Птица действующий по математическому закону инструмент., сделать который в человеческой власти со всеми его движениями... Леонардо да Винчи

Человек представляет собой высшую ступень развития живой природы не потому, что его чувствительные или рабочие органы и системы лучше, чем у животных. Многочисленные примеры убеждают в том, что у многих животных та или иная система жизнедеятельности во много раз совершенней, чем у человека. Приведем лишь некоторые из них.

Лучшие спортсмены - бегуны на короткие дистанции развивают скорость 4042 км / ч. В мире животных в 23 ра ­ за быстрее бегают гепард, страус и некоторые другие. Более того, относительная скорость передвижения и расстояние, на которое могут перемещаться животные, еще разительнее отличаются от естественных возможностей человека. Коли ­ чество движений, которое человек способен совершить за 1 с, составляет максимум 1012 ( к примеру, постукивания пальцем по столу ) а частота взмахов крыла у обыкновенной пчелы в секунду.

Преимущество человека заключается в уникальной способности мозга к мышлению и способности к общественному труду. В наше время появилось самостоятельное направление в науке и технике, цель которого использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. Это направление было названо бионикой.

Круг вопросов, которые использует бионика, довольно обширен и продолжает расширяться. Для того чтобы полу ­ чить о них представление, лучше всего рассмотреть несколь ­ ко примеров, В 1889 г. в Париже по проекту инженера Ж. Эйфеля бы ­ ла сооружена трехсотметровая металлическая ажурная баш ­ ня, ставшая впоследствии своеобразным символом столицы Франции. Эта конструкция яркий пример единства зако ­ на формирования естественных и искусственных структур. Ученые обнаружили, что силовые линии в конструкциях башни и в костях птиц и млекопитающих распределяются очень сходно, хотя при создании башни инженер не пользовался живыми моделями. Легкая и хрупкая кость, способная выдержать большие нагрузки, стала предметом пристального изучения Ле - Реколе установил, что прочность этих биологических, конструкций обусловлена соответствующим расположепи -' ем и их обрамленных отверстий, соединяемых различным образом, а не плоскостей и пустых пространств. На основе изучения структуры костей и других природных моделей в архитектуре родился принцип дырчатых конструкций, положивший начало разработке новых пространствен ­ ных систем.

Для творчества архитекторов природа предоставляет немало образцов подобных конструкций, например скелеты некоторых глубоководных губок и особенно радиолярий микроскопических организмов, относящихся к типу простейших. Скелеты радиолярий поражают богатством и разнообразием форм и расположением опорных элементов. При удивительной экономии материала они обладают высокой устойчивостью, выдерживая давление воды на больших глубинах. Это яркий пример достижения максимальной проч ­ ности при минимальной затрате материала

Ле - Реколе, исследовав строение некоторых радиолярий, разработал ряд конструкций универсальных ячеек, которые могут быть использованы в создании различных сооружений от перекрытий залов до мостов и плотин. Возможно, в будущем они найдут применение и в оборудовании, пред ­ назначенном для полетов в космос, поскольку в подобных условиях требуется принимать во внимание не только проч ­ ность конструкции, но и количество материала, необходи ­ мого для его изготовления.

Дырчатые конструкции не единственная возможность построения объектов. В природе встречаются разнообразные формы скелетных элементов окружности и овалы, ромбы и кубы, треугольники, квадраты и многоугольники. Комби ­ нируя их, природа создала бесконечное множество сложных красивых, легких, прочных и экономичных конструкций. Части живых организмов нередко построены из элементов СХОДНОЙ формы. Таковы лепестки цветков, чешуи семян злаков, чешуя рыб, панцирь броненосцев и т. д.

Повторяемость однотипных структурных элементов в природе закономерное явление. Естественный отбор сохраняет структуры, Наиболее совершенные в функциональном отношении и наиболее экономные по затрате материала. В этом отношении хорошим примером служит фигура, составленная из плотно сомкнутых правильных шестиугольников или шестигран ­ ников. Она очень часто встречается в природе : панцири черепах, чешуя змей, проводящие сосуды растений содержат в своей структуре шестиугольники. Однако среди этих при ­ родных шестигранных конструкций наиболее замечатель ­ ное творение пчелиные соты. Это самая экономная и са ­ мая емкая форма, единственным элементом которой явля ­ ется шестигранная призма.

