На что похож самолет
Биомиметика: 24 технологии, на создание которых вдохновила природа
Вертолет, похожий на стрекозу, поезд — на птицу, самолет — на дельфина и многое другое
Человек с незапамятных времен мечтал летать, как птица, плавать, как рыба, и бегать, как лошадь. Все его мечты в итоге сбылись с приходом XX века. И теперь в небе давно уже летают самолеты, под толщей воды бороздят океаны подводные лодки, а по дорогам ездят автомобили, под капотами которых заключены многие десятки лошадиных сил.
Очевидно, что в некоторых нюансах своих технических разработок человек черпал вдохновение от этой самой природы. Это можно увидеть либо в дизайне созданных инженерами технических средств, либо в технологии их работы. Особенно подход заимствования технологий у природы важен на современном этапе, когда это становится все более и более технически реализуемой задачей. Придуман и отдельный термин такому заимствованию — биомиметика.
В нашем топе мы приведем лишь два десятка интересных примеров этой самой биомиметики, но на самом деле заимствований «природных задумок» человеком насчитывается тысячи, и каждая из них по-своему облегчает нашу жизнь.
Биомиметика — это подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы.
1. Почему стрекоза похожа на вертолет
Когда вы впервые увидели стрекозу, маловероятно, что вы заметили, насколько она похожа на вертолет. А ведь присмотревшись к крыльям стрекоз, вернее к их работе в замедленной съемке, можно определить, что они функционируют аналогично лопастям винтокрылых машин — начиная от принципа работы до баланса, оба механизма работают идентично. Угадайте, кто первым придумал непростой баланс работы — природа или человек?
2. Скоростной поезд и птица: какое у них сходство
Пригодилось инженеру увлечение орнитологией…
3. Конкорд и дельфин с одинаковыми носами
Авиалайнер «Конкорд» совместного производства Великобритании и Франции, как и легендарный советский ТУ-144, сумевший превысить скорость звука, совершил свой первый полет в 1969 году.
В дизайне зарубежной машины была достаточно необычная носовая часть (у советского самолета она была еще более технологичной, но речь сейчас не об этом). Для «Конкорда» она была позаимствована у дельфинов… Поскольку это была действительно эффективная форма для уменьшения трения воздуха на поверхностях носовой кромки на сверхзвуковых скоростях.
Также вдохновленные дельфинами инженеры разместили двигатели сзади для улучшения маневренности и балансировки тяжелого самолета.
4. Лента на липучке и репейник
Однажды плод этого растения прицепился к одежде швейцарского инженера и изобретателя Жоржа де Местраля. Когда Местраль увидел, что снять липучку с ткани очень непросто, его осенило…
Разработав аналогичную липучку, Жорж изменил мир текстиля навсегда. А вы замечали, что липучка очень похожа на репейник? Даже колючки схожи.
5. Роботехнологии и пауки
Сегодня быстро развивающаяся робототехника в основном занимается изучением систем насекомых и адаптацией их к электронным системам. Уже сегодня технологии позволяют делать роботов размером с муравья и мухи. Роботы, которые могут летать, как мухи, залезать в мельчайшие щелки, как муравьи, ходить по потолку, как пауки, — это настоящее время!
Спецслужбы разных стран спят и видят, как эти бесшумные шпионы будут работать на них, добывая бесценную информацию.
6. Гидролокатор и дельфин
Благодаря особой анатомии дельфины способны излучать звуковые волны на частоте до 200 тысяч колебаний в секунду, изучая скорость, размеры и форму объектов на своем маршруте.
Система гидролокатора была изобретена на основе того же принципа.
7. Аэрокосмический самолет и сом
8. Бульб и форма морды дельфина
Современные судостроители по-разному пытались уменьшить сопротивление водной глади о борты и носы кораблей. Но, пробуя сделать нос выпуклым, обнаружили, что дельфины лучше расщепляют воду, и этот метод был применен к кораблям. Это также экономит значительное количество энергии, а значит, и топлива.
