Имитаторы
Жилища термитов - огромны и комфортны. Они могут достигать 6-метровой высоты, а внутри них чудесным образом постоянно поддерживается комфортная температура. Стрекозы умеют резко, стремительно и без всякой видимой подготовки перемещать свое тело в воздухе в разных направлениях. Специальные чешуйки на коже акул существуют не просто так, а для того, чтобы помогать хищницам плавать быстрее. И ведь это только малая толика из всей известной массы гениальных природных решений, превзойти которые венец природы - человек, сколько и как ни пытался, не смог. И потому предпочел так или иначе позаимствовать.
В 1998 г. американская исследовательница естественной истории и автор книг по природопользованию Жанин Бенюз ввела в научный дискурс термин "биомимикрия", означавший прикладную науку, целью которой является перенять природные механизмы и использовать их для людей. Сегодня это один из самых богатых источников бизнес-идей.
Хотя попытки подражания натуре предпринимались как минимум со времен Леонардо да Винчи. В конце концов модель своего летательного аппарата великий итальянец срисовывал с птиц. В середине XIX века немецкий инженер Отто Лилиенталь также пытался подняться в небо, изучая механику крыла пернатых и причины их парения в воздухе. На его работе "Полет птиц как основа летного искусства", книгам по орнитологии и собственным многолетним наблюдениям за голубями учились другие пионеры воздухоплавания - братья Райт, построившие в 1903 г. первый функциональный аэроплан. "Учиться секретам полета от птицы - все равно что учиться волшебству у волшебника", - признавался Орвил Райт.
Английский архитектор Джозеф Пэкстон спроектировал здание Crystal Palace в лондонском Гайд-парке для Всемирной выставки 1851 г., скопировав структуру водяной лилии. Ее завезли в метрополию из Британской Гвианы в 1837 г., и увлеченный садовод Пэкстон приобрел несколько экземпляров для собственного сада, где в подогреваемом бассейне вырастил лилии до внушительных размеров: их листья достигали полутора метров в диаметре. Еще удивительней была прочность лилий, самая крупная из которых даже выдерживала вес ребенка Пэкстона. На обратной стороне листьев архитектор обнаружил сетку из лучеобразных и поперечных жилок, что придавало растению одновременно гибкость и силу. По этому принципу Джозеф Пэкстон вначале построил теплицу для лилий, а затем использовал разработки для опережавшего свое время дизайна здания Всемирной выставки - некоторые блоки конструкции состояли целиком из стекла и металла. За этот триумф инженерной мысли архитектора посвятили в рыцари (само здание было разрушено пожаром в 1936 г.).
Застегнуть на репейник
Одним из первых массовых заимствований у живой природы стала застежка-"липучка". В 1941 г. швейцарец Жорж де Местраль и его собака бродили в горах, и де Местраль вдруг задумался о том, как прочно цветки репейника прилипают к его одежде и шерсти питомца. Детальное изучение колючек под микроскопом выявило на них десятки мелких крючков, они и подали изобретателю идею новой застежки, которая должна была стать прямым конкурентом "молнии". Поначалу замысел де Местраля отказывались воспринимать всерьез, но во французском Лионе ему удалось найти ткача, согласившегося помочь.
Первые "липучки" были хлопковыми и держались не очень хорошо, но когда Местраль решил перейти на синтетические материалы, эффект прилипания проявился в полной мере. Оставалось создать обратную сторону застежки и механизировать процесс производства, что удалось в течение следующих 10 лет. Получив в 1955 г. патент на свое изобретение и зарегистрировав торговую марку Velcro (от французских слов velours - "бархат" и crochet - "крючок"), Жорж де Местраль начал продавать свою ленту по всей Европе. Однако по-настоящему популярной "липучка" стала в 1970-е, когда ей нашли применение в американской NASA - там она стала фурнитурой для скафандров астронавтов. Затем подтянулись горнолыжники, аквалангисты, и, наконец, такие застежки стали появляться на детской одежде. До продажи патента швейцарской Velcro SA (позже переименованной в Velcro International) спрос на "липучку" достиг 60 млн ярдов в год.
Простые движения
Для осознания рыночного потенциала природных решений потребовались десятилетия. По-настоящему бизнес заинтересовался биомимикрией лишь совсем недавно, в конце XX века, когда для нее был найден термин и подведена научная основа. Компании стали выделять деньги на такие исследования, поняв, что природный дизайн означает не только эффективность и продвинутость разработок, но во многом и экономию энергии и материалов. Прежде всего это касается средств передвижения и механизмов. Дизайн суперскоростного японского поезда серии 500 Shinkansen имеет немало общего с острым клювом зимородка. Птица может нырять за подводным кормом и благодаря форме клюва врезается в поверхность воды практически без брызг. В свою очередь, поезд острым "носом", а также элементами "дизайна", срисованными с крыльев совы, тоже "врезается" почти "без брызг" - в воздух, рассекая его намного тише обычных составов, да еще экономя 15% энергозатрат.
Элегантность аэродинамики плавно кружащихся семян клена вдохновила Неда Аллена, инженера Skunk Works (исследовательское подразделение Lockheed Martin), на создание в 2009 г. дистанционно управляемого робота Nano Air Vehicle, способного летать и парить в воздухе.