Принцип строения живых конструкций из унифицированных элементов используется строителями при возведении секционных домов из однотипных элементов. Конструкция пчелиных сот легла в основу изготовления « сотовых панелей » для строительства жилых домов. Шестигранная призма основной элемент « сотовых » эле ­ ваторов под Новосибирском и в Целинограде. Успешно используют принцип пчелиных построек и гидростроители при наведении плотин и создании других гидротехнических сооружений.

Основоположник современной аэродинамика Н. Е. Жуковский тщательно изучил механизм полета птиц и условия, позволяющие им свободно парить в воздухе. На основании исследования полета птиц появилась авиация.

Еще более совершенным летательным аппаратом в живой природе обладают насекомые. По экономичности полета, относительной скорости и маневренности они не имеют себе равных ни в живой природе, ни тем более в современ ­ ной авиационной технике.

Бабочки адмиралы или репейницы, совершая дальние полеты из Европы в Африку, находятся в воздухе в течение многих часов. Они преодолевают такие гигантские расстояния благодаря высокой экономичности работы своего организма. Бабочки расходуют « горючего » ( жиры, углеводы и др.) гораздо меньше, чем птицы при дальних перелетах или современный самолет. Хотя скорость их полета, казалось бы, невелика по сравнению с современными авиалвйнерами ( самая большая у стрекозы - дозорщика достигает 144 км / ч ), но если сравнивать, сколько раз укладывается длина тела летуна в полете за единицу времени, то окажется, что относительная скорость у насекомых намного больше.

Несравнимо выше и маневренность полета насекомых. Так, некоторые виды мух могут подолгу зависать в воздухе, а затем быстро снижаться и мягко вертикально садиться даже на неровную площадку. Бабочки на лету останавливаются перед цветком, чтобы собрать нектар. Стрекозы, осы, пчелы и бабочки бражники могут передвигаться в воздухе не только вперед, но и назад, вправо, влево, вверх и вниз. Чтобы в полете не возникали вредные колеба ­ ния, на концах крыльев у быстролетающих насекомых име ­ ются хитиновые утолщения. Сейчас авиаконструкторы при ­ меняют подобные приспособления для крыльев самолетов, тем самым устранял опасность вибрации машины.

Полет насекомых процесс сложный и во многом еще не изученный. Однако идея создания летательного аппарата, в основе которого лежал бы принцип полета насекомых, ждет своего разрешения. Изучение способности насекомых к полету открывает перед человеком бесконечное разнообразие оригинальных решений в конструкции летательных аппаратов. Там, где удается раскрыть их секреты, конструкто­ры стремятся создать аналогичные системы. Так, например, была выявлена функция жужжальцев недоразвитых зад ­ них крыльев в виде булавовидных придатков, имеющихся у некоторых насекомых, например у мух. Во время полета жужжальца колеблются в определенной плоскости и служат животному органом, определяющим отклонение от горизон ­ тального положения положения равновесия. На принципе жужжальца был создан прибор гиротрон, применяемый в скоростных самолетах и ракетах для определения углово ­ го отклонения стабильности полета.

Долгое время оставалась загадочной способность летучих мышей летать в полной темноте и ловить насекомых, не задевая встречные предметы. Лишь в наше время было ус ­ тановлено, что летучие мыши могут издавать и восприни ­ мать звуки с частотой выше 20 тыс. Гц, т. е. ультразвуки, недоступные слуху человека. Беспрерывно испуская в поле ­ те ультразвуковые сигналы и воспринимая их отражение от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружающее пространство. У некоторых видов ле ­ тучих мышей ультразвук распространяется через рот, у дру ­ гих видов через ноздри. « Приемником » отраженного звука служат уши, которые у некоторых видов, например ушанов, достигают значительных размеров. С помощью такого ультразвукового » видения летучие мыши способны обна ­ ружить в темноте натянутую проволоку диаметром всего лишь 0,05 мм, уловить эхо, которое в 2 тыс. раз слабее по ­ сылаемого сигнала, на фоне множества звуковых помех мо ­ гут выделить тот звук, который им нужен.

