⠀
Природа - гениальный инженер!
Ее формы, структуры и процессы, оттачиваясь миллионами лет эволюции, служат основой для разработки инновационных решений. Ученые черпают вдохновение из окружающей среды, гармонично соединяя идеи природы с технологиями:
• форма носа скоростного поезда «подсказка» клювом зимородка, а идея парашюта - семенами одуванчика;
• принцип эхолокации «подсмотрен» у летучих мышей, а солнечные панели повторяют строение крыльев бабочек;
• самолет и птица, вертолет и стрекоза - классические примеры заимствования принципов полета;
• хобот слона вдохновил на создание гибкой роботизированной руки, а устройство термитника легло в основу естественного кондиционирования помещений.
Каждая страница календаря - единство интеллекта и многовекового опыта природы, пример изящного сочетания разума и красоты, триумф мысли и индивидуальности.
Мы надеемся, что эти 12 открытий, пробудят в вас интерес к инженерным исследованиям и станут источником вдохновения на весь год!
Хобот слона, благодаря своей гибкости и универсальности применения (от поднятия тяжелых предметов до аккуратных манипуляций), натолкнул инженеров на мысль об альтернативном управлении объектами по сравнению с жесткими механизмами. Они заметили, что множество мышц позволяют ему действовать плавно и точно. Наблюдение прямо повлияло на развитие роботизированных манипуляторов, «мягких роборуков» (soft robotic arms). Эти устройства сделаны из гибких материалов и повторяют важные преимущества хобота: безопасны для работы с людьми и хрупкими вещами, могут адаптировать свои движения в ограниченных пространствах и способны выполнять задачи с помощью одного универсального захвата.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Роботизированная рука
Хобот слона
20
26
26
01
Летучие мыши стали прообразом для изобретения сонаров, эхолотов и ультразвуковых диагностических приборов. Ученые заметили, что эти млекопитающие ориентируются в темноте не с помощью зрения, а слуха. Летучие мыши издают ультразвуковые щелчки и невероятно точно определяют положение своей добычи во время полета за счет отраженных от объектов звуковых волн.
Данное биологическое открытие легло в основу технических эхолокационных систем. Принцип остался прежним: отправить звуковой сигнал и проанализировать возвращенное эхо.
Данное биологическое открытие легло в основу технических эхолокационных систем. Принцип остался прежним: отправить звуковой сигнал и проанализировать возвращенное эхо.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Эхолокация
Летучая мышь
20
26
26
02
Связь растений с электричеством была установлена при проведении научных экспериментов. Исследователи Линчепингского университета разработали способ вживления проводящего полимера в сосуды стебля розы, превращая его в «биологический транзистор». Это открывает возможности для создания «электронных растений», которые могут накапливать энергию или питать датчики.
Разработки могут привести к созданию встроенных датчиков для мониторинга состояния зеленых насаждений. Например, ученые уже создали электронные листья, меняющие цвет в зависимости от информации, получаемой извне. В будущем возможно получение энергии из растений, что сделает их не только живыми организмами, но и источниками электроэнергии.
Разработки могут привести к созданию встроенных датчиков для мониторинга состояния зеленых насаждений. Например, ученые уже создали электронные листья, меняющие цвет в зависимости от информации, получаемой извне. В будущем возможно получение энергии из растений, что сделает их не только живыми организмами, но и источниками электроэнергии.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Электричество
Роза
20
26
26
03
Исследования плавников горбатого кита с их характерными бугорками (туберкулами) показали, что они формируют микровихри, которые позволяет киту выполнять резкие маневры с минимальным сопротивлением и сохранять высокую подъемную силу. Этот биологический феномен получил название «эффект бугорков».
Инженеры адаптировали данный принцип для лопастей ветровых турбин. Исследования показали, что зазубренная передняя кромка лопасти, имитирующая структуру плавника кита, эффективно управляет воздушным потоком. Она увеличивает угол атаки без потери подъемной силы, что улучшает эффективность работы турбины на низких скоростях ветра, а также снижает шум и сопротивление.
