Бионика: подсказано природой
Шрифт:
И сегодня можно наблюдать, как строит свои брачные сооружения птица, которую так и называют – шалашник. Каких только разновидностей этих построек не существует! Мало того, что шалашники кропотливо выкладывая веточку к веточке, создают гнезда-шалаши различных форм, они еще и украшают их раковинами улиток и расписывают соком ягод с помощью кисточки из мочалки. Как считают ученые, это необходимо самцам (а только они занимаются подобным строительством) для привлечения самок. У кого самый красивый и надежный шалаш, тот, скорее всего, хороший «хозяин», тому и быть главой будущего семейства.
Выкладывая разнообразными предметами площадку перед выстроенной «беседкой», шалашники оказали помощь… археологам и палеонтологам. Так, у одного шалаша ученые обнаружили свыше ста пятидесяти костей млекопитающих, раковины доисторических моллюсков и множество остатков материальной культуры древнего человека – даже каменные орудия труда!
Возможно, в глинистом обрыве у реки вам приходилось видеть небольшие пещерки – гнезда береговых ласточек. В лесу найти жилища птиц сложнее, – они обычно расположены в укромных местах. Но если набраться терпения и долго наблюдать за пернатыми, то можно найти и служащие им жилищами дупла, и висячие домики, и даже земляные норы.
Наш далекий предок был намного ближе к природе, и ему было нетрудно находить жилища птиц, например, когда он выслеживал их во время охоты или хотел полакомиться их яйцами. Подмечая особенности уже построенных гнезд и наблюдая за их отделкой, он наверняка запоминал инстинктивные «трудовые навыки» птиц и перенимал их, чтобы затем использовать для своих нужд.
Но учили его не только птицы…
В чем загадка паутины?
Гуляя в лесу или заходя в какое-нибудь заброшенное помещение, мы нередко натыкаемся на паутину. Ощущение этих липких нитей вызывает у нас желание как можно быстрее стряхнуть их с себя. Но ведь это – прекрасный строительный материал, которым порой даже птицы «цементируют» гнезда. А сама паутина – истинное произведение архитектурного искусства! Постарайтесь понаблюдать за растянутыми между кустами или в углах подвалов паутинами, а если повезет, за процессом их сооружения, когда паучок мастерски создает узор своей ловчей сети.
Очевидно, что паутина – это прежде всего средство, с помощью которого паук охотится. Поразительным образом природа заложила в него программу создания довольно сложных конструкций. Более того, для нитей, выполняющих разные функции, паук вырабатывает различные виды шелка. Одно дело – сердцевинное волокно ловчей спирали, другое – сигнальная нить, третье – нить для яйцевого кокона, четвертое – для обматывания добычи и так далее.
Многие паучьи «конструкции» буквально один к одному были использованы архитекторами при проектировании перекрытий большой площади. Возможно, вы видели похожее сооружение над огромным современным стадионом. Напоминает паутину и переплетение тросов подвесных мостов. Но дело еще и в другом.
Почему паутинки обладают столь большой эластичностью? Почему, заметно удлиняясь, нити не рвутся, а выдерживают давление ветра, натяжение от движения самого паука во время плетения сети или когда он бежит к запутавшемуся насекомому?
Оказывается, сухой шелк – основа нити – довольно жесткий материал, плохо поддающийся растяжению. Но в момент выделения шелковая нить обволакивается вязкой жидкостью, вырабатываемой пауком. Затем эта жидкость впитывает атмосферную влагу и собирается в мельчайшие капельки. Поверхностное натяжение капелек заставляет шелковое волокно скручиваться внутри них в «мотки». Растягивая нить, вы словно разматываете эти моточки, поэтому нить и может без провисания в несколько раз менять свою длину. Недаром в Индонезии из паутины до сих пор делают рыболовные лески.
Совсем недавно, в 2017 году, ученым удалось создать искусственную паутину, не уступающую по своим свойствам настоящей. Волокно из гидрогеля, состоящего из воды, оксида кремния и целлюлозы, вытягивали в тончайшие нити и давали подсохнуть. Эти нити выдерживали механическое напряжение в 100–150 мегапаскалей и были прочнее вискозы, искусственного шелка и некоторых сортов стали. А еще они могли растворяться в воде, подобно настоящей паутине.
Разработчики надеются использовать эти свойства в производстве суперпрочных тканей.
Подсказки жуков и водорослей
Порой человек умудряется очень быстро пройти путь, на который природа потратила миллионы лет. Особенно интересно сравнить результаты, когда инженеру или конструктору не приходило в голову с ней советоваться.
Взгляните на картинку, где показано, как эволюционировало искусство перекрытия сооружений, и как менялись с течением времени строение и форма жестких надкрылий жуков.
По рисункам в нижнем ряду (слева направо) заметно, что первоначально вдоль надкрылья располагались продолговатые трубочки. Затем они вытягивались, число их росло, потом уменьшалось, и сами они словно подрастали, превращаясь в то, что инженеры называют ребрами жесткости.
Еще позже эти ребра расширялись в верхних своих частях, которые в дальнейшем сливались. В итоге получилась так называемая рамная конструкция с вертикальными колонками-перемычками. Это довольно легкое и весьма прочное покрытие. Цель, которую «ставила» перед собой природа, была достигнута.
Если же проследить по рисункам в верхнем ряду за различными вариантами конструкций, создаваемых человеком, то, разумеется, полного совпадения не обнаружится. Путь, по которому шли конструкторы, изобиловал находками и неудачами. Но развитие техники привело, в конце концов, к тому же результату, которого достигла природа.
Не всегда, конечно, схожи пути развития конструкторской мысли человека и «инженерных» задумок природы. Однако, если ставятся одинаковые цели, решения удивительным образом копируют друг друга.
Когда человек выясняет, как ту или иную архитектурную проблему пыталась разрешить природа, он часто обращается к ней за советом. Интересен пример из практики одного отечественного изобретателя. Наблюдая за морским прибоем, он обнаружил, что голые камни на береговой линии испещрены ямками и царапинами, а валуны, покрытые водорослями или мхом, почти не разрушаются от ударов волн. Это привело его к изобретению защитного слоя, содержащего упругие стержни, волокна или пластинки для бетонных гидротехнических сооружений.
Не хотите ли пожить в улье?
Удивителен подарок природы – мед. Вкусный, душистый, сладкий, полезный… Но не менее удивительны и те, кто его производят. Много занимательного можно рассказать о пчелах, однако сейчас для нас наиболее важно их архитектурное мастерство.
Конечно, вы видели, а может быть, даже держали в руках соты – эти маленькие пчелиные домики. Строят их насекомые и для жилья, и для хранения меда, и для выведения потомства. А материал, из которого лепятся соты, пчелы изготавливают сами, выделяя вещество, которое после растирания челюстями и смачивания пчелиной слюной превращается в светлый и мягкий воск.