Страницы

▼

Технологии природы

С самого момента нашего появления мы не устаём удивляться изобретениям природы. Тысячи лет назад наши предки учились у хищников подкрадываться и охотиться. Но и сейчас, несмотря на все наши технологии, природа не утратила свою привлекательность. Многие изобретения появились благодаря тому, что мы подсмотрели в растительном и животном мире.

Приспособление намибийского жука для сбора воды


Африканская пустыня Намиб не избалована дождями. Земля здесь раскалена до предела, однако каждое утро на песчаные дюны милосердно опускаются лёгкие клубы тумана. Для намибийского жука это идеальные условия существования.

Капли воды из тумана собираются на надкрыльях жука и по желобкам, покрытым водоотталкивающим составом, стекают к его голове. Надкрылья усеяны маленькими гидрофильными выпуклостями. По мере накопления влаги капли становятся больше и, в конце концов, соскальзывают в сторону рта жука, который утоляет ими свою жажду.

Инженеры из Массачусетского технологического института позаимствовали эту конструкцию, чтобы создать материал, способный собирать воду из воздуха. Вещество, созданное из стекла и пластика и усеянное крошечными выпуклостями, очень похоже на губку. Оно является простым и дёшевым в изготовлении – нужно всего лишь нанести гидрофильные выпуклости на листы из водоотталкивающих материалов. Если этим веществом покрыть туристическую палатку, то можно будет каждое утро набирать дневной запас воды.

Кроме того, благодаря инфракрасным отражателям на своих надкрыльях намибийский жук обладает высокой устойчивостью к жаре. Это может помочь в областях, которые нуждаются в термостойком оборудовании – таких, как проектирование ракет, например.

Живые микророботы-миноги


Несомненно, работа врачей была бы намного проще, если бы они могли проникнуть внутрь тела пациента и определить точную причину боли или болезни. Компьютерные технологии обычно дают зернистые изображения с низким разрешением, в то время как аппараты для МРТ являются громоздкими и дорогими.

Изобретение небольших роботов, способных путешествовать по телу вместе с кровью, решило бы многие проблемы медиков. «Киберплазма» – это робот, который в некотором смысле является «живым».

Киберплазма оснащена сенсорами, взятыми из реальных клеток млекопитающих; она реагирует на химические вещества и свет так же, как и живой организм. Помимо комплекта сенсоров света и запаха, которые подпитываются глюкозой, миниатюрный робот также оснащён электронной нервной системой. Она преобразовывает раздражающие воздействия в электрические сигналы, фактически выполняя функции мозга.

Киберплазма смоделирована по образцу миног. Это рыба-паразит длинной трубкообразной формы. Она обладает простой нервной системой, которую легко сымитировать и встроить в робота. Со временем робот-минога может быть использован для путешествий внутри человеческого тела в поисках опухолей, тромбов или химических веществ.

Робот-рука, созданный по образцу слоновьего хобота


Хобот слона состоит из 40 000 мышц, и он такой же проворный, как и человеческие руки. Им одинаково удобно собирать яблоки с ветки и выдергивать деревья вместе с корнем. Эта универсальная «конструкция» вдохновила учёных на создание роботизированной руки. Немецкая компания "Festo" разработала "Bionic Handling Assistant" («Бионическую руку-помощник») – конечность, которая объединила ловкость человеческих рук с возможностями механики.

Имеющий четыре металлических когтя, робот обучается так же, как и человек – методом проб и ошибок. Пытаясь достать и захватить объекты, он начинает «понимать», какие мышцы ему нужно задействовать. Робот способен воспроизводить движение, которое он запомнил, путём корректировки давления в трубках, вмонтированных в его искусственные мышцы.

Хобот изготовлен из полиамида; структура этого материала достаточно прочна, чтобы поднимать тяжёлые веса, и в то же время достаточно гибкая, чтобы выполнять такие тонкие процедуры, как сбор яиц. Робот пригодится на производствах, в лабораториях и больницах, где он сможет выполнять работу, предназначенную для человеческих рук.

Сверхскоростные поезда, зимородки и совы


Когда сверхскоростные японские «поезда-пули» выскакивают из туннеля, они, благодаря форме своего носа, издают оглушительный хлопок. На высоких скоростях поезд создаёт перед собой стену из сжатого воздуха, которая препятствует его движению и увеличивает расход топлива.

Решение данной проблемы подсказали птицы.

Зимородок может похвастаться обтекаемым клювом, который очень практичен для рыбалки. Благодаря заострённой форме своего носа, птица способна погружать его в воду без всплесков. Вода, вместо того чтобы создать препятствие для клюва, расступается перед ним.

Эйджи Накатсу, инженер и орнитолог, поменял закруглённый нос сверхскоростного поезда на форму, которая имитирует клюв зимородка. Теперь поезд, развивающий скорость до 300 километров в час, испытывает меньшее сопротивление воздуха и потребляет меньше энергии.

Кроме того, он кое-что взял и от совы, что позволило понизить уровень шума. Конструкция носа похожа на совиные крылья, которые настолько бесшумны, что их не слышат даже мыши.

Мягкотелый робот-осьминог


Кто сказал, что роботы должны быть твёрдыми и металлическими? Команда исследователей из Италии обнаружила преимущества мягкого тела осьминога. Обладающий способностью плавать, удерживать предметы и ползать, робот-осьминог использует намного меньше вычислительных мощностей для своего функционирования.

В отличие от твердотельных машин, которые совершают геометрически правильные движения, роботы-осьминоги способны плавно сжиматься и скручиваться. У них нет жёстких конечностей и неподвижных соединений, и это является большим преимуществом.

Роботам, смоделированным на основе жёсткого каркаса, требуются сложные программы и механизмы, которые не позволят им столкнуться с другими объектами. Их движения могут представлять опасность для окружающих людей.

