Біоніка, або як непросто навчатися в природи

Бо в постійній боротьбі виживає лише той, кому притаманні певні особливо корисні властивості, яких не мають конкуренти. Кожен витвір живої природи може ховати в собі таємницю дуже важливу для науково-технічного поступу,” –

переконана Антонія Кесель, професорка поки що єдиного в світі факультету біоніки, створеного три роки тому в Бременському університеті. Прабатьком науки, що спеціалізується на практичному застосуванні біологічних закономірностей, вважають Леонардо да Вінчі. Іще в 15-му столітті художник і геніальний конструктор накреслив орнітоптер: літальний апарат із махальними крилами – як у птахів. Ідея, до якої неодноразово поверталися ентузіасти на світанку доби авіації, й якій не судилося бути втіленою в життя так само, як і багатьом іншим революційним виноходам, що їх інженери підгледіли в природи. „Зазвичай такі концепції або народжувалися передчасно, або вони були надто дорогими, або технічно нездійснимими, - каже Антонія Кесель. – У навколишньому світі безперечно можна знайти чимало підказок. Але треба науково коректно формулювати запитання.” Так, як це зробив, наприклад, ботанік Боннського університету Вільгельм Бартлот. Його зацікавило, чому листя лотоса – рослини, яку називають „троном Будди” – завжди залишається чистим і відштовхує не те що воду, а й липкий мед, мазут і навіть клей. Два десятиліття боннські науковці вивчали структуру диво-листя. Усупереч очікуванням виявилося, що воно не надзвичайно гладеньке, а, навпаки, вкрите мікроскопічними грудочками воску, які й перешкоджають будь-яким краплинам чіплятися за шерехату поверхню. 1998-го Вільгельм Бартлот зареєстрував „ефект лотоса” як торгову марку:

„Найважливіше застосування – це фасадна фарба, названа на честь цієї рослини. Пофарбовані нею будинки – а таких у цілому світі сьогодні понад півмільйона – завжди сухі та чисті. Під час злив стіни не промокають, вода лише змиває з них бруд. І грибкової плісняви на лотосових фасадах ви не побачите.”

Був розроблений також лак для автомобілів з ефектом лотоса. Але виробники швидко відмовилися від багатообіцяльної новинки, бо авто, яке не треба мити, водночас було б не блискучим, а матовим і тому навряд чи користувалося б попитом. Вільгельм Бартлот, однак, не сумнівається, що його відкриттям обов’язково скористаються в інших галузях. „Уявіть собі купальник, який ніколи не ставатиме мокрим. Або швидкісне судно, що мчатиме хвилями по суті не торкаючись води, наче на повітряній подушці,” – захоплено розповідає науковець. Це те, що відрізняє прихильників біоніки від решти наукової гільдії: вміння мріяти, сміливість припускати, здавалося б, неможливе..

„..Те, над чим ми працюємо, називається „структури, які самі себе лагодять”. Незамінні вони, зокрема, для надувних матраців та для гумових човнів. Якщо в них з якоїсь причини раптом утвориться дірка, нічого не треба буде робити. Пробоїна затягнеться сама собою завдяки спеціальному покриттю. Цю ідею нам підказала ліана – рослина, яка сягає в довжину багатьох десятків метрів, бо її кора швидко відновлюється після механічних пошкоджень,” –

пояснює професор Томас Шпек. У лабораторії Фрайбурзького університету поліуретанова пінка вже сама ліквідує невеличкі отвори, щоправда, діаметром поки що не більше п’ятьох міліметрів. Але дослідники наполегливо працюють далі й сподіваються, що років за три покриття буде готове до промислового запровадження. Терпіння та ентузіазм у роботі над проектами, що, не виключено, так ніколи й не будуть реалізовані на практиці, - друга особливість науки, яка навчається в природи. А початком усього стає здивування феноменальними здібностями представників флори та фауни.

Нечутний політ уночі

„..Я завжди був у захопленні від сов, - каже акустик Еннес Сараді. – Ці птахи полюють на слух. А це означає, щоб знайти здобич, їм самим треба літати беззвучно”:

„Відомо, що в ході еволюції пір’я сов змінювалося. По краях крил у них виникли, так звані, гребінці – невеличкі, дуже м’які пір’їнки, що розбивають повітряні потоки.”

Завдяки цим „гребінцям” при змахах крил не створюються великі завихрення повітря, а, отже, й звукові коливання. „Але чому совине пір’я чинить так мало опору повітрю – ось що ми намагаємося з’ясувати,” - веде далі професор Сараді:

„На жаль, цей процес не можна пояснити звичайними законами фізики. Його не вдається й прорахувати так, як це завжди роблять при акустичних дослідженнях. Тому нам залишається один шлях – провести якомога більше експериментів.”

Фахівці технічного університету в Котбусі зробили штучні крила з різних матеріалів, що, теоретично, мали б так само добре пропускати повітря, як і пір’я сови. В аеродинамічній трубі моделі тепер випробовують потоками швидкістю до 200 кілометрів на годину. „38 чутливих конденсаторних мікрофонів створюють акустичну фотографію, з якої добре видно, де саме виникає звук”, - пояснює фізик Томас Гаєр:

„Ми помітили, що пористі матеріали спричиняють менше гамору. Причому, що більше порожнин у їхній структурі, то тихше крило. Але нас передусім здивувало, наскільки це впливає на рівень звукового сигналу.”

Новина, якій особливо зрадів керівник проекту, професор Еннес Сараді. Десятиліттями він бореться з гамором і зовсім небезуспішно. Акустик зміг зробити тихшими салони легкових автомобілів, дорожнє покриття на вулицях, вимірювальні прилади. Однак досі зниження рівня децибелів досягалося передусім за рахунок змін у формі, й на певному етапі всі можливості здавалися вичерпаними:

„Настав момент, коли негайно знадобилися нові ідеї, принципово нові рішення. І крила сови дали цей поштовх. Дослідження тривають, однак можна з упевненістю сказати, що в найближчому майбутньому лопаті вентиляторів робитимуть саме з пористих матеріалів. Ефект від цього буде дуже відчутний. Наскільки ліпше працюватиметься, якщо нам більше не дошкулятиме постійний гамір вентилятора в комп’ютері. Скільки мільйонів заощадять на звукоізоляції заводи та фабрики, коли величезні лопаті вентиляційних турбін обертатимуться майже беззвучно!”

Уважно стежить за проектом у Котбусі й авіаційна промисловість. Розкриття таємниці польотів нічного хижака може відкрити нові перспективи в літакобудуванні. Фізик Томас Гаєр:

„Наша кінцева мета – створити математичну модель. Для того, щоб застосовувати отримані дані не тільки заради зменшення шумів. Ми припускаємо, що пористе окантування на крилах літаків сприятиме поліпшенню аеродинамічних характеристик. Інженерні винаходи природи тому й досконалі, що вони розв’язують одразу цілий комплекс проблем.”

За матеріалами німецьких ЗМІ