Что люди позаимствовали у животных
Биомиметика: 24 технологии, на создание которых вдохновила природа
Вертолет, похожий на стрекозу, поезд — на птицу, самолет — на дельфина и многое другое
Человек с незапамятных времен мечтал летать, как птица, плавать, как рыба, и бегать, как лошадь. Все его мечты в итоге сбылись с приходом XX века. И теперь в небе давно уже летают самолеты, под толщей воды бороздят океаны подводные лодки, а по дорогам ездят автомобили, под капотами которых заключены многие десятки лошадиных сил.
Очевидно, что в некоторых нюансах своих технических разработок человек черпал вдохновение от этой самой природы. Это можно увидеть либо в дизайне созданных инженерами технических средств, либо в технологии их работы. Особенно подход заимствования технологий у природы важен на современном этапе, когда это становится все более и более технически реализуемой задачей. Придуман и отдельный термин такому заимствованию — биомиметика.
В нашем топе мы приведем лишь два десятка интересных примеров этой самой биомиметики, но на самом деле заимствований «природных задумок» человеком насчитывается тысячи, и каждая из них по-своему облегчает нашу жизнь.
Биомиметика — это подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы.
1. Почему стрекоза похожа на вертолет
Когда вы впервые увидели стрекозу, маловероятно, что вы заметили, насколько она похожа на вертолет. А ведь присмотревшись к крыльям стрекоз, вернее к их работе в замедленной съемке, можно определить, что они функционируют аналогично лопастям винтокрылых машин — начиная от принципа работы до баланса, оба механизма работают идентично. Угадайте, кто первым придумал непростой баланс работы — природа или человек?
2. Скоростной поезд и птица: какое у них сходство
Пригодилось инженеру увлечение орнитологией…
3. Конкорд и дельфин с одинаковыми носами
Авиалайнер «Конкорд» совместного производства Великобритании и Франции, как и легендарный советский ТУ-144, сумевший превысить скорость звука, совершил свой первый полет в 1969 году.
В дизайне зарубежной машины была достаточно необычная носовая часть (у советского самолета она была еще более технологичной, но речь сейчас не об этом). Для «Конкорда» она была позаимствована у дельфинов… Поскольку это была действительно эффективная форма для уменьшения трения воздуха на поверхностях носовой кромки на сверхзвуковых скоростях.
Также вдохновленные дельфинами инженеры разместили двигатели сзади для улучшения маневренности и балансировки тяжелого самолета.
4. Лента на липучке и репейник
Однажды плод этого растения прицепился к одежде швейцарского инженера и изобретателя Жоржа де Местраля. Когда Местраль увидел, что снять липучку с ткани очень непросто, его осенило…
Разработав аналогичную липучку, Жорж изменил мир текстиля навсегда. А вы замечали, что липучка очень похожа на репейник? Даже колючки схожи.
5. Роботехнологии и пауки
Сегодня быстро развивающаяся робототехника в основном занимается изучением систем насекомых и адаптацией их к электронным системам. Уже сегодня технологии позволяют делать роботов размером с муравья и мухи. Роботы, которые могут летать, как мухи, залезать в мельчайшие щелки, как муравьи, ходить по потолку, как пауки, — это настоящее время!
Спецслужбы разных стран спят и видят, как эти бесшумные шпионы будут работать на них, добывая бесценную информацию.
6. Гидролокатор и дельфин
Благодаря особой анатомии дельфины способны излучать звуковые волны на частоте до 200 тысяч колебаний в секунду, изучая скорость, размеры и форму объектов на своем маршруте.
Система гидролокатора была изобретена на основе того же принципа.
7. Аэрокосмический самолет и сом
8. Бульб и форма морды дельфина
Современные судостроители по-разному пытались уменьшить сопротивление водной глади о борты и носы кораблей. Но, пробуя сделать нос выпуклым, обнаружили, что дельфины лучше расщепляют воду, и этот метод был применен к кораблям. Это также экономит значительное количество энергии, а значит, и топлива.
9. Радар и летучая мышь
Работа радаров основана на том же принципе.