Mercedes-Benz тоже представил свою версию понимания биомимикрии, выпустив в 2005 г. Bionic, округленный концепт-кар, по форме напоминающий тропическую рыбу - желтого пятнистого кузовка. От других компактов этот отличается низким коэффициентом аэродинамического сопротивления. Корпорация WhalePower из Торонто, специализирующаяся на производстве вентиляторов и ветряных турбин, вообще возникла благодаря морскому млекопитающему. Когда профессор биологии из Пенсильвании Фрэнк Фиш увидел в художественной галерее скульптуру кита-горбача, он раскритиковал работу за зазубрины на плавниках. Они с точки зрения обычной логики не имели смысла - всем известно, что передняя кромка любого крыла должна быть гладкой и закругленной. Однако посещение галереи подтолкнуло Фиша к детальному исследованию вопроса, показавшему, что скульптор не ошибся. Более того, в, казалось бы, странной форме плавников кита крылось одно из чудес природной инженерии. Как выяснилось, неровности по краям плавников создают вихри, генерирующие большую подъемную силу и уменьшающие лобовое сопротивление, что придает подвижность даже такому громоздкому животному, как кит. Тогда Фрэнк Фиш и учредил в Канаде, где нетрадиционные источники энергии в большом почете, компанию WhalePower, основанную на сделанном им открытии. Здесь выпускают ветряные турбины и промышленные вентиляторы, лопасти которых по форме выглядят, как плавники горбатого кита. По свидетельству экспертов, подобное оборудование тише, надежнее, а турбины к тому же производят на 20% больше электроэнергии ежегодно.
Живой и светится
Не менее популярны в последнее время биомимикрические разработки, связанные со свойствами поверхностей. Лотос, например, подсказал немецкому ученому Вильгельму Бартлотту идею самоочищающейся краски. Цветок умудряется оставаться чистым, несмотря на то, что растет в загрязненной местности. На поверхности листьев лотоса Бартлотт обнаружил мельчайшие волоски и шероховатости, благодаря которым вода не растекается по листу, а каплями скатывается, унося с собой частицы пыли. Краска, производимая концерном Sto, имитирует "эффект лотоса", образуя при высыхании похожие шероховатости на поверхности. Более 350 000 зданий в Европе уже покрыто такой краской.
Qualcomm, производителя чипов для сотовых телефонов из Сан-Диего, природа вдохновила на изобретение нового типа дисплеев для мобильных устройств. В отличие от обычных дисплеев с подсветкой или технологией электронных чернил, экран Mirasol отражает свет, пользуясь принципом отражения света крылом бабочки, пером павлина и чешуей экзотических рыб. При ближайшем рассмотрении выяснилось, что игра цветов окраски всех этих существ имеет общую природу - слои микроскопических кристаллов отражают свет в разных направлениях, и эти световые лучи пересекаются. В применении к дисплеям, которые в ближайшем будущем могут появиться на смартфонах, планшетах и ридерах, это означает гарантию отчетливого изображения даже на ярком солнце. Кроме того, такой дисплей, как ожидается, будет потреблять значительно меньше энергии.
Еще одна незавершенная биомимикрическая разработка - привет Жоржу де Местралю - липкая лента, идея которой подсказана структурой конечностей геккона, крепко прилипающего к поверхностям и легко отцепляющегося. Келлар Отумн, профессор биомеханики из Портленда (штат Орегон), обнаружил на лапках гекконов миллионы микроскопических ворсинок, на каждой из которых имеется по сотне окончаний; они прицепляются к поверхности и остаются на ней бесконечно долго, не оставляя никаких следов. Прототип ленты был создан инженерами Стэнфордского университета, и во время испытания Отумн с успехом приклеил гекконообразной лентой к окну свою 8-летнюю дочь. Биомимикрия может основываться не только на формах живых организмов, но и на природных процессах и свойствах. Например, цветочувствительные солнечные батареи, созданные в 1991 г. швейцарцем Майклом Гретцелем, копируют процесс фотосинтеза - краситель в таких батареях поглощает солнечный свет, как хлорофилл, и высвобождает энергию. Но, в отличие от обычных солнечных батарей, сделанных из дорогостоящего кремния, на ячейки Гретцеля идет более тяжелый металл. Способность мидий намертво приклеиваться к камням подсказала деревообрабатывающей компании Columbia Forest Products идею нового клея на соевой основе. А основанный в США в 2005 г. целый Институт биомимикрии занимается, в числе прочего, исследованием птиц и процессов в их организме, отвечающих за рефлекторное "распушение" крыльев при снижении температуры воздуха.
Биомимикрия сегодня - один из моднейших трендов. В августе этого года известный американский экономист Линн Ридер даже представила новое понятие - индекс да Винчи, первый индекс, определяющий экономическую активность, связанную с биомимикрией. Согласно этому индексу, к 2025 году $1 трлн годового мирового ВВП может быть так или иначе произведен с применением принципов и технологий биомимикрии. Прямо по Ивану Мичурину: "Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее - наша задача".
Подписывайтесь на нас:
Еще по теме
