Термин «биомиметика» появился совсем недавно. Он образован от двух греческих слов — «биос», что значит «жизнь», и «мимесис» — «подражание». Биомиметика — это метод, основанный на изучении природы и поиска в ней идей для технических инноваций. На самом-то деле этот подход не нов, люди пользуются им издревле. Эскимосы, например, при постройке иглу учились у полярных медведей, которые роют берлоги в снегу.
Тем не менее, Леонардо да Винчи, знаменитый художник и изобретатель эпохи Возрождения, был первым, кто обратился к систематическим наблюдениям за природой в поисках идей для своих машин будущего. «Учитесь у природы, именно там наше будущее», — советовал он своим ученикам. Чтобы создать модель махолёта-орнитоптера — летательного аппарата с крыльями как у птицы, которые приводились бы в движение мускульной силой человека, — Леонардо изучал технику полёта птиц, форму их крыльев и расположение перьев. Четыре века спустя, в 1890 году, французский инженер Клеман Адер, усвоивший урок Леонардо, построил летательный аппарат «Авион» с мотором и винтом, устройством крыльев похожий на летучую мышь. А в 1903 году, после долгих наблюдений за полётом стервятников, братьям Райт удалось сконструировать первый самолёт.
В мире существует огромное количество видов живых существ, что открывает для исследователя множество возможностей: он может воссоздавать форму, «материал» или систему организации. Проще всего воспроизвести форму. Например, ласты и моноласта для плавания были изобретены в 1930х годах морским офицером Луи Корлье. Образцом для него послужили хвостовые плавники дельфина — для раздельных ласт, и морской свиньи — для моноласты.
Воссоздать живые ткани (такие как раковина или крылья бабочки) намного сложнее, ведь чаще всего это требует работы с мельчайшими частицами в масштабе нескольких нанометров (одна миллионная миллиметра). А вот природа превосходно с этим справляется! И наконец, воспроизвести некую систему, то есть способ сосуществования видов в среде, — это самая трудная задача. Она требует совершенно иного подхода — не разрушать, не загрязнять, ничего не выбрасывать и не растрачивать попусту. К решению этой задачи мы только приступаем.
Когда в 1997 году американский биолог Джанин Бениус опубликовала книгу о биомиметике (бионике), она даже представить не могла, что создаёт новый метод научных исследований. Джанин считала, что люди должны не разрушать природу, используя её как источник сырья (дерево, руда, нефть…), но подражать ей, чтобы решить такие проблемы, как загрязнение окружающей среды и глобальное потепление, и создавать продукты, предназначенные для длительного использования. Что нужно использовать как можно меньше энергетических ресурсов и производить как можно меньше токсичных отходов... как это и делает природа.
В исследовательской группе биомиметиков могут работать вместе инженеры, биологи, дизайнеры, архитекторы и медики. Они действуют как одна команда и работают в таких областях, как строительство, транспорт, энергетика, материаловедение, робототехника и косметические технологии. Для специалиста-биомиметика даже простая прогулка по лесу может обернуться чередой научных открытий. Там, где мы восхищаемся ловкостью паука или потрясающей организованностью муравьёв, биомиметик увидит технологии, которые пригодятся в разработке космического робота, или способ усовершенствовать поиск информации в интернете. Быть биомиметиком значит смотреть на флору и фауну не так, как другие. Придётся опуститься на колени, чтобы рассмотреть насекомое вблизи, забраться на вершину дерева, чтобы понять, что лес — это модель мира, в котором растения и животные сообща поддерживают баланс экосистемы.
Подражание природе требует детального знания биологии — необходимо хорошо разбираться в видах животных и растений, в их особенностях и способах организации жизни, — а ещё инженерных талантов. Недостаточно просто выделить интересующую нас способность, её нужно воспроизвести в лабораторных условиях. Легко наблюдать за полётом птиц, но как же трудно было построить действующий летательный аппарат!
Придумано природой - воспроизведено человеком
БУМАГА
Задолго до того, как китайцы изобрели бумагу, осы строили свои гнёзда из целлюлозы, отщипывая челюстями древесные волокна и смешивая их со слюной. Наблюдая за этим удивительным методом строительства, французский учёный Рене Антуан Реомюр в XVIII веке изобрёл новый вид бумаги — картон.
СВЕРХПРОЧНАЯ НИТЬ
В пять раз крепче стали, в два раза тоньше нейлона, способная растягиваться почти в пять раз и не рваться, паутина — потрясающий материал. Некоторые виды пауков производят до 6 типов нитей разной степени прочности и клейкости: чтобы охотиться, плести сеть, передвигаться и откладывать яйца... Только в 2017 году команде шведских учёных удалось воссоздать паутину и сконструировать для неё прядильную машину. Продолжение следует!