Инженеры адаптировали данный принцип для лопастей ветровых турбин. Исследования показали, что зазубренная передняя кромка лопасти, имитирующая структуру плавника кита, эффективно управляет воздушным потоком. Она увеличивает угол атаки без потери подъемной силы, что улучшает эффективность работы турбины на низких скоростях ветра, а также снижает шум и сопротивление.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Ветрогенератор
Горбатый кит
20
26
26
04
Крылья бабочек вдохновили инженеров на улучшение солнечных панелей. Ученые выяснили, что чешуйки на крыльях некоторых насекомых, имеют уникальную наноструктуру, которая эффективно улавливает и поглощает солнечный свет, минимизируя его отражение.
На основе этого открытия были созданы панели с фотоэлектрическими элементами, имитирующими наноструктуру крыльев бабочек. Данный принцип увеличил поглощение света и повысил КПД панелей, особенно при слабом освещении, что позволило солнечной энергии стать более доступной.
На основе этого открытия были созданы панели с фотоэлектрическими элементами, имитирующими наноструктуру крыльев бабочек. Данный принцип увеличил поглощение света и повысил КПД панелей, особенно при слабом освещении, что позволило солнечной энергии стать более доступной.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Световые панели
Крылья бабочки
20
26
26
05
Идея парашюта напрямую заимствована у природы, а именно у одуванчика. Легкие пушистые «зонтики» (паппусы) обеспечивают медленное снижение семян и повышают дальность их полета, взаимодействуя с воздушным потоком. Растение послужило наглядным природным примером, демонстрирующим аэродинамическое торможение.
Хотя внешне парашют и одуванчик не похожи, изобретатели адаптировали и улучшили суть идеи – применение широкой поверхности купола для захвата воздуха и создания сопротивления. В отличие от путешествия семян, зависящих от ветров, человек создал управляемый парашют, расширивший его возможности за счет контроля траектории и скорости снижения.
Хотя внешне парашют и одуванчик не похожи, изобретатели адаптировали и улучшили суть идеи – применение широкой поверхности купола для захвата воздуха и создания сопротивления. В отличие от путешествия семян, зависящих от ветров, человек создал управляемый парашют, расширивший его возможности за счет контроля траектории и скорости снижения.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Парашют
Одуванчик
20
26
26
06
Кожа акулы покрыта тысячами микроскопических пластинок-чешуек (дермальных зубцов), которые имеют ребристую структуру и направлены назад. Эта уникальная текстура уменьшает сопротивление воды, позволяя акуле двигаться быстрее и эффективнее, а также подавляет турбулентность, предотвращая прилипание мелких морских организмов.
Данное открытие легло в основу биомиметических технологий. Инженеры создали специальные пленки и покрытия для корпусов кораблей, которые копируют структуру акульей кожи. Такое покрытие снижает трение о воду, что приводит к значительной экономии топлива, увеличивает скорость судна и предотвращает обрастание ракушками и водорослями без использования вредных красок.
Данное открытие легло в основу биомиметических технологий. Инженеры создали специальные пленки и покрытия для корпусов кораблей, которые копируют структуру акульей кожи. Такое покрытие снижает трение о воду, что приводит к значительной экономии топлива, увеличивает скорость судна и предотвращает обрастание ракушками и водорослями без использования вредных красок.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Корабль
Акула
20
26
26
07
Уникальная способность зимородка совершать незаметные погружения в воду, почти не создавая брызг, стала источником вдохновения для инженеров при разработке формы носовой части высокоскоростного поезда. Обтекаемый, конический профиль клюва птицы обеспечивает плавный переход между воздушной и водной средой, существенно уменьшая сопротивление и силу удара.
Компания JR West искала решение проблемы сильного шума («хлопка»), возникающего при въезде поездов в тоннели на высокой скорости. В итоге инженеры скопировали природную форму клюва зимородка. Длинная и заостренная носовая часть поезда Shinkansen E5 позволила заметно снизить аэродинамическое сопротивление и уровень шума, повысив скорость, комфорт и энергоэффективность состава.
