ПОЧЕМУ НЕ БОЛИТ ГОЛОВА У ДЯТЛА?
«Вы как-то писали о том, к каким хитростям приходится прибегать создателям «черных ящиков», чтобы уберечь содержимое этих самописцев в случае аварии самолета. А теперь вот поговаривают, что подобные «черные ящики» начнут ставить и на автотранспорте. Полагаю, что можно будет намного удешевить производство подобных контейнеров, если воспользоваться патентами природы. Взять, к примеру, грецкий, а еще лучше — кокосовый орех.
Весит кокосовый орех килограмма полтора, падает с высоты 30–40 м. И все ему нипочем — никогда не разбивается. А попадет в воду — может плавать месяцами. Устроен же он довольно просто: под прочной кожурой есть амортизирующая прокладка. А в сердцевине есть еще и молоко, то есть жидкость. А все для того, чтобы семя оставалось в целости и сохранности и могло дать росток при первом же удобном случае. Если мы сделаем аналог такого «ореха» из негорючего материала, сохранив конструкцию и основные пропорции, то за судьбу записей на самописцах можно будет не волноваться».
Такое вот письмо пришло в редакцию от Олега Шаповалова из г. Красноярска. Согласитесь, идея у Олега неплохая. Но не единственная в своем роде. Оказывается, у природы есть и еще более удивительные конструкции. Например, исследователей давно интересовало, как это без потрясений переносит огромные перегрузки мозг дятла, который может день-деньской без устали долбить какой-нибудь сук. Исследования показали, что голова дятла испытывает нагрузку в 1200 g, а стучит он по дереву до 22 раз в секунду. Для сравнения: люди часто получают тяжелые сотрясения мозга при кратковременных перегрузках от 80 до 100 g.
И вот недавно за дело взялись Санг-Хи Юн и Сангмин Парк из Университета Калифорнии, Беркли. Они привлекли к исследованиям самую современную технику, включая скоростную видеосъемку и компьютерную томографию. В результате им удалось выяснить, что в голове дятла есть по крайней мере четыре структуры, которые отлично поглощают механические удары.
Прежде всего, сам клюв. Он тверд и в то же время эластичен. Если из подобного материала сделать, например, ручки для перфоратора или отбойного молотка, работа на них стала бы гораздо менее вредной.
Далее, под языком у дятла имеется упругая жилистая структура, которая тоже оберегает череп от сотрясений. Губчатые кости самого черепа опять-таки обладают отличными амортизирующими свойствами. И наконец, подавлению вибраций способствует еще и спинномозговая жидкость.
Разобравшись, почему не болит голова у дятла, исследователи стали подбирать аналоги природных структур, чтобы создать эффективные амортизирующие системы защиты микроэлектроники. И кое-чего добиться им уже удалось.
Роль клюва или, если хотите, жесткой оболочки кокосового ореха взял на себя многослойный металлический корпус из прочного, но эластичного сплава. Аналогом подъязычной области стал слой пенорезины, а функции губчатых структур и спинномозговой жидкости выполняют алюминиевые губчатые структуры и плотно упакованные миллиметровые стеклянные сферы, хорошо гасящие вибрации.
Испытания показали, что новая система защиты способна сохранить микроэлектронные схемы при ударе силой до 60 000 g. Сегодня же бортовые самописцы могут выдержать удары всего до 1000 g. Кроме того, на основе патентов дятла конструкторы и дизайнеры теперь намерены создать шлемы для мотоциклистов, танкистов.
СВЕТ ЕСТЬ, ШУМА НЕТ
«Сегодня для того, чтобы не слышать уличного шума, обитатели многих квартир ставят в окна стеклопакеты. Однако это довольно дорогое удовольствие. Кроме того, насколько мне известно, большая часть материалов, используемых в строительстве — например, бетон и стекло, — классифицируется в справочниках как «акустически жесткая», то есть отражающая звуковые волны и непригодная для снижения уровня шума.