9. Радар и летучая мышь
Работа радаров основана на том же принципе.
10. Крылья первых самолетов и крылья стрекозы
У первых самолетов крылья были сделаны по принципу крыльев стрекоз. Упрочненная передняя кромка насекомых избавляет их крылья от вибраций и разрушения. Это был очень важный шаг в покорении неба.
11. Подводные лодки и головоногий моллюск Наутилус помпилиус
Когда головоногий моллюск погружается в воду, он заполняет полые камеры, находящиеся в его теле, водой. Когда он хочет всплыть на поверхность, он перекачивает в эти камеры специальный газ, который производится в его организме, вытесняя воду.
На подводных лодках используется аналогичный принцип всплытия без кренов и работы двигателей и рулей.
12. Мюнхенский Олимпийский стадион и крылья стрекозы
Стрекоза снова в главной роли. Несмотря на то что ее крылья толщиной всего 1 к 3 000 миллиметра, то есть очень тонкие, они отличаются поразительной прочностью.
Причина в том, что ее крылья состоят из тысячи небольших отсеков. Благодаря этим отсекам при полете не происходит разрывов и повреждений мембран. Крыша Олимпийского стадиона в Мюнхене была построена по тому же принципу.
13. Телескоп и пчелиные соты
Новый телескоп будет использовать зеркала в форме шестиугольника, чтобы лучше воспринимать свет от небесных тел. Эта форма обеспечивает максимально широкое поле зрения, высокое качество и прочную структуру. Структура была взята у пчел. Как соты, так и их глаза состоят из множества шестиугольников. Самый большой в мире телескоп, который будет построен в пустыне Атакама, Чили, в 2024 году, будет построен по тому же методу.
14. Ласты и плавники китов
По картинкам мы знаем, что киты обладают очень широким хвостом.
15. Снегоступы и кроличья лапа
16. Лотос и облицовочный материал
Доктор Боннского Университета Вильгельм Бартлотт в своих исследованиях заметил, что листья некоторых растений имеют очень шероховатую поверхность при рассматривании ее через микроскоп. Доктор Бартлотт обнаружил, что на листьях лотоса, к которым грязь не липнет, были крошечные пятна, похожие на миниатюрное ногтевое ложе. Когда пыль или грязь падает на лист, она не может удержаться на этих выпуклостях и легко слетает. Вернее, ее смывает вода. Таким образом, это растение имеет самоочищающийся лист.
17. Солнечные панели и подсолнечник
Три студента из Массачусетского технологического института провели исследование солнечных панелей. Цель эксперимента состояла в том, чтобы иметь возможность получить больше энергии при помощи этих панелей.
Дело в том, что у подсолнухов природой создана структура, идеально походящая для «ловли» солнечной энергии.
18. Реактивные самолеты и каракатицы
Реактивный двигатель первыми придумали морские жители каракатицы, а уже потом его принцип применили люди для полетов в воздушном пространстве.
19. Поверхности корпуса лодок позаимствованы у акул
Исследователи из Университета прикладных наук в Бремене, Германия, взяли образец поверхности кожи акул, поскольку такие естественные загрязнители в воде, как водоросли, мельчайшие мидии и другие представители флоры и фауны, которые легко прилипают к поверхностям судов, ускоряют ржавчину и увеличивают сопротивление воды, никак не влияют на акул.
Дело в том, что кожа акулы не гладкая, а покрыта мельчайшими чешуйками со сложной рифленой поверхностью, отдаленно напоминающими зубы.
Когда ученые разработали аналогично акульей силиконовую кожу, была решена и серьезная проблема в судостроительной промышленности.
20. Система автоматического управления Мерседеса и курицы
Для рекламы высокотехнологичной системы управления подвеской Intelligent Drive Magic Body Control Mercedes-Benz использовал куриц. Дело в том, что устойчивая при любых поворотах подвеска MB аналогична системе «стабилизации» головы курицы.
