Часто одни и те же идеи зарождаются одновременно сразу в нескольких головах. И не только в головах братьев по виду! Не верите? Приглядитесь: мир вокруг кишит изобретениями и механизмами! Они растут под ногами, плавают в пруду, стрекочут под боком. Осталось только разобраться, как они работают. И без специальной науки — бионики — тут не обойтись.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №5(45). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

«Человек есть средоточие Вселенной и цель всех совершающихся в мире событий», — эта аксиома антропоцентрической философии передается из поколения в поколение ещё с Античности. Дополним картину мира теорией эволюции, в частности антропогенеза; и вот он, человек — «венец творения» природы, совершенное конечное звено в эволюционной цепи, которое и к самой природе уже не имеет никакого отношения! Но даже мысля так, мы сталкиваемся с парадоксальным человеческим любопытством: не желая иметь с животным началом ничего общего, стремясь отдалиться от «дикой» природы, мы всё равно присматриваемся к «несовершенным» с нашей точки зрения существам, перенимаем их формы, структуры, механизмы.

Человеческий интерес к «разбиранию» природы со временем оформился в отдельную научную дисциплину — бионику. Это прикладная наука о применении в технике принципов живой природы — организации форм живого, его свойств, функций и структур. Фактически бионические модели подражают природе. Даже синонимичный термин биомиметика, чаще используемый в англоязычных исследованиях, происходит от греческого слова mimesis — «подражание».

Так что же мы копируем? Классический пример бионики — крылья, которые человек так старательно пытался сконструировать на протяжении нескольких столетий. В истории известны как минимум три крупные попытки, не считая легендарного полёта Икара. В IX веке андалусский эрудит, изобретатель, врач, инженер и поэт Аббас ибн Фирнас, сделав крылья из перьев и ткани, натянутой на деревянные распорки, спрыгнул с башни Великой мечети в Кордове. Правда, эти крылья больше напоминали зонтик или парашют. Поэтому удержаться в воздухе не получилось; приземлился инженер благополучно, отделавшись лишь незначительными травмами.

Второй, менее удачный полёт совершил в XI веке английский монах Эйлмер Малмсберийский, попытавшись взлететь при помощи механических крыльев. «Он… закрепил крылья к своим рукам и ногам таким образом, что, приняв миф за истину, он мог бы летать подобно Дедалу, и, используя бриз, спрыгнув с крыши башни, он пролетел больше фарлонга (201 м). Но не справившись с силою ветра и движением воздуха, понимая опрометчивость его поступка, он упал, сломав обе свои ноги, и стал хромым после этого», — писал об этом полёте другой монах того же аббатства по имени Уильям.

Но наиболее обстоятельно к полётам подошёл, конечно, итальянский учёный и изобретатель Леонардо да Винчи. Полёт птиц и летучих мышей одновременно завораживал его и интересовал как физическое явление. Уже в 1480‑е годы учёный всерьёз увлёкся разработкой летательной машины — орнитоптера. А в 1505 году даже составил «Кодекс о полёте птиц» — сборник принципов полёта пернатых и описаний собственных летательных машин.

Поначалу да Винчи, как и другие, пытался создать крылья, приводимые в движение лишь мышечной силой человека. Разуверившись в этой затее, он стал размышлять о летательном аппарате, к которому человек не был бы непосредственно прикреплён, чтобы мог управлять им, сохраняя полную свободу.

Как можно более точное предсказание погоды всегда было актуальной задачей. И биоников, и непричастных к науке интересовало, как же «угадывают» приближение шторма морские животные. Когда обычный барометр ещё не показывает никаких признаков опасности, дельфины уже ищут укрытие за скалами, киты уходят в открытое море, а мелкие ракообразные выходят на берег. Разгадка таланта обитателей вод связана с обнаружением «голоса моря».

Красивое название описанному им явлению придумал советский академик Василий Шулейкин. Дело в том, что при приближении бури постепенно нарастают скорость ветра и высота волн, а с ними увеличивается и сила инфразвука, возникающего при обдувании ветром морских волн. Распространяясь со скоростью 1500 м/с, инфразвуковые колебания значительно опережают движение породившего их урагана. Их-то и улавливают морские обитатели при помощи специальных органов. Например, у медузы есть «инфраухо», которое чувствует колебания частотой 8–13 Гц — тот самый инфразвуковой «голос моря».

Такое «ухо» состоит из множества мельчайших пузырьков с жидкостью, которые расположены на краю зонтика. Пузырьки называются статоцистами, или слуховыми колбочками, и обычно они висят на стебельках и колеблются. Вода, которая окружает медузу, — тоже, а перед штормом — ещё как! В ясную погоду колебания жидкости в колбочке и воды в океане различаются, но когда приближается буря, частота колебаний воды в океане меняется и в какой-то момент совпадает с частотой колебаний жидкости в статоцистах, вызывая резонанс и увеличение их амплитуды. Статолиты приходят в движение и раздражают нервные окончания. Возбуждение передаётся в нервный центр. Медуза понимает, что вокруг происходит неладное, и спешит в открытое море, чтобы не разбиться о скалы или не оказаться на берегу. «Инфраухо» изучили биофизики из МГУ имени М.В. Ломоносова и создали по его принципам автоматический предсказатель бурь. 

«Уже сконструирован прибор “ухо медузы” — в нём сходство с оригиналом не только в названии: он довольно точно имитирует чувствительный к инфразвуку орган медузы. Работает прибор с большой точностью: о приближении шторма предупреждает за 15 часов», — в 1965 году писал советский биолог и популяризатор науки Игорь Акимушкин в книге «Куда? и Как?».

Аппарат состоит из рупора, чувствующего колебания воздуха частотой около 10 Гц, резонатора, пьезодатчика (он превращает пойманные сигналы в импульсы электрического тока), усилителя и измерительного прибора. Во включённом аппарате медленно вращается рупор, выискивая штормовые инфразвуки. При их обнаружении он останавливается в том направлении, откуда надвигается шторм. С помощью системы указателей аппарат передаёт на капитанский мостик световой или звуковой сигнал о приближении бури.

Кстати, пользу такой аппарат приносит не только на море, но и на суше: с его помощью можно предсказывать губительные для сельскохозяйственных посевов ураганы.

Пока советские учёные тестировали на профпригодность новые барометры, в Швейцарии был создан другой продукт бионики, ставший классическим, — застёжка-липучка. Идея её создания возникла ещё в 1941 году, когда после утренней прогулки швейцарский инженер Жорж де Местраль в очередной раз снимал репейник со своей собаки. Удивляясь цепкости колючих соцветий, он аккуратно снял их с шерсти животного и поместил под микроскоп. Репейник оказался покрыт сотней крошечных, но цепких крючков, которые мгновенно и прочно «приклеивались» даже к незначительным колтунам на шерсти или микроскопическим ворсинкам на одежде. Тогда Местраль задумался: что, если площадь поверхности липучего шарика будет в несколько раз больше? А если шарик раскатать в дорожку? И в 1955 году инженер запатентовал застёжку-липучку, которая сегодня встречается везде: от школьных рюкзаков до экипировки космонавтов. В англоязычных странах её так и называют — hooks and loops («крючки и петли»).

Звукоизоляция на основе структуры перьев совы; клейкий, как паутина, бинт; обшивка для судов, подобная острым чешуйкам акульей кожи, — список современных бионических устройств продолжает расширяться.