Компания JR West искала решение проблемы сильного шума («хлопка»), возникающего при въезде поездов в тоннели на высокой скорости. В итоге инженеры скопировали природную форму клюва зимородка. Длинная и заостренная носовая часть поезда Shinkansen E5 позволила заметно снизить аэродинамическое сопротивление и уровень шума, повысив скорость, комфорт и энергоэффективность состава.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Сверхскоростные поезда
Зимородок
20
26
26
08
Стрекоза послужила не только источником вдохновения, но и практическим прототипом для систем управления вертолета.
Ученые технически заимствовали основные режимы полета, которые виртуозно демонстрировали эти насекомые: вертикальный взлет, зависание, движение в любом направлении, боковое маневрирование и возможность садиться на небольшие площадки.
Ученые технически заимствовали основные режимы полета, которые виртуозно демонстрировали эти насекомые: вертикальный взлет, зависание, движение в любом направлении, боковое маневрирование и возможность садиться на небольшие площадки.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Вертолет
Стрекоза
20
26
26
09
Альбатрос, способный преодолевать тысячи километров, стал природным прототипом в авиаконструировании.
Инженеры внимательно изучили анатомию и аэродинамику его крыла. Оказалось, что его особая форма идеально приспособлена для использования энергии ветра и восходящих потоков, что позволяет птице часами находиться в воздухе.
Заимствованные у альбатроса принципы: парящий полет и эффективное планирование – оказали прямое влияние на разработку летательных аппаратов.
Инженеры внимательно изучили анатомию и аэродинамику его крыла. Оказалось, что его особая форма идеально приспособлена для использования энергии ветра и восходящих потоков, что позволяет птице часами находиться в воздухе.
Заимствованные у альбатроса принципы: парящий полет и эффективное планирование – оказали прямое влияние на разработку летательных аппаратов.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Самолет
Альбатрос
20
26
26
10
Термитники имеют сложную систему туннелей, которые действует как природный «кондиционер». Внутренний жар и перепады давления заставляют горячий воздух подниматься и выходить через верхние поры, в то время как прохладный воздух затягивается через нижние каналы у основания. Эта постоянная циркуляция поддерживает внутри стабильную температуру и влажность, несмотря на жаркий внешний климат.
Вдохновившись этим природным механизмом, инженеры разработали методы энергоэффективного строительства, например, в здании Eastgate Centre в Хараре (Зимбабве), где для поддержания комфортной температуры применяется естественная вентиляция вместо обычных систем кондиционирования. Днем теплый воздух выходит через высокие дымоходы, а ночью более прохладный воздух охлаждает бетонные перекрытия, формируя благоприятный микроклимат с небольшим расходом энергии.
Вдохновившись этим природным механизмом, инженеры разработали методы энергоэффективного строительства, например, в здании Eastgate Centre в Хараре (Зимбабве), где для поддержания комфортной температуры применяется естественная вентиляция вместо обычных систем кондиционирования. Днем теплый воздух выходит через высокие дымоходы, а ночью более прохладный воздух охлаждает бетонные перекрытия, формируя благоприятный микроклимат с небольшим расходом энергии.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Система кондиционирования
Термиты
20
26
26
11
Изучение светлячков оказало значительное влияние на улучшение характеристик светодиодов. Оказалось, что чешуйки на брюшке насекомых обладают уникальной асимметричной структурой, подавляющей внутреннее отражение и обеспечивающей эффективное распределение света, что позволяет излучать яркое сияние. Эта природная оптическая конструкция выполняет роль высокопроизводительной линзы.
Инженеры воспроизвели биологическую наноструктуру светлячков при изготовлении светодиодов, создав аналогичные микроскопические неровности на поверхности полупроводниковых кристаллов. Это позволило существенно уменьшить потери света, повысить эффективность и яркость свечения.
Инженеры воспроизвели биологическую наноструктуру светлячков при изготовлении светодиодов, создав аналогичные микроскопические неровности на поверхности полупроводниковых кристаллов. Это позволило существенно уменьшить потери света, повысить эффективность и яркость свечения.
Отсканируйте QR-код и наведите на изображения
Яркость светодиодов
Светлячки
20
26
26
12