Идея бионики летать
Изучая естественные принципы и модели природы и применяя их к инженерным задачам, бионика позволяет разрабатывать инновационные решения, которые являются более эффективными, устойчивыми и зачастую более элегантными. В этой статье мы рассмотрим пять вдохновляющих примеров применения бионики в технике и увидим, как природа движет технологиями.
Застежка-липучка - пример функциональной мимикрии
Ярким примером применения бионики в технике является застежка-липучка. Она была разработана швейцарским инженером Жоржем де Местралем (1907-1990 гг.) после того, как он заметил, что липучка постоянно застревает в шерсти собак во время прогулок. Любопытство привело его к тому, что он стал рассматривать плоды этих растений под микроскопом и обнаружил крошечные эластичные крючки. Де Местраль понял, что эти крючки могут использоваться для создания обратимого соединения между двумя компонентами, и изобрел текстильную застежку-крючок. Тем самым он создал один из самых известных и успешных продуктов бионики. Сегодня инженеры компании "Бионика" работают над созданием второго поколения застежек-липучек, которые менее подвержены загрязнению и не издают характерного "дребезжащего" звука при открывании. Застежки-липучки используются в широком спектре изделий, включая обувь, одежду, рюкзаки и сумки.
Эффект лотоса - самоочищение за счет микроскопических структур
Эффект лотоса - еще один впечатляющий пример бионики. Поверхность многих растений зачастую не совсем ровная и гладкая, а покрыта мелкими восковыми наростами, состоящими из кристаллов воска. Капельки воды и частички грязи опираются только на кончики этих восковых кристаллов, а силы сцепления между ними и поверхностью растений очень малы. Поэтому листья цветка лотоса остаются чистыми и водоотталкивающими. Эффект лотоса является моделью, например, для окон, красок, черепицы и поверхностей самолетов.
Полет птиц - вдохновение для авиации
Пионеры истории авиации также интенсивно изучали полет птиц. Показателен пример братьев Отто Лилиенталя (1848-1896 гг.) и Густава Лилиенталя (1849-1933 гг.), которых при создании летательных аппаратов вдохновили крылья аистов. Их наблюдения показали, что крылья аиста имеют определенную кривизну, которую они считали основополагающей для полета. Отто Лилиенталь пошел еще дальше, поняв из своих наблюдений за птицами, что в технических летательных аппаратах крайне важно разделить подъемную силу и движущую силу. В отличие от птиц, у которых крылья служат и для подъема, и для приведения в движение, в самолетах турбины или пропеллеры приводятся в движение, а крылья создают подъемную силу. Этот фундаментальный принцип лег в основу современной авиации и оказал большое влияние на развитие летательных аппаратов.
Термитный курган - архитектурный шедевр природы
Термиты ловко используют принцип вентиляции для поддержания равномерной температуры в норах, поскольку в сезон дождей в их термитниках создается своеобразная система турбулентности. В ней сетчатая структура туннелей разного диаметра обеспечивает приток свежего воздуха вглубь кургана даже при слабом ветре. Влага не скапливается в стенках туннелей, что может привести к образованию плесени. Кроме того, эта система отфильтровывает из воздуха пыльцу. Исследователи пытаются воспроизвести эту структуру для строительства стен зданий.
Клеевые пленки, смоделированные на гекконе
Геккон может бегать по гладким стенам, не падая. Эта способность основана на двух силах: силе Ван-дер-Ваальса (также называемой межмолекулярной силой), которая связана с взаимодействием между атомами и молекулами. Вторая сила - это капиллярная сила, которая действует между гидрофильными материалами во влажной среде. Миллионы волосков геккона имеют массу десять Ньютонов на квадратный сантиметр. Таким образом, штамп, снабженный волосками геккона, должен быть достаточным для поддержки кирпича. Группа исследователей из Кильского университета разработала высокотехнологичную фольгу, в основу которой положены механизмы сцепления лапок геккона и жука. Количество возможных применений огромно, поскольку пленка прилипает ко всем плоским и гладким поверхностям, таким как стекло, окрашенный металл, мрамор, керамика и пластик.
Заключение
Бионика в технике - это вдохновляющая дисциплина, которая использует естественные принципы и модели из природы для создания инновационных решений. От липучки до эффекта лотоса, от полета птиц до термитников - эти приложения демонстрируют, как природа стимулирует инженерные достижения и приводит к более эффективным, устойчивым и эстетически привлекательным решениям. Бионика обладает неисчерпаемым потенциалом, позволяющим расширить границы инженерной мысли и поднять технологии на более высокий уровень.