10. Крылья первых самолетов и крылья стрекозы
У первых самолетов крылья были сделаны по принципу крыльев стрекоз. Упрочненная передняя кромка насекомых избавляет их крылья от вибраций и разрушения. Это был очень важный шаг в покорении неба.
11. Подводные лодки и головоногий моллюск Наутилус помпилиус
Когда головоногий моллюск погружается в воду, он заполняет полые камеры, находящиеся в его теле, водой. Когда он хочет всплыть на поверхность, он перекачивает в эти камеры специальный газ, который производится в его организме, вытесняя воду.
На подводных лодках используется аналогичный принцип всплытия без кренов и работы двигателей и рулей.
12. Мюнхенский Олимпийский стадион и крылья стрекозы
Стрекоза снова в главной роли. Несмотря на то что ее крылья толщиной всего 1 к 3 000 миллиметра, то есть очень тонкие, они отличаются поразительной прочностью.
Причина в том, что ее крылья состоят из тысячи небольших отсеков. Благодаря этим отсекам при полете не происходит разрывов и повреждений мембран. Крыша Олимпийского стадиона в Мюнхене была построена по тому же принципу.
13. Телескоп и пчелиные соты
Новый телескоп будет использовать зеркала в форме шестиугольника, чтобы лучше воспринимать свет от небесных тел. Эта форма обеспечивает максимально широкое поле зрения, высокое качество и прочную структуру. Структура была взята у пчел. Как соты, так и их глаза состоят из множества шестиугольников. Самый большой в мире телескоп, который будет построен в пустыне Атакама, Чили, в 2024 году, будет построен по тому же методу.
14. Ласты и плавники китов
По картинкам мы знаем, что киты обладают очень широким хвостом.
15. Снегоступы и кроличья лапа
16. Лотос и облицовочный материал
Доктор Боннского Университета Вильгельм Бартлотт в своих исследованиях заметил, что листья некоторых растений имеют очень шероховатую поверхность при рассматривании ее через микроскоп. Доктор Бартлотт обнаружил, что на листьях лотоса, к которым грязь не липнет, были крошечные пятна, похожие на миниатюрное ногтевое ложе. Когда пыль или грязь падает на лист, она не может удержаться на этих выпуклостях и легко слетает. Вернее, ее смывает вода. Таким образом, это растение имеет самоочищающийся лист.
17. Солнечные панели и подсолнечник
Три студента из Массачусетского технологического института провели исследование солнечных панелей. Цель эксперимента состояла в том, чтобы иметь возможность получить больше энергии при помощи этих панелей.
Дело в том, что у подсолнухов природой создана структура, идеально походящая для «ловли» солнечной энергии.
18. Реактивные самолеты и каракатицы
Реактивный двигатель первыми придумали морские жители каракатицы, а уже потом его принцип применили люди для полетов в воздушном пространстве.
19. Поверхности корпуса лодок позаимствованы у акул
Исследователи из Университета прикладных наук в Бремене, Германия, взяли образец поверхности кожи акул, поскольку такие естественные загрязнители в воде, как водоросли, мельчайшие мидии и другие представители флоры и фауны, которые легко прилипают к поверхностям судов, ускоряют ржавчину и увеличивают сопротивление воды, никак не влияют на акул.
Дело в том, что кожа акулы не гладкая, а покрыта мельчайшими чешуйками со сложной рифленой поверхностью, отдаленно напоминающими зубы.
Когда ученые разработали аналогично акульей силиконовую кожу, была решена и серьезная проблема в судостроительной промышленности.
20. Система автоматического управления Мерседеса и курицы
Для рекламы высокотехнологичной системы управления подвеской Intelligent Drive Magic Body Control Mercedes-Benz использовал куриц. Дело в том, что устойчивая при любых поворотах подвеска MB аналогична системе «стабилизации» головы курицы.
Рекламный ролик наглядно показывает, как это происходит:
21. В дизайне также часто прибегают к природным стандартам
Дизайн автомобиля Mercedes-Benz, вдохновленный диковинной рыбой.