Мягкие роботы намного безопаснее. Они могут скручиваться, принимая новую форму, и хорошо приспосабливаются к окружающей обстановке. Гибкое тело позволяет использовать их при проведении спасательных операций и прочих работ без предварительной перенастройки программы.

Розы-киборги


Знаете ли вы, что розы могут быть электропроводными?

Магнусу Берггрену и его команде исследователей из Швеции удалось этого добиться, вживив в растения микроскопические провода. После замачивания розы в органическом полимерном растворе с её стебля сняли кожицу и обнаружили, что он пронизан тонкими полимерными «проводами». Позже оказалось, что они электропроводны.

Этот метод предоставил учёным возможность контролировать физиологию роз, например, не позволять им расцветать накануне заморозков или не давать засохнуть раньше времени. Это усовершенствование не коснулось плодов и семян.

Так как постоянные вмешательства способны негативно повлиять на экосистему, это изобретение может быть легко включено или выключено. 

Противомикробные катетеры из акулы


Акулья кожа, благодаря своей гладкости и долговечности, пригодна для изготовления самых разных вещей, от купальников до обуви. Но вот катетеры из неё стали полной неожиданностью.

В каждой больнице борются с микробами. Не секрет, что при таком большом потоке людей, которые не только передвигаются внутри больницы, но и приходят с улицы, на поверхностях могут легко осаждаться микробы, распространяющие болезни от одного пациента к другому.

Инженер Тони Бреннан обнаружил, что нет ничего чище, чем акулья кожа. Её поверхность усеяна крошечными зубчиками, которые оберегают тела акул от прилипания к ним слизи, водорослей и моллюсков. К счастью, акулья кожа оказалась способной защитить и от многих болезнетворных бактерий вроде кишечной палочки.

"Sharklet" – это компания, которая использует данное свойство. Она продолжает работать над его применением. Их следующим шагом должно стать изобретение катетеров из акульей кожи, которые могли бы помочь предотвратить занесение инфекций.

Способные к гибернации организмы помогают хранить вакцины, 
ДНК и стволовые клетки


Благодаря гибернации (глубокий сон с многократным замедлением обмена веществ), некоторые растения способны к «воскрешению». Пустынный мох, который высыхает при высоких температурах, кажется мёртвым в течение многих лет и даже десятилетий. Но как только возвращаются дожди, растение снова начинает пышно расти и зеленеть.

Тихоходки, микроскопические беспозвоночные, также являются одними из самых жизнестойких организмов на Земле. Они побывали в космосе, их подвергали воздействию экстремальных температур (от нуля до 150 градусов по Цельсию), обрабатывали радиацией и держали годы без воды.

В ответ на это тихоходки начинали сохнуть. Но затем, как только окружающие условия снова становились благоприятными, они пробуждались. Артемии, нематоды, пекарские дрожжи – это лишь немногие примеры живых существ, способных к гибернации.

При неблагоприятных условиях вода в этих организмах просто заменяется сахаром. По мере того, как сахар застывает и превращается в кристаллы, организмы входят в состояние анабиоза. Конечно, для человека этот метод смертелен, но от него есть польза и для нас: вакцины, ДНК и стволовые клетки теперь могут быть сохранены в течение более длительного периода времени.

Каждый год два миллиона детей умирают от болезней, которые можно легко предотвратить. Вакцины быстро погибают в условиях жаркого климата, но этот сахарный консервант в виде микроскопических кристалликов внутри вакцин продлевает их срок годности до нескольких лет.

Робот, передвигающийся по воде, как водомерка


Водомерки могут ходить по воде благодаря «коже», которая покрывает поверхность жидкости. Это явление известно как поверхностное натяжение (прилипание однородных молекул друг к другу).

Недавно инженеры создали прыгающего по воде робота. Этот робот мягкотелый и весит всего 68 миллиграммов. Ранее уже были созданы роботы, способные ходить по воде, но этот является уникальным именно потому, что он не ходит, а прыгает по поверхности, не погружаясь в неё.

Исследователи сумели его сделать благодаря наблюдениям за водомерками. Эти насекомые ускоряют движение своих ног постепенно, не отрываясь от воды до самого последнего момента. Они отталкиваются с силой, не превышающей силу поверхностного натяжения.

Робот, «позаимствовавший» эту тактику, постепенно наращивает усилия для прыжка, но не выходит за пределы прочности водяной «кожи». Он имитирует движение ног блохи и способен прыгать на расстояние, равное 14 сантиметрам. Этот миниатюрный робот может оказаться полезным для сбора информации и при аварийно-спасательных работах.
 Глаз лобстера – лучший рентген


С рентгеновским излучением трудно работать, именно поэтому размеры рентген-аппаратов в аэропортах являются такими огромными. Но недавно учёным удалось создать изобретение по образцу глаз лобстеров, которые обладают характеристиками намного лучшими, чем рентген.

Глаза лобстера воспринимают свет путём отражения. Они покрыты квадратами, похожими на плоские зеркала, которые отражают свет под точными углами для формирования изображений с любого направления. Такая конструкция оказалась полезной для астрономов, которым нужны телескопы, улавливающие наличие рентгеновских лучей в определённых областях космоса.

Ракообразные вдохновили учёных и на создание других изобретений, таких как микрочипы и рентгеновский аппарат «Глаз лобстера». Этим «фонариком» можно просветить стальную стену толщиной до 8 сантиметров. Когда устройство посылает сквозь стену поток маломощных рентгеновских лучей, часть из них отражается от находящихся за ней объектов. Эти сигналы попадают в трубки и создают изображение – так же, как это делают глаза лобстеров. Данное изобретение может оказаться полезным при поиске украденных или нелегально перевозимых предметов.