БИОНИКА

Природа даёт человеку множество примеров для технических изобретений. Бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

Шарниры

Самое простое в природе и технике сочленение — шарнирное. Оно позволяет вращаться одной части вокруг другой и при этом не сдвигаться с места.

Тихоокеанские сердцевидки-великаны, для того чтобы сложить две свои створки, ракушки используют шарниры. Величина тихоокеанских сердцевидок-великанов достигает почти 15 сантиметров, и поэтому их сочленение хорошо видно невооруженным глазом. У меньших по размерам сердцевидок наших побережий оно точно такое же. Левая створка, имеющая выступ, попадает в углубление правой, и наоборот. Это шарнирное соединение состоит только из двух частей, которые очень прочно смыкаются друг с другом, выполняя свою задачу наилучшим образом.

Если в технике шарнир может состоять из трех частей, то в природе он состоит только из двух. Этот более компактный вид шарнира был со временем разработан и в технике. Вспомним защелкивающуюся крышку, например крышку шампуня, для шарнира которой необходимы только две части. Они изготавливаются с помощью литья под высоким давлением.

Технические шарниры. Технические шарниры можно приобрести на любом строительном  рынке.   Их применяют,   например,   для   того, чтобы прикрепить крышку к ящику. При этом крышка легко открывается и закрывается. Шарнирами снабжено большинство очечников. Их крышка плотно соединяется с нижней частью и не может соскочить, поэтому, когда такой футляр кладут в  карман, очки не выпадают.  Технические шарниры     обычно состоят из двух частей, которые соединяются друг с другом с помощью стержня.  При этом возможно единственное движение — вращение двух половинок вокруг соединительного стержня: сложить — разложить.

Экскаваторы

Для того чтобы схватить предмет или просверлить дырку, в природе и в технике используются одинаковые методы.

Ловчие   птицы.   Раньше орлов и их родственников относили к группе хищных птиц, сегодня их называют ловчими. Такое название объясняется самим принципом охоты птиц. Чтобы удержать добычу, они цепко обхватывают свою жертву и впиваются в нее острыми когтями. Из таких объятий вырваться невозможно. Беркут охотится на мелких млекопитающих и птиц. Своими сильными и цепкими когтями он, например, намертво впивается в шкуру молодых сурков. Скопа и орлан-белохвост питаются чаще всего рыбой, которую можно поймать на поверхности воды. Их удлиненные лапы с очень острыми загнутыми когтями и грубой жесткой чешуйчатой внутренней стороной позволяют им впиваться в скользкую, готовую в любой момент ускользнуть рыбу так, что та уже не может вырваться.

Лапы 290 видов ловчих птиц имеют свои различия: природа позаботилась о том, чтобы «захватывающий аппарат» был приспособлен для охоты на определенный вид добычи. Таким образом, птица всегда может добыть пропитание.

Присоски

Осьминог. Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.

На щупальце осьминога хорошо видны присоски, расположенные плотными рядами.

Коврик с присосками — заимствование у природы.

Технические присоски. Если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нем. Присоска слегка закруглена и расправляется при соприкосновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум, и присоска прикрепляется к стеклу. Квакши обыкновенные хорошо удерживаются на листьях и деревьях с помощью присосок, находящихся на концах их лапок.

Движение с помощью  колебаний

Чтобы подводные лодки могли двигаться, они снабжены вращающимся корабельным винтом. Он создает силу тяги и приводит лодку в движение. В природе также есть подобные приспособления: лапки, плавники и крылья. При движении вперед, тунец машет своим хвостовым плавником слева направо. У дельфинов и китов, напротив, плавник движется вверх и вниз. При этом техника плавания существенно не меняется — в основе ее лежит колебание.

Лодка с «плавниками». В то время как техника использует принцип вращения, природа использует принцип колебания. Можно ли колебание применять в технике?

Инженеры рассчитали, что тяга при колебании плавников эффективнее, чем тяга судового винта, и при этом затрачивается меньше энергии. С конца хвоста — начала xx столетия появилось множество патентов, в которых делались попытки приводить в действие лодки и даже субмарины с помощью колебаний. Но только недавно удалось создать настоящие подводные «лодки-рыбы», хотя и небольшого размера. Они приводятся в действие колеблющимся плавником, который похож на плавник тунца.

Двойные плавники. Тот, кто плавает с ластами, быстрее продвигается вперед, чем тот, кто плавает без них. Водолазы двигают обоими ластами поочередно. У рыбы же лишь один хвостовой плавник. Дает ли это ей преимущество? Этот вопрос не оставлял изобретателей, и они создали «двойной плавник», который надевается сразу на обе ноги, чтобы двигать этим большим   «плавником», водолазы   должны   использовать всю мускулатуру ног, живота и спины. Тот, кто научится этому, будет удивлен, как легко он продвигается вперед. Очевидно, что использование     только     одного большого   плавника   — лучшее решение проблемы быстрого плавания.  