Рекламный ролик наглядно показывает, как это происходит:
21. В дизайне также часто прибегают к природным стандартам
Дизайн автомобиля Mercedes-Benz, вдохновленный диковинной рыбой.
22. Дизайн второго поколения Chevrolet Corvette C2 был вдохновлен акулой
23. Роботы и люди
Техника продолжает стремиться приблизиться к характеристикам гуманоидов во всех аспектах, и постепенно ей удается этого добиться.
24. Самолеты и птицы
Клин. Клином летают перелетные птицы, и каждую весну и осень мы можем наблюдать это величественное действо. Причина, по которым птицы летают V-образной формой, клином, заключается в том, что так стая экономит силы. Подобную технику полета люди позаимствовали для своих стальных «птиц», летающих в группе.
Секрет изобретателя
Владимир Орлов
ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ШПАРГАЛКЕ
Были изобретения, сделанные словно по шпаргалке.
Сзади первого паровозика шли, отпихиваясь от земли, неуклюжие стальные ноги.
Видно, конструктор скопировал их с ног человека, толкавшего вагонетку. У первого парохода торчали по бокам весла, загребавшие воду. Их приводила в движение паровая машина. Похоже, конструктор скопировал свой пароход со старинной галеры, на которой гребли рабы.
У первого парохода была кирпичная труба. Подшипники коромысла паровой машины были подперты парой дорических колонн, словно похищенных с фасада какого-то здания. Станки на первых порах сохраняли в себе черты комнатной мебели. У них были вычурные гнутые ножки и в колесах спицы фигурной токарной работы. Инженеры того времени отлично строили мебель и здания, но еще не умели как следует строить машины.
Похоже, изобретатели пытались решать стоящие перед ними задачи, как иные не слишком прилежные школьники пишут контрольную. Они списывали для своих машин готовые конструкции у соседей и предшественников.
Дело, конечно, не в лени и не в нежелании пораскинуть умом.
Изобретатели делали первый шаг и не в силах были развеять полностью привычных представлений о вещи. Они оставались в плену у собственной косности. Они пытались втиснуть новую вещь в старую, испытанную оболочку.
И терпели неудачи. Ничего хорошего из этого не получалось.
Нынче паровозы не похожи на стальных коней. Трудно даже представить себе, с какой быстротой пришлось бы отбрыкиваться паровозьим ногам, чтобы двигать машину со скоростью современных паровозов. Бешено бьют копыта. Пыль столбом! Вдребезги разлетаются рельсы и шпалы.
По нынешней мерке пароходик с веслами по бокам был бы так же беспомощен в воде, как барахтающаяся в луже сороконожка.
Машины теперь не похожи на мебель и дом с колоннами. Наоборот, мебель нередко напоминает по виду машины. На гигантскую машину похожи и большие современные заводские корпуса. И чем больше совершенствуется машина, тем меньше делается она похожей на первоначальное изобретение по шпаргалке.
НА ЧТО ПОХОЖ САМОЛЕТ?
На что похож самолет? Говорят, на птицу.
И, правда, было время, когда жидкие каркасы самолетных плоскостей, обтянутых легкой материей, напоминали птичье оперение. И шасси постоянно торчало наружу, как худые, костлявые птичьи лапы. Но теперь самолеты сильно изменились. Только по привычке различают в них облик птиц. Не похож самолет на птицу!
Скользким телом, лепкой хвоста самолет напоминает рыбу: остроносую акулу, рассекающую глубины воздушного океана. Удивительно! Откуда взяться рыбьим чертам в летучей машине? Только в сказках порхают с куста на куст летучие рыбы.
