Специалисты по бионике учатся плести сети, как пауки, и изобретают подлодки, похожие на рыб

Паучья паутина – уникальна тем, что в несколько раз превосходит по прочности и пластичности не только самые лучшие современные искусственные волокна, но и сталь! Не смотря на то, что ученым уже давно известен ее химический состав, даже использование тех же самых белковых молекул, из которых пауки плетут свои сети, до сих пор не позволяло добиться аналогичных свойств у искусственных волокон. Кроме того, ученые только теоретически предполагали, что паучий секрет кроется в том, как соединяются концы переплетенных между собой белковых молекул в волокне между собой. И только сегодня ученым из Байрейтского университета в Германии, а также Шведского университета сельскохозяйственных исследований в Упсале удалось установить механизмы этого соединения на практике, сообщает журнал Nature.

- Оказалось, что специальные белки в железах пауков хранятся в форме водного раствора, - рассказывает суть открытия профессор Томас Шейбель. - Попадая на механизм плетения паутины, эти белки превращаются в прочнейшие полимерные нити.

Изучив строение белковых окончаний с помощью метода ядерного магнитного резонанса, ученые обнаружили, что белковые молекулы в водном растворе образуют пары, концы которых упакованы под углом 60 градусов друг к другу. При этом, такая структура удерживается присутствием в растворе соли - хлорида натрия. Ученые показали, что при замене хлорида натрия на фосфат, процессе, протекающем при выведении раствора белков на паучий аппарат плетения паутины, структура белков изменяется и они образуют прочный комплекс, где концы белка находятся параллельно друг другу.

Теперь, разгадав секрет пауков, ученые сами готовы сесть за «плетение». В перспективе – создание на основе искусственной паутины саморассасывающихся хирургических швов до волокон, применяемых в автомобильной промышленности. А вот принцип паутины ужа давно заложен и используется в системах растяжки для создания удароустойчивых покрытий.

У летучих мышей и подсолнухов тоже есть «военные» секреты

Вообще, за братьями нашими меньшими инженеры наблюдают давно. Причем, с завистью. Ведь в них кроется успех будущих новейших технологий. Этим занимается такая интересная наука, как биокибернетика, или бионика. Она изучает, как у всех живых организмов - от мухи до кита – устроены нервная система, органы чувств, принципы навигации, ориентации, локации и т. д. И на основе этих знаний ученые пытаются создать новые приборы и механизмы.

Например, широко известно, что разработка радаров основана на изучении аналогичных способностей у летучих мышей. Солнечные батареи - это подобие подсолнухов. Оболочки водных судов имитируют кожный покров дельфинов. Носы кораблей, имеющие борозды для повышения прочности, конструируют по образу и подобию соответствующих органов китов. В ракетах и кораблях применяют навигационные способности голубей. Слона брали за образец при конструировании роботов: от конечностей, имитирующих хобот, и до способа передвижения конечностей. Даже для проведения поисково-разведочных работ в космосе используют систему HAL, копирующую принцип зимней спячки животных.

Муха - совершеннейшее творение природы
А благодаря самой обычной мухе, скоро появится новый вид самолета. Инженеры-аэродинамики считают ее одним из совершеннейших творений природы. Муха до сих пор удивляет ученых быстротой и маневренностью полета, потому что может носиться со скоростью курьерского поезда, меняя направление в доли секунды.

Первым взялся за расшифровку полета мухи кембриджский ученый Чарльз Эллингтон: он сконструировал муху-робота. Оказалось, что в полете вдоль переднего края крыла насекомого возникает мощное завихрение, создающее дополнительную подъемную силу. Приспособление, создающее такой мини-вихрь, возникло у мух в процессе эволюции и совершенствовалось в течение нескольких десятков миллионов лет. Теперь стало понятно, как муха отрывается от поверхности. Но ее маневренность и скорость по-прежнему оставались загадкой.

Тут ученые обратили внимание на то, что предок мухи обладал двумя парами крыльев и вторая пара, деградируя, превратилась в так называемые жужжальца на спине насекомого – остаточные крылья, работающие в противофазе с основными, а попутно выполняющие функцию стабилизаторов гироскопа. Именно к жужжальцам поступают зрительные сигналы от глаз насекомого, и лишь затем уже от жужжалец они, преобразуясь, идут к мускулам, управляющим работой крыльев.