Строительный материал — известь

Морские ежи — мастера в использовании извести. Они создают из этого многофункционального материала очень многое, например свои панцири и зубы.

Надежный известковый панцирь. На берегу моря часто находят прибитые к берегу панцири морских ежей. Если с усилием надавить на них пальцами, то они распадутся на шестиугольные пластинки. Рассмотрев их края, можно заметить, что они относительно толстые. Пластинки скреплены в чрезвычайно прочный панцирь.

Зубной аппарат и зубы. Морской еж имеет в области рта сложный аппарат, который управляет пятью зубами. С давних времен его называют «фонарь аристотеля». Своими твердыми зубами морские ежи могут скоблить и растирать. При этом зубы полностью состоят из извести. Как получается, что у морского ежа прочный, но относительно мягкий панцирь и очень твердые зубы состоят из одного и того же материала?

Характерный признак «фонаря аристотеля» — пять зубов.

Дело в том, что отдельные молекулы известкового материала выступают в различной последовательности. В зависимости от их последовательности и в некоторой степени в зависимости от содержания других веществ может создаваться губкообразный легкий известковый слой или пластинчатый твердый слой (как у зубов). Этот факт, представляющий интерес для техники, в настоящее время широко исследуется.

Хитин - строительный материал насекомых и ракообразных

Насекомые, пауки и раки создают свои панцири из хитина. Это природное вещество может оказаться полезным и для человека.

Множество   функций. Хитин - это многофункциональный материал, который можно использовать для различных целей, изменяя его соответствующим образом. В остов из хитиновых молекул могут, например, входить другие вещества, делающие хитин более твердым. Именно это можно наблюдать у жал пчел и ос, которые, не сгибаясь и не ломаясь, должны проникать в ткани или у тонких, но твердых частей сочленений крыльев мух и пчел, выдерживающих большую нагрузку.

Применяемый в других последовательностях,   хитин может быть очень мягким. Это используют, например, членистоногие — в суставной коже между пластинами или трубками панциря из хитина. Только благодаря этому пластины могут сдвигаться, при этом вредные вещества не проникают в тело насекомого   между  отдельными пластинами.

И, наконец, в хитин может примешиваться известковый материал, благодаря чему панцирю придается жесткость. Ракообразный используют эту возможность, чтобы защититься от врагов.

Материал будущего. Хитин — это нарастающий материал. Его можно получить, кроме всего прочего, из панцирей крабов северного моря и потом облагородить с помощью различных химических процессов. Хитин может стать важным материалом будущего, причем он будет иметь множество отраслей применения. Особенно большое значение этому материалу придается в медицине и в фармацевтике, так как человеческое тело не воспринимает хитин как инородное тело и поэтому не отторгает его. С помощью наложения хитина можно, например, значительно усовершенствовать лечение ожогов.

Пинцеты

Техника использует специальные инструменты: клещи и пинцеты. Природа же работает с многочисленными «комбинированными приборами».

Веретенники.   Своим длинным    15-сантиметровым клювом веретенник ощупывает землю, втыкая его в мягкую почву. При этом кончик клюва птица в нужный момент открывает и закрывает. Таким образом ей легко хватать маленьких червяков и другую добычу. Ее тонкий клюв родит довольно глубоко в землю, и оттуда птица достает себе пищу.

Клюв — это комбинированный инструмент. Тонкий клюв веретенника является, как и клещи муравьиного льва, одним из видов комбинированного инструмента. До захвата пищи клюв сжат и служит в качестве ковыряющего и ищущего инструмента. Только глубоко в земле он открывается, словно две створки пинцета, выполняя в этом случае функцию точно работающего хватающего механизма. Природа создала инструмент, который способен решить большое количество задач.

Пинцет.  Человек изобрел инструмент, который выполняет те же функции, что и клюв веретенника. Это пинцет. Его острые концы легко проникают под верхний слой предметов. Сжав пальцами обе половинки пинцета, можно захватить даже самые мелкие предметы. Если отпустить их, пинцет разожмется и выпустит предмет. Преимущество инструмента, обе половинки которого движутся навстречу друг другу, состоит в том, что захватить предмет довольно легко. Тоже самое мы наблюдаем, когда работаем ножницами. Если удерживать одну их половину и двигать только другой, можно быстро заметить, насколько труднее режется бумага.