- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

Технологии из природы

Технологии из природы - 1

Мы — дети техногенной цивилизации. На протяжении всей своей истории человечество старается «обуздать» природу, стать «хозяином», безоглядно извлечь ресурсы, считая себя чем-то отдельным от экосистемы планеты. Однако банальная истина «мы — часть природы» не перестаёт от этого быть истиной. И время от времени это проявляется в том, что мы заимствуем у природы те или иные идеи, не сумев успешней решить какую-то задачу. Зачастую даже неплохо получается.

Эволюция живых существ длится на Земле около 3,8 млрд лет. Бесчисленное количество видов появлялось и исчезало, возникали новые органы, механизмы адаптации, поведенческие шаблоны. Всё это оттачивалось на протяжении огромного, по человеческим мерками, временного периода. И современный живой мир просто переполнен идеями, решениями, алгоритмами и технологиями, которые только и ждут, чтобы их заметили и применили в подходящих случаях.

Самый известный пример заимствования идеи из природы — самолёт. Конфигурация, ставшая основой для подавляющего числа летательных аппаратов, которые тяжелее воздуха, копирует птиц: крылья, фюзеляж (тело), хвостовое оперение для стабилизации в полёте. Профиль крыла, обеспечивающий подъёмную силу, также взят у птиц.

Технологии из природы - 2

Другой пример «природной» технологии ежедневно используется сотнями миллионов людей по всему миру. «Липучка», она же велкро (Velcro, комбинация слов velvet [1] и crochet [2] (фр.)) — вид застёжки, разработанный в 1948 году швейцарцем Георгом де Местралем (George de Mestral). Легенда гласит, что идея «липучки» пришла Георгу в голову после очередной прогулки с собакой, когда ему пришлось очищать одежду и шерсть питомца от репьев.

Технологии из природы - 3

Изучив растение под микроскопом, Георг обнаружил маленькие крючки на концах узеньких листочков. Дальше начались эксперименты с разными материалами, что привело к созданию современной версии «липучки» из нейлона и полиэстера.

Технологии из природы - 4

Недавние успехи в создании супергидрофобных покрытий во многом тоже стали возможны благодаря природному дизайну.

Технологии из природы - 5

Суть заключается в том, что поверхность материала покрыта мириадами нановолосков/трубочек определённой формы, создающих своеобразную воздушную прослойку между самим материалом и попадающей на него жидкостью. В результате смачивания поверхности не происходит. Если угол между поверхностью и стенкой капли превышает 90 градусов, то такое покрытие считается гидрофобным, и при определённых условиях его всё же можно намочить. Если же угол превышает 150 градусов, то это уже супергидрофобное покрытие, которое никогда не намокает.

Технологии из природы - 6

Технологии из природы - 7

Куда менее известен другой пример заимствования природной технологии — создание искусственного листа [3]. Исследователю Дэниелу Носера (Daniel Nocera) удалось создать относительно дешёвую конструкцию электрической батареи, действующей по принципу листа дерева.

Технологии из природы - 8

Устройство размером с игральную карту состоит из силиконовой подложки, управляющей электроники и катализаторов, сделанных из никеля и кобальта. Помещённый в сосуд с водой (около 3,5 л) и выставленный на солнце, такой искусственный лист начинает разлагать воду на водород и кислород. А они, в свою очередь, должны накапливаться в баллонах и питать топливные ячейки, дающие электричество. Четыре года назад прототип искусственного листа мог работать в течение 45 часов без снижения производительности и был примерно в 10 раз эффективнее листа настоящего, хлорофиллового. По мнению разработчика, один такой лист мог выработать достаточно водорода и кислорода для дневного снабжения электричеством среднестатистического американского загородного дома.

Технологии из природы - 9

Последние десять лет учёные уделяют немало внимания небольшой медлительной рептилии — геккону. Он способен передвигаться по совершенно гладким вертикальным поверхностям, например, стеклу. Лишь сравнительно недавно удалось выяснить, как он это делает: лапы геккона покрыты крошечными волосками, на концах которых находятся плоские лопатки-листочки. Они столь малы, что между ними и поверхностью возникают силы Ван-дер-Ваальса [4] — силы межатомного притяжения. Притяжение лопаток очень невелико, но они берут количеством. В результате геккону хватает «липкости», чтобы ползать по стеклу, как муха. С момента открытия этого эффекта многие исследовательские группы по всему миру пытаются создать достаточно эффективные искусственные аналоги. Есть уже несколько довольно глубоко проработанных изобретений, например, Geckskin [5]. Это гибкая лента, которую можно «приклеить» к любой достаточно гладкой поверхности, выдерживающая приличную нагрузку. Естественно, никакой клей, на самом деле, не используется.

Птицы вдохновили людей не только на полёты. Флоридский институт исследования людей и машин (Florida institute for human & machine cognition, IHMC [6]) совместно с Массачусетским технологическим и ДАРПА разрабатывают очень быстро бегающего робота. Источником вдохновения для исследователей стал страус. И им уже удалось добиться впечатляющих результатов:

Технологии из природы - 10

Современная робототехника вообще испытывает большое влияние со стороны природных решений. Например, при создании сверхмалых летающих дронов/роботов — микро-БЛА — разработчики сплошь и рядом обращаются к теме орнитологии и энтомологии. Это совершенно логично: никто лучше насекомых не освоил приземное воздушное пространство, а в более крупном масштабе безраздельно властвуют птицы.

Перечислять можно очень долго. Мы заимствуем формы, устройство, принципы взаимодействия, поведенческие схемы и многое другое. Но почему-то по-прежнему считаем себя хозяевами природы. Пора признать, что это далеко не так, природа просто терпелива и снисходительна к нам. Возможно, переход от заимствования идей к дружественным биосфере технологиям позволит сохранить хотя бы часть нашей привычной среды обитания. Например, внедрение по-настоящему биоразлагаемой упаковки – одно это уже внесёт огромный вклад в светлое будущее человечества.

Технологии из природы - 11

Автор: yeah_boss

Источник [7]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/tehnologii/92650

Ссылки в тексте:

[1] velvet: http://www.multitran.ru/c/m.exe?l1=4&l2=2&s=velvet

[2] crochet: http://www.multitran.ru/c/m.exe?l1=4&l2=2&s=crochet+

[3] искусственного листа: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-03/acs-dot031811.php

[4] силы Ван-дер-Ваальса: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%E8%EB%FB_%C2%E0%ED-%E4%E5%F0-%C2%E0%E0%EB%FC%F1%E0

[5] Geckskin: https://geckskin.umass.edu/

[6] IHMC: http://www.ihmc.us/

[7] Источник: http://geektimes.ru/post/252388/