Эти сигналы важны потому, что муха летит не на запах, как раньше думали, - она засекает свою цель визуально! Когда же была проанализирована инженерная сторона дела, то ученые в очередной раз ахнули. Упреждающий сигнал, говорят инженеры, как раз и должен идти на стабилизаторы, а не на двигатели. Именно это придает невероятную мобильность мушиному полету. Все инерционные силы, вызываемые кульбитами и мертвыми петлями, гироскоп и жужжальца тотчас преобразуют в команды крыльям. А специалисты НАСА, озабоченные проблемой создания малошумного самолета, решили попробовать уподобить его крылья совиным.

Бесшумный полет сов давно вызывает восхищение авиаконструкторов. Оказалось, что секрет бесшумности заключается в шероховатостях и неровностях передней части крыльев, а также в бахроме из перьев, свисающей позади них. Теперь в НАСА собираются применить открытие на практике, снабдив крылья будущего самолета специальной звукопоглощающей гребенкой.

Бабочки подарят краску-невидимку

Детальное изучение цветового механизма, ответственного за радужную переливчатость крылышек бабочек, может дать ключ к разработке краски-невидимки для военной техники. Так считают физики университета в Эксетере, которые проводят исследования для военных. Под электронным микроскопом крылышки ярко окрашенных бабочек выглядят, как серые шиферные крыши, - значит, цветовой эффект обусловлен структурой ткани, а вовсе не красящими пигментами. Крылышки покрыты перекрывающими друг друга крошечными чешуйками в 50 раз тоньше человеческого волоса. Каждая чешуйка состоит из множества слоев клеток, разделенных воздухом. Свет проникает в эту структуру, вызывая сложные процессы лучепреломления, что и обеспечивает оптический эффект пестроты и блеска. В перспективе ученые рассчитывают найти ключ к созданию того или иного цвета. В этом случае с помощью определенной комбинации пластиковых чешуек можно будет регулировать окраску, интенсивность цвета и блеска. А практическим итогом этой работы может стать создание сверхчерного покрытия, не отражающего даже инфракрасные (тепловые) лучи: «камуфлированный» таким образом танк или самолет невозможно будет обнаружить в темноте даже с помощью приборов ночного видения.

Макет новой подводной лодки подсказала рыба

Кораблестроители издавна завидовали обитателям морских глубин, способным прорезать толщу воды, затрачивая минимум усилий. Попытки скопировать строение рыб, воспроизводя их из пластика или дерева, неизменно заканчивались неудачей: получались лишь забавные игрушки, далекие от прототипа. И только в этом году ученым удалось разгадать секрет, как рыбы плавают, что сразу подвигло их на совершенствование кораблей.

Проект новой подводной лодки уже утвержден руководством ВМФ Великобритании. Она будет плавать, как рыба: так же быстро, тихо и маневренно и самое главное - по S-образной траектории. Субмарина будет иметь хвостовой стабилизатор, управляемый внутренней системой, которая позволит ему изгибаться, как и его естественному «прототипу».

Подводное крыло приведет в движение рыбоподобную лодку с помощью воды, а «плавники» по бокам и наверху скорректируют точность движений и будут поддерживать равновесие. А пропеллеры и турбины упразднят за ненадобностью.

Опытный образец такой подводной лодки сейчас собирают ученые из университета Эдинбурга. Профессор Дэвид Ланиз, который трудится в лаборатории океанских систем этого университета, полагает, что эта технология будет успешно применяться и для надводных кораблей. В японском же научном центре морского флота сейчас создают два вида подводных лодок для разведки, которые будут похожи на... миногу и омара.

Робот-рак найдет мины

Пентагон выделил 60 миллионов долларов на создание оружия будущего, основанного на уникальных способностях живых существ, в частности, мух, ящериц и раков. Это будут миниатюрные самодвижущиеся роботы, готовые выполнять различные воинские задачи: ходить в разведку, искать мины, распознавать отравляющие вещества. Ученые уже трудятся над аппаратом, смахивающим на рака. Это «существо» на восьми ногах перед высадкой десанта будет очищать местность от мин.

Источник:kp.ru