22. Дизайн второго поколения Chevrolet Corvette C2 был вдохновлен акулой
23. Роботы и люди
Техника продолжает стремиться приблизиться к характеристикам гуманоидов во всех аспектах, и постепенно ей удается этого добиться.
24. Самолеты и птицы
Клин. Клином летают перелетные птицы, и каждую весну и осень мы можем наблюдать это величественное действо. Причина, по которым птицы летают V-образной формой, клином, заключается в том, что так стая экономит силы. Подобную технику полета люди позаимствовали для своих стальных «птиц», летающих в группе.
10 гениальных изобретений, которые люди подсмотрели у животных
Мы привыкли пользоваться «чудесами» науки и техники и часто упускаем из виду, что природа начала пользоваться некоторыми из них задолго до появления первого паровоза или компьютера. Новые изобретения часто удивляют и вдохновляют нас, но… насколько новые они на самом деле? Животные посчитают их устаревшими. Перед вами десять изобретений, создание которых вы наверняка приписывали людям. Но животные получили их первыми.
Не все изобретения человек придумал сам
Кто придумал закрылки
Благодаря птицам сейчас летают самолеты
Помните, когда смотришь из окна самолета сразу перед посадкой, на крыльях появляются небольшие флажки? Они не дают самолету сорваться по мере замедления.
У птиц есть собственная версия этой хитрой технологии в форме специально адаптированных перьев. Птичьи перья широко делятся на основные и второстепенные перья, при этом некоторые из них помогают в полете, а другие служат простым украшением.
Но у птичьего крыла есть часть, именуемая крылышком, или придаточным крылом (там, где мог бы быть «большой палец»). Птица управляет этими перьями, открывая небольшой слот, который помогает стабилизировать птицу и избежать падения при медленном взлете или посадке. Красота!
Что такое сонар
Подводным лодкам помогли киты
Корабли, подводные лодки и морские устройства часто оснащены гидролокатором для навигации, предотвращения препятствий и отслеживания целей под водой. В основе работы сонара лежит излучение звука с определенной частотой и распространение звуковых волн в окружающей среде.
Звуковые волны отскакивают от твердых объектов и возвращаются к сонару, который их излучает. Затем устройство сонара собирает информацию о форме, размере и расстоянии до объектов. Это особенно полезно для военных, но первыми сонары изобрели киты и дельфины. Точнее, за них это сделала природа и эволюция.
Эти удивительные животные могут находить различия между даже самыми маленькими предметами с расстояния 15 метров, используя навыки сонара. Им не нужно электронное устройство для трансляции своих частот по океану. Они эволюционировали, чтобы использовать свои собственные голоса и рецепторы в телах и находить путь по морю.
Считалось, что животные создают «звуковой ландшафт» в своем сознании на основе постоянной обратной связи, которая помогает им строить карту среды. Они также используют свой гидролокатор для поиска пищи и друзей.
Военный сонар настолько похож на китовый, что даже работает на тех же частотах: от 100 до 500 Гц. Некоторые люди предполагают, что это может быть причиной массовых переходов дельфинов и китов, потому что они принимают сигнал военных за свой.
Военно-морские силы настраивают свой сонар до 235 дБ, а киты обычно испускают сонарные сигналы в пределах 170 дБ. Возможно, громкие сигналы нарушили чувство направления морских созданий и сбили их с курса. И все же поразительно, как киты используют нечто настолько эффективное, что люди до сих пор не нашли этому замену.
Откуда появилась биолюминесценция
Страх смерти помог сделать невероятные открытия
Говоря о морских существах, наши подводные приятели использовали почти все, чтобы улучшить собственную выживаемость. Задолго до того, как люди изобрели свечи, светящиеся в темноте наклейки и ночные огни, рыбы на дне океана уже светились много веков.
Светлячки и даже некоторые виды грибов также используют биолюминесценцию в своих интересах. Все эти организмы эволюционировали, чтобы светиться в темноте по таким разным причинам, как привлечение партнеров, привлечение добычи, предупреждение хищников и общение с другими представителями вида.
