Інженери та винахідники постійно стикаються з технічними проблемами, прагнучи вдосконалити існуючі прилади та підвищити їх ефективність. Іноді ці завдання здаються нерозв’язними. Однак немає нічого нового під місяцем: природа, завдяки мільйонам років еволюції, вже знайшла елегантні та ефективні рішення для багатьох проблем. Нам залишається лише підглянути і перейняти цей безцінний досвід.
Цвіль і метро в Токіо
Наша цивілізація сильно залежить від транспортних мереж для перевезення людей, ресурсів і товарів. Але створити ефективну, економічно вигідну і надійну мережу не так просто. Вчені знайшли вихід, надихнувшись вивченням цвілевих культур, адже у живих істот є свої біологічні мережі, які доводилися до досконалості мільйонами років еволюції.
В університеті Хоккайдо провели цікавий експеримент: у чашці Петрі побудували макет міста з вівсяних пластівців і підселили туди цвіль, щоб подивитися, які мережі побудує організм. Цей слизовик росте сам по собі: без будь-якого плану випускає відростки, за допомогою яких добуває собі їжу. За допомогою світла вчені відтворили «ландшафт» — гори і річки. Світло обмежує розвиток цвілі в цих місцях, і так слизовик не намагається прокласти шлях там, де його не вийде відтворити в реальному місці.
В ході експерименту з’ясувалося, що цвіль відтворює вже існуючу транспортну мережу Токіо. Схему метро проектували люди довгий час, але в майбутньому, як тільки людство вирішить продовжити нові транспортні шляхи в новому місті, за допомогою такого експерименту вийде заощадити час і людську працю. Тепер достатньо буде просто вибудувати в чашці Петрі ландшафт цього місця і цвіль сама покаже, в яких районах потрібно більше ліній і поїздів, щоб уникнути заторів і скупчень, а де достатньо однієї-двох ліній. І ось готовий ефективний план майбутнього будівництва. Так експеримент з цвіллю впливає на інженерію майбутнього.
Кінцівки тварин і протиударні опори мостів
Багато мостів роблять з бетону, а цей матеріал недостатньо гнучкий. Через це в місцевостях, де траплялися землетруси, мости руйнуються. Ось вчені і вирішили зайнятися пошуком вирішення цієї проблеми. На геніальну ідею їх наштовхнули кінцівки тварин. Рухливість лап забезпечується наявністю суглоба: місця, де зустрічаються дві кістки.
Тепер вчені розробляють гібридні мости, опорами для яких служать колони зі з’єднаннями і сегментами. Перед заливкою бетону туди додаються подовжені сталеві троси. Колона з’єднана з рештою конструкції за допомогою рухомих з’єднань. У разі катастрофи ці з’єднання поглинають частину енергії, а сегменти ковзають один по одному, а не ламаються. Мосту, можливо, все ж знадобиться ремонт, але його проведення буде набагато менш трудомістким.
Плавники китів і лопаті вітряних турбін
Китові — одні з найбільших істот на Землі, але незважаючи на значні розміри, вони дивно граціозні у воді. А все завдяки плавникам зі спеціальними горбками.
Один вчений, який працював над створенням вітряних турбін, побачив у сувенірній крамниці фігурку кита. Розглянув її і обурився: адже художник зобразив ці горбки на неправильній стороні ластів. Ну або вчений просто переплутав, адже те, що він побачив на фігурці, суперечило його уявленням про те, як повинні бути влаштовані ласти кита.
У дослідника розгорівся азарт: звідки у китових ласт такі чудові гідродинамічні властивості при «неправильно» розташованих наростах? Було проведено безліч експериментів, підсумком яких став винахід турбін із зазубринами на лопатях. Нові турбіни працюють набагато тихіше і ефективніше. А все почалося з розглядання фігурки кита в магазині.
Мідії та нетоксичний клей для підводних робіт
Один вчений під час підводного плавання звернув увагу на мідій, які примудряються приклеїтися до поверхні, незважаючи на швидку течію. Ось він і вирішив з’ясувати, як їм це вдається. Разом зі своєю командою він розробив новий клей, головними характеристиками якого є нешкідливість і підвищена міцність з’єднання — аж на 300% вище, ніж у інших видів клею для підводних робіт.
А з’єднувати він здатний цілу низку матеріалів — дерево, сталь, алюміній, епоксидну смолу і багато інших. Так що застосування у нього може бути найширшим. Особливо важливо те, що за допомогою цього клею вийде ефективніше відновлювати коралові рифи, які зараз опинилися під загрозою.
Шкіра змії і підошви взуття
Деякі моделі взуття нестійкі на слизьких покриттях, відполірованому камені або тротуарі з кригою. А це загрожує падінням і серйозними травмами. Але і тут теж природа змогла надихнути на зміни. Дослідники створили спеціальну металеву накладку на підошву взуття. Головна особливість цієї накладки — рельєф, що імітує шкіру змії. Так, під час руху стопи накладка то стає ідеально гладкою, то випускає «шипи», що забезпечують краще зчеплення з підлогою.
Блакитний рибалочка і швидкісний поїзд
У 1989 році швидкісні поїзди могли розвивати дійсно вражаючу для тих часів швидкість — 270 км/год. Але при всіх своїх плюсах поїзди мали досить серйозний недолік: під час руху в тунелях вони сильно підвищували тиск повітря, що призводило до страшного гуркоту на виїзді. А це часто було в житлових районах. І вирішувати цю проблему якось потрібно було.
Пощастило, що головний конструктор поїзда був пристрасним орнітологом. І якось він звернув увагу на блакитного рибалочку, який міг різко пірнути у воду, не зробивши ні найменшого сплеску. Інженери вирішили переробити передню частину поїзда відповідно до форми дзьоба рибалочки, також надихнувшись совами і пінгвінами. Так поїзди стали тихішими і почали споживати на 15% менше енергії під час руху.
Павутина і безпечне для птахів скло
Птахам досить небезпечно жити в місті — вони можуть випадково врізатися у вікна. Щоб цього більше не відбувалося, вчені вивчили павука-колопряда і його павутину. Справа в тому, що в ході еволюції ці павуки навчилися добре захищати свою павутину від птахів, виробляючи особливий вид шовку, який відбиває УФ-промені. Так птахи добре бачать, що перед ними перешкода і облітають павутину.
Ось дослідники і вирішили відтворити подібні нитки при виготовленні скла, безпечного для птахів. Для людей скло виглядає прозорим, а ось птахи бачать імітацію павутини. Дослідження показали ефективність цього винаходу: птахи дійсно розпізнавали таке скло.
Очі метелика і поліпшена камера для вивчення космосу
Всесвіт приховує великі таємниці, але ми мало що можемо побачити крізь хмари і скупчення газу, розсіяні по всьому космосу. Тому вчені і занепокоїлися створенням інструменту, що вловлює поляризоване світло. У пошуках рішення вони звернули свій науковий інтерес на нічних метеликів, а саме на їхні очі. Завдяки крихітним конічним виступам світло направляється безпосередньо до ока метелика, а не відбивається.
Таку ж технологію застосували при створенні широкосмугової бортової камери високої роздільної здатності. Цією камерою вже оснащена стратосферна обсерваторія. З цим обладнанням вчені можуть не тільки вивчати ранні стадії формування зірок і планет, а й досліджувати магнітні поля навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики.
