Технологии из природы
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.
Другой пример «природной» технологии ежедневно используется сотнями миллионов людей по всему миру. «Липучка», она же велкро (Velcro, комбинация слов velvet и crochet (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.
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.
Недавние успехи в создании супергидрофобных покрытий во многом тоже стали возможны благодаря природному дизайну.
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.
Куда менее известен другой пример заимствования природной технологии — создание искусственного листа. Исследователю Дэниелу Носера (Daniel Nocera) удалось создать относительно дешёвую конструкцию электрической батареи, действующей по принципу листа дерева.
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.
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 — 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. 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) совместно с Массачусетским технологическим и ДАРПА разрабатывают очень быстро бегающего робота. Источником вдохновения для исследователей стал страус. И им уже удалось добиться впечатляющих результатов:
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.
