7 изобретений, которые люди подсмотрели у природы

Лучшие инженерные гении живут не в лабораториях, а в лесах, полях и океанах. Оказывается, многие прорывы человечества — всего лишь удачно подсмотренные у природы идеи.

1. Шприц для микроинъекций

Пчелиное жало — это не просто острая игла, а сложный автономный механизм. После того, как пчела теряет свое жало, этот крошечный инструмент продолжает работать независимо. Он углубляется в ткани, одновременно перекачивая яд из специального резервуара. 

Австралийские исследователи, детально изучив этот механизм, создали его точную 3D-модель. Их работа открывает путь для медицинских устройств нового поколения — миниатюрных и автономных, способных прочно прикрепляться к коже для точечной и длительной доставки лекарств. Один из первых прототипов уже успешно имитирует работу жала, мягко прокалывая ткани и закачивая препарат именно туда, где он нужен.

2. Лампочки

Мерцающий огонек светлячка, видимый ночью за десятки метров, — результат миллионов лет эволюции, подарившей жукам способность к свечению. А светится этот жук благодаря тому, что в его брюшке есть фотогенные клетки, содержащие небольшие молекулы — люцефирины. Под влиянием особого фермента — люциферазы — эти молекулы окисляется и выделяется энергии. При этом она не идет на нагревание, как, например, у лампочки накаливания, а практически целиком переходит в холодный свет. 

Создатели светодиодов столкнулись с противоположной проблемой: значительная часть генерируемого света не могла выйти наружу, теряясь в отражениях внутри кристалла. Из-за этого эффективность лампочек оставляла желать лучшего.

Вдохновившись светлячками, инженеры из Кореи и США нанесли на поверхность светодиодов специальное напыление из похожих асимметричных микроскопических пирамидок. Это простое, но гениальное решение увеличило светоотдачу лампочек до 90%, сделав дома ярче и значительно сократив энергопотребление.

3. Светоотражающие знаки

Однажды темной ночью 1930-х годов англичанин Перси Шоу возвращался домой на автомобиле по серпантину, едва видному в кромешной тьме. Спасительным ориентиром стали два ярких огонька, сверкнувших в свете фар — это были глаза домашнего кота, притаившегося у обочины. А светились они благодаря тапетума — особого слоя клеток позади сетчатки, который действует как идеальное зеркало, возвращая свет обратно к его источнику.

Эта история натолкнула Шоу на мысль о создании дорожного отражателя. В отличие от простых зеркал, его изобретение с округлым основанием отражало свет дважды, делая сигнал видимым для водителей с любого ракурса.

Позже технологию начали массово использовать в виде столбиков вдоль дорог, а сегодня она спасает жизни пешеходов, превращаясь в светоотражающие брелоки и нашивки. За свое гениальное решение, подсмотренное у обычного кота, Перси Шоу был удостоен ордена Британской империи.

4. Шумоизоляция

Для совы, часто охотящейся в темноте, слух — главное оружие. Но чтобы услышать малейший шорох добычи, ей нужно двигаться абсолютно бесшумно. Этой цели служит все ее оперение. Каждое перо хищной птицы покрыто микроскопическими пушистыми структурами, а по переднему и заднему краю крыла расположены особые щетинки и эластичная бахрома. Вся эта сложная система работает как превосходный поглотитель звука, гася вибрации и разрывая воздушные потоки, которые рождают шум.

Исследователи, вдохновившись этим природным решением, создали материал, который копирует принцип строения совиного пера. Такое покрытие для лопастей турбин и вентиляторов позволяет значительно снизить уровень производимого ими шума. Принципы бесшумного полета совы находят применение и в других областях, например, в проектировании электромагнитных подвесок для автомобилей.

5. Скоростной поезд

Когда в 1960-х годах в Японии запустили первые скоростные поезда, инженеры столкнулись с неожиданной проблемой. При выезде из тоннеля состав издавал оглушительный хлопок, похожий на взрыв, который был слышен за несколько километров. На огромной скорости поезд, как поршень, сжимал перед собой воздух, создавая плотную подушку. При выходе на открытое пространство эта стена воздуха срывалась, порождая ударную волну, которая не только пугала людей, но и замедляла состав, увеличивая расход энергии.

Решение нашел инженер-орнитолог Эйдзи Накацу, который в свободное время увлекался наблюдением за птицами. Он обратил внимание на зимородка — маленькую птицу, которая с высоты пикирует в воду практически без брызг. Секрет оказался в обтекаемой форме ее клюва, плавно переходящей от округлой головы к острому кончику. Эта форма позволяла птице «разрезать» воду, минимизируя сопротивление.

Накацу предложил сделать носовую часть поезда вытянутой и заостренной, точно клюв зимородка. Это простое изменение позволило поезду плавно «входить» в воздушную стену. Так удалось устранить проблему хлопка, снизить сопротивление воздуха и повысить общую аэродинамику состава. 

6. Гидролокатор

Под водой, где видимость часто равна нулю, дельфины (или киты?) ориентируются с поразительной точностью. Они испускают серии щелчков и кликов — звуковых волн, которые, наталкиваясь на объекты, возвращаются обратно в виде эха. Улавливая это эхо, животное с легкостью определяет не только расстояние до цели, но и ее размер, форму и даже структуру. Эта природная система эхолокации работает с точностью, недоступной большинству созданных человеком приборов.

Принцип, который дельфины используют миллионы лет, лег в основу технологии гидролокатора (сонара). Инженеры разработали устройства, которые посылают в толщу воды звуковые импульсы и анализируют отраженный сигнал. Эта технология позволила судам «видеть» дно, избегать подводных препятствий и находить затонувшие объекты. Таким образом, дельфин стал прообразом для одного из ключевых навигационных изобретений XX века.

7. Застежка-липучка

Идея одной из самых гениальных и простых застежек пришла в голову швейцарскому инженеру Жоржу де Местралю вовсе не в лаборатории, а во время прогулки с собакой. Вернувшись домой, он с досадой обнаружил, что шерсть его спаниеля и его собственные шерстяные носки сплошь облеплены колючками репейника. Вместо того чтобы просто выбросить колючки, любопытный изобретатель решил рассмотреть их под микроскопом.

То, что он увидел, оказалось чудом инженерной мысли. Каждая колючка была оснащена десятками крошечных крючочков, которые цеплялись за малейшие петельки и ворсинки на ткани или шерсти. Инженер понял: природа создала идеальную систему крепления, позволяющую семенам растения путешествовать на большие расстояния.

Местраль потратил годы на то, чтобы воспроизвести этот принцип. В итоге ему удалось создать две нейлоновые ленты: одну с множеством крючков, другую — с не менее многочисленными петлями. Так на свет появилась застежка-липучка, которая сегодня надежно скрепляет все — от детской обуви и курток альпинистов до элементов скафандра космонавтов.