Множество исследований, которые были проведены — и будут проведены, — посвящены внедрению биолюминесценции в биотехнологии с множеством практических применений в современном мире. Действующее химическое вещество — люциферин — имеет короткий срок службы в активном состоянии светового потока. Множество компаний пытается обойти эту проблему, так что в будущем, возможно, на основе биолюминесценции будут созданы уличные фонари и медицинские процедуры.
Биолюминесценция создается простой химической реакцией, которая включает люциферин, фермент и несколько других кофакторов, специфичных для отдельных существ и растений. Люди пока просто нюхают пыль — но учиться никогда не поздно!
Кто использует солнечную энергию
Заряжаться от самой большой звезды придумали не люди
Не так давно группа ученых изучала пятнистых саламандр и обнаружила, что эмбрионы этих ящеров содержат водоросли, которые живут внутри детенышей саламандры до их вылупления. Водоросли выживают, потребляя отходы, производимые эмбрионами детенышей саламандры. Взамен водоросли вырабатывают энергию и питание для развивающихся детей ящериц.
Эти ящерки, по сути, растут на фотосинтезе, том же процессе, что используют листья на деревьях для преобразования солнечного света в энергию. Также он похож на то, как фотогальванические элементы (солнечные панели) превращают солнечный свет в электричество.
Конечно, многие рептилии также используют тепло Солнца, являясь хладнокровными, чтобы поддерживать температуру и уровень энергии собственного тела. Похоже, эти чешуйчатые создания могли бы научить нас кое-чему о возобновляемой энергии.
Обнаружение ультрафиолетового света
Хамелеоны помогли сделать немало открытий
Люди постоянно подвергаются воздействию УФ-света, но не имеют природной возможности его видеть. Поэтому мы так легко получаем солнечные ожоги. Сегодня можно купить световые детекторы, которые «преобразуют» ультрафиолетовые волны в форму, которую вы уже сможете видеть.
Обычно мы не можем видеть ультрафиолетовый свет из-за количества белка в наших глазах. А как там у животных?
Структура глаза животного частично состоит из белков опсинов. Некоторые животные находят один-два типа опсинов в своих глазах, поэтому видят меньше цветов и типов световых волн, чем люди. У нас же есть три типа опсинов, позволяющих видеть широкий спектр цвета.
Однако некоторые животные, такие как хамелеон, имеют больше трех типов опсинов в глазах. Поэтому хамелеоны могут видеть ультрафиолетовые лучи света в дополнение к цветам, которые могут видеть люди. Хамелеон наверняка сможет разобрать больше деталей на растениях, объектах и других животных, чем мы.
При этом хамелеоны делают это при помощи невооруженного глаза, не прибегая к использованию устройств. Есть также много других рептилий, насекомых, птиц и водоплавающих созданий, которые также могут видеть ультрафиолетовый свет.
Как появилось сельское хозяйство
Выращивать растения очевидно? Не совсем
Сельское хозяйство, взращивание различных культур, может показаться не самым технологически развитым процессом. Однако по меркам человеческой истории это все же относительно новый процесс. Достаточно вспомнить, каким был уровень массового производства и объемы запасов пищи 50 лет назад, чтобы поменять свое мнение.
И все же муравьи занимаются выращиванием культур гораздо дольше, чем 50 лет. Они любят питаться липкими, сахаристыми выделениями, которые выделяет тля после поедания растений.
Поэтому муравьи прикладывают большие усилия для обеспечения муравьиной колонии этой «пасекой», не позволяя тле перемещаться слишком далеко от колонии. Муравьи откусывают тле крылья и выделают химические вещества, замедляющие рост этих крыльев. Подло!
И если этого недостаточно, не так давно муравьи научились окружать группы тли муравьиными химическими следами, которые обычно используются для обозначения территории колонии. Эти следы, по всей видимости, замедляют тлю и не дают ей убраться со своего места, что обеспечивает муравьям надежный доступ к их любимому сладкому источнику пищи.