Дело в том, что при больших скоростях воздух сопротивляется движению не меньше, чем вода. Это уже не тот незаметный воздух, почти не осязаемый лицом и руками. Этот воздух рвется из под пропеллеров неукротимой железной струей, держит на весу тяжелую машину. Этот воздух водопадом шумит в крыльях. Это яростные, упругие воздушные струи облизали, сгладили тело машины, как морской прибой прибрежную гальку.
В этом воздухе каждый выступ тормозит движение, словно гвоздь, торчащий в санном полозе. Конструкторы в погоне за скоростью убирали выступ за выступом и пришли к тому же, к чему пришли рыбы, приспособляясь в течение долгих веков к движению в водной среде.
Но все-таки самолет не вполне походит на рыбу. У рыб не бывает пропеллера. Предок самолетного пропеллера крутился в воде. Это пароходный винт. Значит, самолет похож на пароход.
Но у парохода нет надутых воздухом резиновых колес! Их самолет позаимствовал у велосипеда. Значит, самолет похож на велосипед.
Но у велосипедов не бывает бензинового мотора! Предок самолетного мотора работал в автомобилях. Значит, самолет похож на автомобиль.
Но у автомобиля нет хвоста, и на нем нет рулей, вертикальных и горизонтальных! Такие рули-в хвосте у подводной лодки. Значит, самолет похож на подводную лодку. Нельзя же так, на все сразу! На что все-таки похож самолет?
КОСНОСТЬ СЛЕПАЯ И КОСНОСТЬ ЗЛОБНАЯ
Прославленный физик Дэви умел понимать и ценить новое. Он сам сделал несколько удивительных открытий. И даже рисковал при этом жизнью. Но этот же Дэви с усмешкой спрашивал изобретателя газового освещения Мердоха, уж не хочет ли он в качестве резервуара для своего газа приспособить купол собора святого Павла. Ста лет не прошло с тех пор, а уже построены газовые резервуары, много большие, чем весь собор целиком.
Казалось бы, бесспорная вещь пулемет, но прочтите, какой отзыв о пулемете дал в начале прошлого столетия известный русский генерал Драгомиров:
Удивительно! Передовой генерал. Выдающийся военный мыслитель, чьи высказывания до сих пор сохранили свою ценность, а вот не понял, не оценил значения пулемета!
Иной раз и сам изобретатель не может оценить важноста своей работы. Так было с физиком Герцем, открывшим радиоволны. Он никак не хотел согласиться, что его открытие найдет применение в технике связи.
Выходит, не только тупицы и рутинеры, но и передовые, умные люди попадали впросак: не всегда умели заметить пользу в том, чему принадлежит будущее, в том, чему суждено осуществиться и победить, если даже выглядит оно на сегодня бесполезным и несбыточным. Трудно сделать изобретение и не так-то просто его понять, дать ему верную оценку.
Что заставило Ариосто пойти на специальное поэтическое отступление, чтобы всею силой звучных стихов обрушиться на новое изобретение? Только ли неуменье глядеть вперед и чувствовать новое?
Нет, за этим кроется нечто большее. Повод, видно, гораздо важней.
Английские ткачи зачастую были неграмотными и заключений по изобретениям не писали вовсе. Но, когда изобретатель ткацкого станка Картрайт начал строить первую крупную фабрику, ткачи собрались вместе, наняли писаря и послали изобретателю письмо:
«Мы поклялись поддерживать друг друга, чтобы разрушить вашу фабрику, хотя бы нам пришлось поплатиться за это своею жизнью. Мы поклялись снять вашу голову за то зло, которое вы причиняете нашему ремеслу. Если вы будете дальше продолжать свое дело, то вам известно теперь, что вас ожидает».
И ткачи исполнили свою угрозу. Они сожгли фабрику и поломали все станки. Что заставляло толпы ткачей бесноваться, вдребезги кроша ненавистные машины? Только ли неуменье глядеть вперед и чувствовать новое?
И кто знает, как отзовется в веках незаметное сегодня изобретение?
