В основе многих используемых нами технологий лежат апробированные эволюцией «прототипы». Наблюдение за птицами, летучими мышами, насекомыми, морскими обитателями и растениями приводило изобретателей к новым идеям и открытиям. Рассказываем о некоторых из них, оказавших существенное влияние на современную жизнь.

Как только возникает опасность, кальмар Ommastrephes bartramii, развив в воде максимальную реактивную тягу, прорывает водную гладь, чтобы в чужой воздушной среде сохранить свою жизнь. Полет с последующим планированием в воздухе на высоте более пяти метров — серьезный показатель, для животного размером около тридцати сантиметров.

27 августа 1939 года, с аэродрома взлетает первый в мире самолет с турбореактивным двигателем. Модель, успешно прошедшая испытания, пилотировалась летчиком флюг-капитаном Эрихом Варзицем. Инженер-конструктор фон Охайн никогда не интересовался летающими кальмарами, но использовал в своем самолете двигатель на реактивной тяге, той самой что в природе помогает разгоняться этому моллюску.
Нередко принцип работы изобретений, авторы которых получают патенты, уже многие тысячелетия успешно применяется природой. Одним из таких прототипов стали семена репейника, привлекшие внимание швейцарца Жоржа де Местраля в 1941 году. Увидев под микроскопом цепкие крючки растения, держащиеся за петли собачьей шерсти, инженер развил идею, и в 1945 году ему был выдан патент на оригинальную застежку-липучку. Ее использует сейчас весь мир, не особо интересуясь происхождением.
Вероятно, еще в глубокой древности люди наблюдали за окружающим миром и пытались воспроизвести увиденное. Вот только вещи, найденные при раскопках, не всегда позволяют точно сказать, что именно стало их прототипом. Легенды Древней Греции рассказывают об изобретателе Дедале, известном своей попыткой создать крылья, на которых человек может взлететь. В реальности же повторить птичий полет удалось лишь в 875 году, когда арабский ученый Аббас ибн Фирнас поднялся в воздух на первом в мире планере, крылья которого были собраны из деревянных планок и ткани. Подробной информации об особенностях этой конструкции почти не сохранилось.

Браки с деревьями: древняя традиция и человеческая изобретательность

Более основательно подошел к разработке летательного механизма Леонардо да Винчи, оставивший много интересных чертежей. На одном из них изображена схема крыльев махолета, жесткие конструкции которого подобны костям и перьевым стержням птиц, а перепонки между ними выполнены из ткани, подобно коже крыла летучей мыши.

И хотя построить действующий аппарат да Винчи не удалось, его последователей это не остановило. Поначалу орнитоптеры напоминали птиц, были хрупкими и поднять в воздух человека не могли. Первый успешный полет на подобном устройстве был осуществлен только в 2010 году в Канаде: аппарат под названием Snowbird, пилотируемый Тоддом Райхертом, смог продержаться в воздухе 19,3 секунды. Гораздо раньше добились успеха изобретатели, добавившие в конструкцию пропеллер, велосипед и велосипедиста. В 1984 году на летних Олимпийских играх спортсмен K. Канеллопулос пролетел на махолете с острова Крит на материк за 3 часа 54 минуты 59 секунд, установив мировой рекорд.

Магическое мышление в городских пространствах

В конце восемнадцатого века сэр Джордж Кейли проводил серьезные исследования физики полета. Он изучал основы аэродинамики, ввел термины «лобовое сопротивление» и «подъемная сила». Весь девятнадцатый век сопровождался открытиями в воздухоплавании. Появился новый материал — алюминий, из которого в 1874 году Феликс дю Тампль сконструировал моноплан-беспилотник на паровом двигателе, удачно прошедший летные испытания. Алюминиевые трубки похожи на трубчатые кости птиц, и потому намного больше подходят для строительства летательных аппаратов, чем дерево. В 1871 году британец Фрэнсис Герберт Венхэм построил аэродинамическую трубу, позволившую проводить испытания в специально созданной искусственной среде. Разрабатывались различные двигатели — от паровых до ставших самыми успешными поршневых двигателей внутреннего сгорания. Конструкторы больше не подражали птицам, а полагались на научные исследования и математические расчеты. Авиация ступила на следующую ступень развития.

Летающие животные интересовали людей не только умением держаться в воздухе. В восемнадцатом веке швейцарский натуралист Шарль Жюрин по просьбе французского коллеги Ладзаро Спалланцани провел опыты с летучими мышами. Оба биолога пытались выяснить, как мышам удается летать в полной темноте и не сталкиваться с предметами. Даже ослепленные животные прекрасно ориентировались в пространстве. Жюрин догадался залепить уши подопытных воском, и опыт увенчался успехом. Научное сообщество того времени подняло на смех выводы Спалланцани и Жюрина о том, что летучие мыши «видят ушами». Сами ученые тоже не могли объяснить такой феномен, ведь мыши летали совершенно беззвучно. Только спустя более полутора столетий, в 1938 году биоакустик Дональд Гриффин, используя метод физика Джорджа Пирса по регистрации ультразвука, смог подтвердить догадку своих коллег восемнадцатого века. Сейчас эхолокация, открытая благодаря наблюдениям за летучими мышами, используется для исследования водных глубин, поиска внутренних дефектов в изделиях, ультразвуковых исследований в медицине.

13 сентября 1960 года в городе Дайтон (США) прошел первый симпозиум по бионике. Этот день считается датой рождения новой науки, целенаправленно изучающей биологические методы и структуры с целью использовать их для решения инженерных задач современности. Вооружившись этим подходом, немецкий ботаник Вильгельм Бартлотт открыл «эффект лотоса». Подобно Жоржу де Местралю, изобретшему «липучку», Бартлотт изучал под микроскопом поверхности различных растений, однако его открытие уже не было случайным. Способность растений отталкивать воду заметили еще древние китайцы, создавшие зонт по образцу листа лотоса. Современные исследовательские методы позволили раскрыть секрет супергидрофобной поверхности: она имеет особую неровную форму, отталкивающую влагу и грязь. Эффект лотоса применяется в промышленности, когда способность предмета самоочищаться очень важна. В индийском Международном исследовательском центре в Хайдарабаде ученые разработали такую поверхность для солнечных батарей. Это позволяет увеличить их эффективность, значительно снижающуюся из-за пыли.

Перенимая способности и приспособления у других обитателей Земли, человечество смогло значительно расширить свое жизненное пространство. И хотя мы все еще не умеем, подобно героям легенд, превращаться в рыб или птиц, «позаимствованные» у них особенности позволяют людям воплощать мечты, веками казавшиеся недостижимыми.

Автор: Светлана Бердышева
Иллюстрации: Екатерина Цвентух