Именно поэтому на окна довольно часто вешают еще и плотные шторы. С одной стороны, вечером они закрывают обитателей квартиры от чересчур любопытных глаз соседей, с другой — снижают уровень проникающего с улицы шума. Однако днем шторы приходится раздвигать, иначе в комнате круглые сутки должен гореть свет. А шумного транспорта на городских магистралях в дневное время еще больше, чем ночью.
Вот я и предлагаю вместо обычных тюлевых занавесок вешать на окна шторы из более плотного, но прозрачного материала, обладающего хорошими звукопоглощающими свойствами. Наверное, химикам и текстильщикам вполне по силам создать такие…»
Наташа Огородникова из г. Воронежа, письмо которой вы прочитали, смогла взглянуть, что называется, в самый корень проблемы, над которой ныне бьются специалисты многих стран. В частности, сотрудники Швейцарских федеральных лабораторий по испытанию и исследованию материалов с помощью дизайнера Анетт Дуглас уже разработали светопроницаемую ткань на основе полиэфира, которая обладает высоким коэффициентом звукопоглощения.
Кстати, оказалось, что создание такой ткани — довольно сложная инженерная задача, которую пришлось решать с помощью компьютерного моделирования. Сначала компьютер выбрал из нескольких вариантов оптимальные плотность и структуру материала. Затем Анет Дуглас изготовила опытные образцы тканей, задействовав несколько разнотипных полиэфирных нитей. И наконец, эти образцы были протестированы в так называемой реверберационной камере. В итоге выбрана ткань, штора из которой снижает уровень шума примерно вдвое. Правда, и стоит такая ткань на 40 % дороже обычной.
НАНОМЫЩЦЫ ДЛЯ СУПЕРКОНСТРУКЦИЙ
«Вы как-то писали, что для плавных движений человекоподобных роботов исследователи начали использовать искусственные силиконовые мышцы. Я полагаю, что для роботов в экстремальных случаях могли бы пригодиться и сплавы с памятью. Пружины и стержни, управляемые, скажем, электрическими импульсами, могли бы стать аналогом искусственных мышц. А вы как думаете?»
Сергей Королев из г. Витебска, приславший это письмо, рассуждает вполне логично. Сейчас уже есть искусственные мышцы, которые представляют собой приводы, работающие на основе деталей из особых материалов — металлических сплавов и полимеров, которые могут при определенных условиях сокращаться или менять форму.
Однако у них есть два недостатка — они обладают не очень большой силой и довольно медлительны. Поэтому сотрудники из Института нанотехнологий при Техасском университете в Далласе предлагают взамен искусственные мышцы, которые в 100 раз сильнее обыкновенных природных. Для этого ученые использовали необычный материал — пряжу из углеродных нанотрубок.
В ходе работы, проводившейся под руководством Рея Баумана, были выращены плотно расположенные нанотрубки длиной около 100 нанометров, которые затем скрутили в длинные тонкие нити. Их толщина всего 2 % толщины человеческого волоса, невооруженным глазом не увидеть, — зато длина достигает целого метра. Причем нити оказались очень прочными — они в 150 раз прочнее бумаги из нанотрубок.
КАКОЙ ПРОК ОТ УДАРНОЙ ВОЛНЫ?
Обычно люди, завидев быстро несущийся поезд, стараются отойти подальше от края платформы. А то, не ровен час, сшибет воздушной волной…
Обратить вред на пользу решили китаец Цзян Цян и итальянец Алессандро Леонетти Лупарини. Ими создана установка Т-Box для использования энергии ветра от проходящих поездов. За основу были взяты модели ветрогенераторов, производимые нидерландской компанией Hetronix, и доработаны соответствующим образом. Т-Box помещается в углубление между шпалами — на поверхности остаются только воздухозаборники. Внутри самого бокса расположена турбина, которая, вращаясь, и преобразует ветер в электричество. По расчетам изобретателей, поезд, разогнавшийся до 240 км/ч, создает поток воздуха, движущийся со скоростью 15 м/с, что соответствует 7 баллам по шкале Бофорта. На километре пути можно разместить 150 Т-Box. Если 200-метровый поезд пройдет этот участок со скоростью 300 км/ч, суммарная мощность полученной энергии составит 2,6 кВт.