Когда арабы научились гнать спирт, им и в голову не приходило, что они этим создали одно из главных орудий, которое истребит, заставив спиться, местных жителей еще даже не открытой Америки.
Жизнь Ариосто, его творчество всеми корнями вросли в дворянство, и косным человеком он стал потому, что учуял в новом изобретении свою гибель.
Они верили, что стоит только сломать машины, как снова вернется былая, милая сердцу жизнь. Они видели зло в машинах, а не в фабрикантах, угнетавших их с помощью этих машин. Так израненный лев в пылу первой ярости грызет железное копье.
Мы живем в таком государстве, где любое полезное изобретение не грозит человеку бедой и уничтожением. Каждый новый шаг вперед облегчает нашу жизнь, отдаляет тяжелое прошлое. Всякая косность нам враждебна. Есть тупая косность от слепоты, а бывает злая косность от зоркости.
И когда мы встречаем косного бюрократа, затирающего новое изобретение, мы с тревогой всматриваемся в его лицо, не скрывается ли под тупой и равнодушной личиной ненавистный пронзительный взгляд ущемленного ревнителя прошлого, взор врага, осознавшего свою гибель.
ПОГРЕБЕНИЕ ХРУСТАЛЬНОЙ ВАЗЫ
Такими властелинами, большими и маленькими, кишит весь капиталистический мир. Пусть не тысячу лет назад, а недавно, может быть вчера, является к императору новый посетитель.
Изобретатель начинает издалека.
— Я шел к Вам и приглядывался к окнам бедняков. Стекла всюду были расколоты и сквозь щели дуло. За окном плакала девочка над осколками разбитого графина…
Изобретатель извлекает из газетной обертки стеклянный стакан.
— Вот стекло моего изобретения. Оно крепче стали.
Директор слушает благосклонно. Он даже поддакивает изобретателю в особенно сильных местах, но глаза его бегают в беспокойстве. Директор прикидывает в уме.
«Небьющиеся стекла. Неразбиваемые стаканы. вечные вещи. постой, постой, любезный. Да ведь я живу на том, что стекла бьются! И пока мы тут колотили твой дурацкий стакан, тысячи других стаканов в мире раскололись от удара, тысячи стекол треснули в окнах. Тысячи людей побежали покупать новое стекло. И с каждого купленною стекла мне доход. Для того и все мои предприятия, чтобы днем и ночью восполнять эту постоянную убыль. Понимаешь ли, что ты предлагаешь мне, фокусник. Загрузить мои печи небьющимся стеклом, наводнить магазины, жилища вечными вещами? Чтобы люди, купив, перестали покупать? Чтоб иссяк источник моих миллионов. Чтобы я в трубу полетел из-за твоей затеи? Пропади они пропадом твои хрустальные мосты, только бы попрежнему бились мои стаканы!»
Директор по прежнему слушает благосклонно. Он готов купить патенты по сходной цене. Он готов даже поделиться с изобретателем долей будущей прибыли.
Изобретатель шагает домой, под собой не чувствуя ног. Деньги? Вот они! Слава? Слава не за горами. А директор прячет патенты в несгораемый шкаф. И тогда только вздыхает спокойно.
— Спите, спите, бумажки, в стальном гробу. Я теперь ваш хозяин.
Спит изобретение в стальном гробу. И сколько так похоронено изобретений! Нам это кажется диким, нелепым, безумным. Мыслимо ли у нас такое?
На заводах наших уже приготовлен ответ. Слышите гул самолетного мотора? Там, на страшной высоте, пролетает советский летчик, пристально вглядываясь в даль сквозь прозрачную броню. Словно витязь, закованный в хрустальные латы, защищающие от пуль и осколков, он не раз летал на врага.
И мы верим, что, вернувшись домой и подняв тост победы, он узнает в стенках прозрачного бокала чудодейственное небьющееся стекло, охранявшее его жизнь.
