто вдохновляются окружающим миром. И не зря: как показывает практика, инновации, которые построены на природных моделях, отлично проходят проверку временем. Такой подход в науке называется «биомимикрия».

Вот лишь несколько примеров того, как люди адаптировали под свои нужды гениальные изобретения природы. 

1. Репейник и застёжка-липучка

1 / 0

2 / 0

Мы привыкли к липучкам на одежде, обуви и сумках и даже не задумываемся, что они существовали не всегда. В 1941 году их придумал швейцарский инженер Жорж де Местраль.

Однажды он вернулся с охоты в Альпах вместе со своей собакой и заметил, что к её шерсти, как и к его одежде, прилипли колючки лопуха. Местраль внимательно осмотрел репейник под микроскопом и заметил, что растение цепляется за петли в ткани с помощью миллионов маленьких крючков. Так лопух распространяет свои семена на большие территории.

После этого он начал путь длиной в десятилетие, чтобы найти оптимальный материал для своего изобретения, научиться производить липучки механически, а не вручную, построить для этого специальный ткацкий станок. Наконец в 1951 году инженер подал заявку на патент, а получил его лишь в 1955‑м. Так появилась лента Velcro (velours с фр. — «бархат» и crochet с фр. — «крючок»). 

2. Лотос и водонепроницаемые материалы

1 / 0

2 / 0

Лепестки и цветки лотоса обладают супергидрофобностью. Это значит, что вода не смачивает их, а скатывается в шарикообразные капли и при малейшем дуновении ветра просто стекает с листьев, попутно захватывая с собой всю пыль и грязь.

Такой эффект достигается благодаря тому, что поверхность лотоса не идеально гладкая — она покрыта мельчайшими бугорками, которые вместе с восковым покрытием листьев создают крошечные воздушные карманы. Из-за этого капли «зависают» над поверхностью, не сцепляясь с ней.

Краски, которые не пачкаются и самоочищаются под дождём, нанопокрытия для экранов смартфонов, водоотталкивающие ткани — всё это стало возможным благодаря этому феномену. «Эффект лотоса» активно применяют и в промышленности — например, создают водоотталкивающие покрытия для солнечных панелей, которые нужны, чтобы на них не оседала грязь.

3. Термитник и вентиляция

1 / 0

2 / 0

Термиты — настоящие мастера климат-контроля. Их жилища устроены так, чтобы поддерживать стабильную температуру внутри даже в условиях экстремальных перепадов снаружи. Всё благодаря системе естественной вентиляции.

В течение дня солнечный свет нагревает воздух внутри термитника, и он поднимается вверх и выходит через отверстия на вершине, создавая эффект дымохода. Одновременно прохладный воздух втягивается через туннели у основания.

Находчивость этих насекомых вдохновила архитектора Мика Пирса при проектировании офисного комплекса Истгейт-центр в Хараре, Зимбабве. Там нет привычной системы отопления и охлаждения. В дневное время тепло накапливается в массивных стенах здания и выходит через дымоходы в верхней части, а прохладный воздух втягивается из-под земли. 

Благодаря этому Истгейт-центр использует лишь десятую часть энергии по сравнению с обычным зданием такого же размера и остаётся прохладным даже в сильную африканскую жару.

4. Зимородок и сверхскоростной поезд

1 / 0

2 / 0

Японские сверхскоростные поезда могут достигать скорости 300 км/ч — и несмотря на то, что это позволяет пассажирам преодолевать большие расстояния за считаные минуты, без неудобств не обошлось даже тут.

Дело в том, что на такой высокой скорости перед носом локомотива накапливается воздух под сильным давлением. И каждый раз, когда поезд выезжает из тоннеля, раздаётся мощный звуковой удар, который слышен на расстоянии до 400 м.

Японский инженер Эйдзи Накацу придумал, как решить эту проблему, благодаря своему наблюдению за зимородками. Эти птицы ныряют из воздуха в воду — в 800 раз более плотную среду — почти без всплеска. Накацу предположил, что этим они обязаны своему длинному клюву. 

Верхняя и нижняя части клюва имеют треугольное сечение с изогнутыми сторонами, и вместе они создают форму приплюснутого ромба.

Для проверки концепции исследователи тестировали модели разных форм. Они запускали их в воздушных и водных туннелях, изучали взаимодействие с потоками, а также симулировали результаты на суперкомпьютере. Итоги были однозначны: «зимородковый» дизайн оказался самым эффективным.

На основе этих данных Накацу с командой сконструировали модель поезда «Синкансэн» с вытянутой носовой частью. Это позволило улучшить аэродинамику и значительно снизить уровень шума, который производит поезд.

5. Китовый плавник и ветряная турбина

1 / 0

2 / 0

У горбатых китов плавники устроены необычным образом: на их переднем крае расположены небольшие бугорки. Когда животное рассекает толщу воды, они уменьшают сопротивление и увеличивают подъёмную силу. Благодаря таким «бугорчатым» плавникам киты могут двигаться быстро, плавно маневрировать и с лёгкостью преодолевать большие расстояния.

Этот механизм вдохновил разработчиков ветряных турбин — они добавили ряды выпуклостей на лопасти, предположив, что это поможет повысить их производительность. Результат оказался впечатляющим: такие лопасти могут вращаться даже при небольших скоростях ветра — 16 км/ч вместо стандартных 27 км/ч — и при этом генерировать энергию эффективно и стабильно.