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 «».
Вот лишь несколько примеров того, как люди адаптировали под свои нужды гениальные изобретения природы.
1. Репейник и застёжка-липучка
Мы привыкли к липучкам на одежде, обуви и сумках и даже не задумываемся, что они существовали не всегда. В 1941 году их 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.
Местралю пришло в голову, что таким образом можно легко и быстро соединять два материала: на поверхности одного из них должны быть микрокрючки, а на втором — микропетли.
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
Лепестки и цветки лотоса обладают . 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.
Инженеры регулярно вдохновляются «эффектом лотоса» и создают новые материалы с гидрофобными свойствами.
, которые не пачкаются и самоочищаются под дождём, для экранов смартфонов, водоотталкивающие ткани — всё это стало возможным благодаря этому феномену. «Эффект лотоса» активно применяют и в промышленности — например, создают водоотталкивающие для солнечных панелей, которые нужны, чтобы на них не оседала грязь.
3. Термитник и вентиляция
Термиты — настоящие мастера климат-контроля. Их жилища 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.
Термиты могут сами управлять потоком, открывая и закрывая проходы в зависимости от температуры и влажности.
Находчивость этих насекомых вдохновила архитектора Мика Пирса при проектировании офисного комплекса 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
Японские сверхскоростные поезда могут 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 , 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.
Команда инженеров внимательно изучила клюв зимородка: его форма оказалась идеально обтекаемой.
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
У горбатых китов плавники 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 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.
6 технологий, без которых невозможно представить современную систему переработки отходов
Путешествие в Карелию на выходные: 2 захватывающих маршрута
Путешествие начинается до взлёта! Как провести время до посадки с комфортом
Учебный год под контролем!