Настоящим изобретателем может стать лишь тот, кто умеет чувствовать новое, кто умеет бороться с косностью, побеждать ее в себе и других.
Почему авиастроительные корпорации делают одинаковые самолеты?
Автор фото, Getty Images
Конструкторы нашли оптимальную форму для пассажирского самолета
Когда в очередной раз вы видите презентацию нового авиалайнера, не появляется ли у вас ощущение дежавю, не кажется ли вам, что каждый раз из ангара выкатывают самолет, который вы уже много раз видели раньше?
Но если стереть со всех этих самолетов опознавательные знаки, ливреи, отличите ли вы на летном поле один от другого? На фото в конце этого абзаца изображены Airbus A320 и Boeing 737. Сможете ли вы, не прибегая к помощи интернета, понять, какой где?
Автор фото, Getty Images
Автор фото, TASS/Belozerov
Автор фото, Wikimedia/Garitzko
Автор фото, Hulton Archive
Автор фото, Anatoly Yegorov/TASS
Автор фото, Hulton Archive
Русская служба Би-би-си попросила авиационных экспертов, включая представителей крупнейших мировых авиастроительных корпораций Boeing и Airbus, объяснить особенности конструкции современных авиалайнеров.
Почему у самолета крылья снизу?
Автор фото, Getty Images
Низкорасположенное крыло более безопасно при аварийных посадках даже при полных топливных баках. В 2009 году А320 компании US Airways приводнился на реку Гудзон сразу после взлета. Все пассажиры и экипаж спаслись
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
Ан-158 проще садиться на плохо подготовленные полосы
Схема «высокоплана» тоже имеет свои преимущества. Самолетам с пропеллерами удобней располагать их выше от земли, а реактивные высокопланы, такие как украинский Ан-158, могут приземляться на аэродромах с не очень хорошо подготовленной полосой, где есть опасность того, что пыль или мелкие камни могут попасть в двигатели.
Почему у самолетов два реактивных двигателя, а не один, три или четыре?
Расцвет гражданской авиации пришелся на послевоенные годы, и некоторое время турбореактивные (без пропеллера) и турбовинтовые (с пропеллером) двигатели соперничали друг с другом.
Тяжеловозы А380, А340 и B747 все еще используют по четыре двигателя (Россия планирует добавить к ним модернизированный Ил-96), до сих пор летают трехдвигательные DC-10 и Ту-154, но в мировой авиации давно наметилась тенденция делать пассажирские самолеты, даже большие и тяжелые, с двумя моторами.
Автор фото, Marina Lystseva/TASS
Новейший российский лайнер МС-21 построен по схеме, ставшей классической
Почему двигатели находятся под крыльями?
Теперь на абсолютном большинстве новых лайнеров двигатели подвешены на пилонах под крыльями. Это может показаться странным, ведь два тяжелых авиационных мотора должны создавать большую нагрузку на крылья, которым и без того приходится поддерживать весь самолет. Не лучше ли, например, оставить их в задней части фюзеляжа, как это делали поколения авиаконструкторов?
Схема расположения двигателей в хвостовой части самолета, от которой сейчас отказываются производители больших авиалайнеров, долгое время была очень популярной. Вспомним советские Ту-154, Ту-134, Як-40, Як-42, Ил-62, американский Boeing 727 и многие другие. Она имеет определенные преимущества, поскольку позволяет сделать крыло более тонким, аэродинамически более совершенным.
Кроме того, если в полете откажет один двигатель, и самолет сможет продолжать полет на втором, то в случае, если тот будет расположен под крылом, самолет неизбежно будет немного разворачивать (попробуйте толкать детскую коляску одной рукой, взявшись за ручку с краю). Это немного дискомфортно для пилота, но не так уж опасно. Когда двигатели находятся в хвостовой части, экипаж не будет испытывать даже и этого дискомфорта.