Бионика в деле: как природа опередила инженеров

Стрекозы миллионы лет могли развивать немыслимые скорости и легко маневрировать, пока изобретатели бились над проблемами устойчивости крыльев. В океанских глубинах кальмары, будто живые ракеты, «выстреливают» себя из воды на целых 30 метров, а «дырявые» парашютики одуванчиков, как оказалось, куда более эффективнее любого парашюта.

Вместе с программой «Бионика» на телеканале «Т24» узнаем, в чем современные вертолеты проигрывают стрекозе, какие секреты скрывает кальмар и почему семена одуванчика куда совершеннее парашюта.  

Учитель скорости и точности

Стрекозы появились задолго до динозавров и считаются одними из самых виртуозных летунов в мире. За сотни лет они значительно уменьшились: раньше размах их крыльев составлял около 70 сантиметров, что примерно втрое больше, чем у самых больших современных особей. Но даже нынешние стрекозы поражают своими скоростью и выносливостью, ведь при попутном ветре могут летать до 100 км/ч и совершать длительные миграции. Их маневренность тоже удивляет: они с легкостью меняют направление, летят назад, вперед, вбок и даже вверх тормашками.

Настоящий прорыв произошел, когда инженеры начали копировать не птиц, а именно стрекоз – чьи крылья работают как независимые лопасти винта. Их способность нести груз, в 15 раз превышающий собственный вес, до сих пор остается недосягаемой для вертолетов – но это не мешает использовать их принципы в реальных конструкциях.

Фото: Ксения Лебедева / фотохостинг Russian Traveler

Особенно ярко бионика проявила себя в 1930-х, когда прокатилась волна необъяснимых катастроф. Решение пришло от неожиданного «инженера»: стрекозы. Ее крылья укреплены сетью жилок и утолщениями у переднего края, что делают взмахи равномерными, а полет устойчивым. С тех пор, как люди это заметили, полеты стали быстрыми и безопасными.

Крыша, которая держится полвека – благодаря стрекозе

Крылья стрекозы – не просто легкие и прочные, но и умно устроенные: сотни ячеек, образованные жилками, распределяют нагрузку, не давая мембране рваться. Этот принцип в 1970-х был перенесен в архитектуру: при строительстве стадиона в Мюнхене инженеры создали полупрозрачную кровлю, поддерживаемую сетью стальных тросов — точь-в-точь как жилки в крыле. Уже больше 50 лет конструкция по-прежнему выдерживает все ураганы и снегопады. 

Стадион в МюнхенеФото: Wikimedia Commons

Американские авиаинженеры использовали данные о геометрии и внутреннем каркасе крыльев стрекозы, чтобы обучить модель искусственного интеллекта. Та, в свою очередь, разработала внутреннюю структуру Boeing 777 – легче прежней, но не уступающую в прочности и аэродинамике. 

Фото: Дмитрий Кузнецов / фотохостинг Russian Traveler

И в воздухе и под водой

Невообразимые скорости могут набирать не только существа с крыльями. На глубине океана есть кальмары, которые тоже развивают немыслимую быстроту. В случае опасности они с легкостью включают «турбореактивный режим». Всего лишь за долю секунды моллюски засасывают воду в мантийную полость и выбрасывают ее под давлением через подвижный сифон – аналог сопла, что позволяет ему развивать скорость до 70км/ч и очень быстро менять направление. А еще моллюски удивляют своими прыжками из воды и полетами, которые достигают протяженности до нескольких десятков метров над водой.

Ученые впервые сняли на видео антарктического гигантского кальмара

Мантийная полость и сифон стали прототипом водометных движителей. А недавно инженеры из Калифорнийского университета создали роботов, копирующих принципы движения кальмара. Они могут маневрировать среди кораллов, не повреждая их, и уже готовы к исследованию океанских глубин. 

Секрет парящего одуванчика

Стрекозы и кальмары – еще цветочки. Хотя «быстрым» цветком все же лучше назвать скорее одуванчик со своими маленькими парашютиками из тонких волосков. Они называются «паппус», и с помощью ветра разносятся на сотни метров, а благодаря сильным порывам могут преодолеть даже километровую дистанцию.

Паук-скакун, как заправский парашютист, вцепился в пушинку одуванчика.Фото: Людмила Бегунова / фотохостинг Russian Traveler

Раньше считали, что механизм полета одуванчика чем-то схож с парашютом, но на самом деле паппус поднимается наверх под действием дополнительной силы, которую ученые назвали «отделенным вихревым кольцом». В отличии от купола парашюта паппус частично пропускает воздух, и ученые посчитали, что вкупе все механизмы цветка обеспечивают довольно большую подъемную силу. И вполне возможно в будущем парашюты начнут изготавливать не из цельного куска ткани, а из упругих и легких «волосков», как у одуванчика. Вопрос лишь в том, согласятся ли люди прыгать с такими парашютами. 

Источник