Так же, как и фермерские животные, которых содержат люди, тля тоже извлекает свою выгоду. Химические следы отпугивают хищников — таких как божьи коровки — поедающих тлю. Порабощенная тля по крайней мере защищена от этих больших, страшных, пятнистых жуков, благодаря муравьям.
Как придумали звукоизоляцию
Благодаря совам вы не слышите соседей
Если вы когда-нибудь проводили время в звукоизолированной комнате, вам наверняка была приятна тишина в ней. Комбинация изоляционных слоев, абсорбирующих материалов и тому подобного создает атмосферу, в которой практически не слышен посторонний звук.
Много лет совы использовали эти качества по менее мирным причинам. Чтобы подлетать и хватать свою ничего не подозревающую добычу со смертельной точностью, совы должны быть полностью безмолвными, потому что грызуны, которыми они питаются, имеют невероятно чувствительный слух.
Например, перья обыкновенной сипухи настолько мягкие и мелкие, что позволяют ей охотиться в мокрую погоду, поскольку становятся пропитанными водой и холодными. Это идеально звукоизолирует тело совы, которая в темноте настигает небольшое млекопитающее и хватает его острыми когтями. Единственным звуком будет писк жертвы.
Достичь этого позволяет конструкция перьев. Крошечные деления и волокна отделяют поток воздуха от крыльев. Это предотвращает любые грубые звуки, вызванные сопротивлением воздуха, например, при хлопании крыльев.
С чего началось клонирование
Некоторые существа способны делать копии самих себя
Когда ученые клонировали овечку Долли, стало понятно, что этот новый и странный процесс надолго останется с людьми. Но так ли он нов? Давайте спросим морскую звезду.
Морская звезда воспроизводилась бесполым путем без особого труда, еще когда никто не слышал о клонировании. Более того, морская звезда, которая клонирует себя, живет дольше и здоровее, чем морская звезда, которая воспроизводится половым путем.
Очевидно, клонирование хорошо подходит для этих существ. Кроме того, если морская звезда оторвет себе конечности или вообще разорвется пополам, существо просто отрастит конечность и регенерирует при необходимости. Некоторые виды даже умеют производить новое тело из части отрезанной конечности.
Морская звезда, очевидно, является экспертом в области клонирования. Возможно, нам стоит к ним присмотреться повнимательнее?
Кто изобрёл GPS
Птицы изобрели навигационную систему?
Миграция птиц остается большой загадкой для ученых. Есть много возможных объяснений тому, как птицы понимают, куда летят — положение Солнца, звездная карта, обоняние, магнитное поле Земли, запоминание отметок при предыдущем путешествии…
Но ни одно из них не объясняет целиком и полностью, как птицам удается так успешно и регулярно добираться до удаленных пунктов назначения, иногда в самых суровых условиях и при полном незнании маршрутов. Есть мнение, что они используют технологию GPS — которая намного превосходит человеческие возможности, — встроенную в маленький птичий мозг.
Теория магнитного поля представляется наиболее вероятной, поскольку лисицы показали, что тоже хорошо ориентируются в магнитном поле Земли во время охоты. Если другие животные разбираются в магнитных полях, то и птицы, стоит полагать, могут. Такой себе встроенный компас.
Почему выдвижные лезвия?
Ведь это так очевидно!
Обычная домашняя кошка поражает своей универсальностью. Она может выпустить или спрятать когти при необходимости, оставить их острыми или мягкими, чтобы не ранить саму себя при умывании. Когти можно вернуть назад в их мягкие подушечки, чтобы ударить хозяина или котенка и не навредить ему.
Не этим ли вдохновлялись люди, создавая перочинные ножи?
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Пожалуй, читатели нашего сайта лучше других знают, насколько много животных существует на нашей планете. Ранее мы уже успели изучить многих интересных создан…
Сегодня многие виды животных находятся на грани полного исчезновения. Причин этому множество, начиная от последствий глобального потепления и заканчивая деят…
Слоны считаются самыми крупными наземными животными на Земле, высота которых достигает 3 метров, а масса тела — 6 тонн. На протяжении истории нашей планеты с…