ЗАСТЁЖКА-ЛИПУЧКА
Как и все растения,, репейник стремится распространить свои семена повсюду. Они снабжены крошечными крючками, которые цепляются за всё подряд. Где-то в другом месте они отцепятся, приживутся и смогут прорасти. В 1952 году уроженец Швейцарии инженер Жорж де Местраль опробовал этот способ для соединения двух материалов — куска бархата и полоски с крючками. А подсказал такую мысль де Местралю репей, приставший к шерсти его пса во время прогулки. Инженер назвал свое изобретение застёжкой «велькро» (velcro) — это аббревиатура из двух французских слов: velours («бархат») и crochets («крючки»).
РАДАР
Каким достижением инженерной мысли стало изобретении радара накануне Второй мировой войны! Однако, как это ни удивительно, летучие мыши давным-давно научились использовать ту же самую технологию! Они пользуются эхолокацией: издают очень резкие звуки, а потом анализируют эхо. Их «радарам» удается засечь всё, даже тончайшую паутину на расстоянии в десять метров!
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Моллюски — кальмары, осьминоги, каракатицы и медузы — могут передвигаться очень быстро. Для этого мышечным сокращением они выбрасывают струю воды в направлении, обратном движению, тем самым вызывая реактивную силу, толкающую вперед. Иными словами, природному реактивному двигателю, в отличие от того, который используют в авиалайнерах и ракетах, без малого полмиллиарда лет!
Кроме того, всё чаще и чаще и архитекторы черпают вдохновение из природных форм — не только из-за их красоты, но и из-за пользы — эти формы позволяют экономить энергию.
ПРОЧНАЯ, КАК КОСТЬ!
А вы знаете, что идея конструкции Эйфелевой башни авторам проекта пришла после изучения структуры бедренной кости? Инженеры заметили, что эта длинная кость является одной из самых прочных и в то же время самых лёгких в теле человека. Структура бедренной кости сделала возможным установку огромной металлической конструкции на четырёх легких опорах — так на свет появилась знаменитая достопримечательность Парижа.
НЕБОСКРЁБ СО ДНА МОРСКОГО
В Лондоне это здание называют «Огурец». Но на самом деле этот небоскрёб в Сити был вдохновлён тропической морской губкой Euplectella aspergillum, также называемой «корзинкой Венеры». Стеклистый кремниевый скелет губки со- стоит из переплетённых трубок, которые составляют прочную сетчатую решётку. Это плетение выдерживает сильные течения, а ещё процеживает воду и задерживает пищу. Архитектор небоскрёба спроектировал «Огурец» по той же модели. Округлая форма здания и спиралевидная структура с полостями-альвеолами позволяет свету легко проникать в здание и повышает сопротивляемость ветру. Благодаря этому внутренние помещения не нуждаются в дополнительном искусственном освещении; кроме того, их легко проветрить, просто открыв окна, — а значит, нет необходимости в кондиционерах. В этом здании потребление электричества вдвое меньше, чем в других небоскрёбах.
ДОМ-ШИШКА
Сосновая шишка очень чувствительна к погоде: в сухую солнечную погоду она раскрывается, а во влажную закрывается, чтобы защитить семена. Именно этот принцип заинтересовал группу французских архитекторов и биологов. Вместе они спроектировали павильон в Орлеане, фасад которого состоит из 28 чешуек из ценных пород дерева. Эти чешуйки раскрываются и смыкаются в зависимости от влажности воздуха: до 30% в солнечный день и до 90% — в пасмурный. Фасад реагирует на погоду как шишка, совершенно автономно и без каких-либо датчиков, моторчиков или электрического управления.
Понравились факты и теперь вы хотите узнать о биомиметике больше, тогда вам точно пригодится новая книга «Придумано природой: биомиметика» от Карины Луар и издательства «Пешком в историю».
Её авторы рассказывают нам о самых разных изобретениях, на которые людей вдохновила природа. Гениально и натурально на 100%. Здесь нас ждут самолёты в акульей шкуре, поезда с клювами зимородков, дома, башни и небоскрёбы, созданные благодаря принципам жизни самых разных живых существ.
Купить эту и другие интересные книги можно здесь.
Текст и фото: Анна Федулова
Отрывок из книги: «Придумано природой: биомиметика», Карина Луар