(Разные разности. «ХиЖ» 2023 №12)
Что вдохновляет ученых, инженеров и материаловедов на создание новых материалов и устройств? Конечно, природа. У нее запасено столько удивительных технологических решений, что только успевай разгадывать эти секреты и использовать на благо человека.
Возьмем, к примеру, растения. Более тысячи их видов — это хищники, и самый злой из них — венерина мухоловка. У нее есть яркая открытая пасть, которая образована из краевых частей листьев. В эту яркую и привлекательную ловушку заползают беспечные насекомые и оказываются в лапах хищника. Точнее — в его пасти.
Как вы думаете, кто первым доказал, что и в растительном мире существуют хищники? Да, это был Чарльз Дарвин. В 1875 году Чарльз Дарвин опубликовал монографию о плотоядных растениях, в которой описал свои опыты. Он нашел круглолистную росянку, которая часто встречается в Великобритании, и стал кормить ее всякой плотоядной пищей — яичным белком и крошками сыра. Растение было довольно и прекрасно себя чувствовало. Это исследование тогда буквально потрясло научное сообщество.
В природе плотоядные растения питаются насекомыми, пауками, мелкими беспозвоночными. А некоторые крупные ловушки в виде кувшинов могут и мышь слопать. Чтобы ловушка венериной мухоловки захлопнулась, необходимо механически воздействовать, например наступить как минимум на два чувствительных волоска на листе ловушки с интервалом не более 20 секунд. Природа придумала эту хитрость специально, чтобы защитить росянку от случайного захлопывания, когда в ловушку попали капли дождя или ветром занесло какие-нибудь соринки.
У венериной мухоловки нет центральной нервной системы. У нее есть механическая память, которой достаточно, чтобы намертво ухватить добычу и не остаться голодной. Чтобы не упустить добычу и быть быстрее любой мухи, ловушка срабатывает молниеносно — в течение одной десятой доли секунды. Эта фантастическая скорость впечатляет не только биологов, но и материаловедов.
Если вы занимаетесь разработкой мягких роботов, которые должны уметь хватать что-либо, чтобы адаптировать к окружающей среде, то венерина мухоловка — это идеальный образец для подражания. Вот немецкие ученые и создали искусственную версию венериной мухоловки. И она превзошла биологическую модель, потому что захлопывалась всего за 30 миллисекунд, то есть в три раза быстрее.
Пока ученые и инженеры придумывали, как будет срабатывать искусственная ловушка, они испробовали все возможные приводы — пневматический, гидравлический, магнитный и даже сплав с памятью формы. Оказалось, что быстрее всего ловушка защелкивается с помощью пневматического привода.
Более того, исследователи сконструировали такие захваты, которые сами регулируют степень нажатия в зависимости от того, какой объект они хватают.
Такие захваты делают из мягких эластомеров, которые прорезаны тонкими каналами. Они заполнены жидкими металлическими сплавами, жидким припоем. Объект, который надо схватить, распознают специальные, электрически активируемые сенсорные волоски на руке робота. Эти сенсоры и подсказывают роботу, с каким усилием надо хватать объект, чтобы он не выскользнул или не сломался (Bild der Wissenschaft).
Где найдут применение искусственные захваты а-ля венерина мухоловка? Да много где. Такими цепкими лапками, способными хвататься за что угодно, исследователи намерены снабдить ползающих роботов в форме гусениц. Они нужны, чтобы, например, обслуживать и чистить трубопроводы там, куда человеку не пролезть.
Но есть работа и помасштабнее. На космических орбитах, которые необходимо освобождать от космического мусора. Среди разрабатываемых технологий есть контактные, когда роботизированный зонд захватывает на орбите куски металла.
И вот тут очень важно, чтобы зонд не выронил тяжелый кусок мусора из своих лап, а вцепился в него намертво. Так что искусственным захватам, действующим по аналогии с венериной мухоловкой, работа, несомненно, найдется.
Вообще, сегодня много разговоров вокруг умных материалах. И порой кажется, что разговорами все дело и ограничивается. Но это не так. Умные материалы появляются, но не так быстро и не так часто. Просто потому, что их создание требует широких междисциплинарных исследований. Тем не менее решения в этой области появляются регулярно.
Однако если присмотреться, то выяснится, что большинство человеческих изобретений уже запатентовано природой. А сколько еще оригинальных патентов природы не расколоты учеными и инженерами?! Возьмем, к примеру, кузнечика. Мелочь пузатая, а прыгает на высоту пять метров. Как он это делает? Поразительно. А ведь может и нам пригодиться для чего-то важного, если подумать.
Л.Н. Стрельникова
Остальные статьи из этой рубрики вы можете найти в подборке «Разные разности».
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал.
– Редакция «Химии и жизни»