Интересно, что некоторые ночные бабочки также чувст ­ вительны к ультразвуковым сигналам. Они воспринимают импульсы летучих мышей на гораздо большем расстоянии, чем сама мышь, т. е. несколько раньше, чем та может их обнаружить, и таким образом избегают опасности Другие бабочки сами способны издавать ультразвуковые сигналы, которые отпугивают мышей, предупреждая их о несъедоб ­ ности насекомого. Изучение природных ультразвуковых локаторов только начинается. Моделирование локаторов по живым образцам открывает новые перспективы их использования в качестве чувствительных элементов различных технических систем. По аналогии с принципом, лежащим в основе эхолокации у летучих мышей, конструируются модели приборов - лока ­ торов для слепых и приборы для народного хозяйства.

С наступлением осени большая часть птиц покидает свои гнездовья и отправляется в далекое путешествие к местам зимовок ), а весной снова возвращается « до ­ мой *. Птицы летят группами и в одиночку, днем и ночью, в туман и сильный ветер, подчас покрывая огромные рас ­ стояния. Так, в далекую Африку улетают наши горихвост ­ ки, мухоловки - пеструшки, ласточки, журавли, аисты, утки. Замечательны своими дальними перелетами полярные крач ­ ки. В течение трех месяцев они достигают Антарктиды, про ­ летая только в один конец около 16 тыс. км. Способность к навигации у птиц врожденное чувство.

Кукушонок, выросший в чужом гнезде, не летит в ту сторону, куда зовут его приемные родители, а следует традицион ­ ным кукушиным путем, хотя летит впервые.

У некоторых птиц, например у аистов, молодняк улетает зимовать раньше взрослых. Врожденный « птичий компас » укажет молодому аисту правильный путь к незнакомой ему далекой Африке.

Не только птицы, но и рыбы, например лососи, совершают путешествие из океана в родные реки. Преодолевая тече ­ ния и пороги, они плывут на нерест вверх по рекам, стремясь во что бы то ни стало попасть туда, где появились на свет.

Ученые предполагают, что птицы и другие животные днем ориентируются по Солнцу, а ночью по звездам. Оказалось, что у птиц есть своеобразные биологические часы. Птицы хорошо чувствуют и магнитное поле Земли

Инженеры - бионики многих стран работают над выясне ­ нием механизмов ориентации животных, раскрытие которых даст возможность человеку создать принципиально новые навигационные приборы. Не менее интересным и перспективным для использования оказалось проявление электрической активности в живой природе, обнаруженное в конце ХУШ в. знаменитыми учеными Гальвани и Вольта у животных ( лягушки ). В дальнейшем оказалось, что электрическая активность неотъемлемое свойство живой материи. Электричество генерирует нервные, мышечные и железистые клетки всех живых су ­ ществ. Эта способность наиболее изучена у рыб.

в настоящее время известно, что около 300 видов рыб способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По силе и характеру разрядов такие рыбы делятся на сильноэлсктрические южноамериканские электрические угри, африканские электрические сомы и мор­ские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень силь­ные заряды: угри создают напряжение до 600 а, сомы до 350 В. слабоэлектрические обитатели мутных, илистых водо­емов Африки не испускают отдельных разрядов. Они по­сылают в воду почти непрерывные и ритмичные импульсы высокой частоты, создавая вокруг своего тела электрическое поле. Конфигурация этого поля, которую можно предста­вить в виде магнитно-силовых линий, зависит от формы самой рыбы. Таким образом эти рыбы осу ­ ществляют электрическую локацию, позволяющую на рас ­ стоянии найти пищу, избежать встречи с врагами и столкно ­ вения с неодушевленными предметами в мутной воде, где всецело полагаться на зрение не приходится.

Приемы, с помощью которых электрические рыбы ловят добычу и защищаются от врагов, подсказывают человеку технические решения при разработке установок для промыслового электролова или отпугивании рыб от разводимых в водоемах моллюсков и растений. Исключительные перспективы открывает моделирование электрических систем локации у рыб. В современной подводной локационной технике пока не существует систем поиска различных объектов в водной среде, которые работали бы по образцу электролокаторов рыб. Работа по созданию подобной аппаратуры ведется учеными многих стран.

проблемы, так или иначе связанные с бионикой, можно разделить на три группы, Проблемы для решенвя которых достаточно имеющихся знании биологии. решение которых нужно искать, изучая живую природу и совершенствуя биологиче­ские знания. есть вопросы, и, быть может, самые увлекательные, которые природа пока еще таит в себе. Задачи бионики решаются сегодня силами ученых многих специальностей : физиков, химиков, математиков, кибернетиков, инженеров различных специальностей.