Біоміметика

Залізна дама Парижу

Це було в 1940-х роках. Швейцарський інженер Жорж де Местраль пішов якось гуляти з собакою. Повернувшись з прогулянки, він помітив на своєму одязі, а також на шерсті собаки реп'яхи. Із цікавості він вирішив розглянути реп'ях під мікроскопом і звернув увагу на крихітні гачки, які чіплялися за все, на чому тільки були петельки. Це привело його до створення застібки-липучки «велкро». Жорж де Местраль не єдиний, хто запозичив ідеї у природи. У Сполучених Штатах брати Райт, вивчаючи політ великих птахів, сконструювали аероплан. Ці приклади дають уявлення про біомиметику, науку, завдання якої - запозичити у природи технічні ідеї. Наприклад, Французький інженер Олександр Гюстав Ейфель спроектував будову башти в Парижі, що носить його ім'я.

Ласкаво просимо до Парижу! Перше, на що звертають дюди увагу в цьому місті - на Ейфелеву вежу! Ця «стара дама» вражає, власне кажучи, кожного. Зі свого телевізійною антеною її висота становить вище 320 метрів. Але для чого взагалі потрібна така гігантська залізна конструкція?

Щоб відповісти на це питання, поговоримо про деталі. Близько 100 років тому французька влада вирішили влаштувати світову виставку в пам'ять столітнього ювілею Французької революції (1789 рік). Паризька міська адміністрація попросила відомого інженера Олександра Гюстава Ейфеля внести відповідну пропозицію. Спочатку Ейфель був трохи спантеличений, але потім, порившись у своїх паперах, вніс на розгляд плани 300-метрової залізної вежі, яким він до цього майже не приділяв уваги.

Виставковий комітет знайшов пропозицію досить цікавою і оголосив конкурс на проект. На розгляд були внесені різні види екстравагантних ідей, серед них також гігантська гільйотина, яка повинна була нагадувати про Французьку революцію. Іншою пропозицією була кам'яна башта, але розрахунки і досвід минулого довели, що дуже важко було б спорудити кам'яну споруду, яка була б ще вище 169-метрового Вашингтонського монумента, спорудження якого коштувало величезних зусиль США за кілька років до цього. Зрештою вирішили на користь плану Ейфеля. При цьому курйозним є те, що сама ідея вежі, що принесла Ейфелю світову популярність, належала не йому.

Знаєте, адже не Ейфель проектував цю вежу? Хоча він і побудував цю вежу, але проектували її два його співробітника Моріс Кехлін і Еміль Нугіе. Але все ж потрібно допустити, що зібрати протягом двох років таку майстерну споруду, як вежа, можна було тільки тому, що Ейфель застосував спеціальні конструкційні методи. Це зіграло також вирішальну роль у вирішенні виставкового комітету на користь цього проекту.

Ейфель вже був відомий своїми імпозантними сталевими конструкціями для мостів, як наприклад, Понте де Дона Марія Піа через Дору у Порту в Португалії. Він завершив також Віадук де Гараб, залізничний віадук в південній Франції, який своїми 122 метри над долиною свого часу був найвищим у світі. Необхідно також згадати, що він брав участь в будівництві залізного каркаса для іншого всесвітньо відомого монумента, а саме для статуї Свободи.

У всіх конструкціях Ейфеля головною проблемою був вітер. Тому при будівництві Ейфелевої вежі він вдався до свого звичайного методу і застосував гратчасті конструкції з порівняно тонких балок. Величезна залізна башта не страждає особливо від вітру. Навіть найсильніший шторм, який вимірюється до цих пір в Парижі (приблизно 180 км / год), відхиляє верхівку вежі тільки на 12 см. Значно більше на неї діє Сонце. Сторона, звернена до Сонця, розширюється від спеки так, що верхівка відхиляється на 18 см.

Спочатку було домовлено з Ейфелем про те, щоб через 20 років знову демонтувати вежу. У 1903 році генерал Ферре, піонер в області бездротового телеграфу, застосував її для своїх експериментів. Таким чином сталося, що вежа була залишена для військових цілей. У 1921 році відбулася перша безпосередня радіопередача з Ейфелевої вежі. З 1922 року стали регулярно передаватися програми радіо з Ейфелевої вежі. Тепер башта служить вже 30 років як телевізійна вежа, і висота її разом з антеною становить 320,75 метрів. Понад 40 років Ейфелева вежа була найвищою спорудою світу, поки в 1930 році її не перевершив Крейслер Більдінг в Нью-Йорку.

Залізна дама протистояла дії часу також завдяки 57 тоннам фарби, яка необхідна для поновлення кожні 7 років. Башта в своїй величині є відносно легкою. Після її завершення вона важила лише трохи більше, ніж 7 000 тонн. Для порівняння може служити наступний приклад: масштабна модель в 30 см важила б лише близько 7 грамів! Насправді тиск на кожен квадратний сантиметр, який чиниться на кожну з її 4 фундаментів, не більше, ніж тиск від ніжок стільця, на якому сидить людина середньої ваги. Олександр Гюстав Ейфель спроектував башту за тими ж принципами, які дозволяють стегнової кістки людини    витримувати вагу тіла . Погодьтеся, це доводить, що складно, і взагалі, неможливо сконструювати краще того, що створено в природі! Цього року Ейфелевій вежі виповнилося 122 роки.

Найдосконаліша конструкція для польоту

З усіх сучасних біологічних видів пір'ям наділені тільки птахи. У більшості з них є пір'я декількох типів. Найпомітніші - контурні пір’я , що розташовуються внахлест і надають тілу птаха обтічну, аеродинамічну форму. До контурних пір’їв відносяться махові і рульові: політ відбувається в основному завдяки їм. У колібрі контурного пір'я може бути менше тисячі, а у лебедя - більше 25 тисяч.

Перо - геніальний винахід. Стрижень, званий стовбуром, дивно гнучкий і міцний. Від стрижня відходять ряди борідок , що змикаються один з одним і утворюють єдине опахало. Ці борідки, немов застібка-блискавка, зчіплюються сотнями крихітних гачків-борідок. Коли така «застібка» роз'їжджається, птах просто пригладжує своє пір'я дзьобом - і все в порядку! Те ж саме з пером ми можемо виконати пальцями.
Маховим пір'ям властива яскраво виражена асиметрія: передня сторона опахала більш вузька, ніж задня. Можна сказати, що завдяки такій будові кожне перо - це крило в мініатюрі. Якщо ближче розглянути великі махові пір'я, то на нижній стороні стовбура можна побачити жолобок. Ця проста деталь зміцнює перо, дозволяючи йому згинатися в різні боки і не ламатися.

Що ви знаєте про морських мідій?

 Зустріньтеся з дивовижною здатністю цих живих організмів!

Морські мідії як - би «приклеюються» до підводних каменів, деревині і днища суден. Але на відміну від ракоподібних, морські мідії вільно бовтаються на тонких нитках, подібних таким собі пучках, званих биссусом. Мідії навіть можуть таким чином харчуватися і переміщатися. На перший погляд ці нитки здаються неміцними: сумніваєшся, що вони можуть витримати силу океанських хвиль. Яким же чином біссусні нитки утримують мідій, не даючи хвилях змити їх в океан?

Один кінець біссусної нитки жорсткий, а інший - м'який і еластичний. Вчені виявили, що точне співвідношення жорсткого і м'якого матеріалів - 80 відсотків до 20 - як раз і забезпечує мідій міцне кріплення. Таким чином, структура біссуса дозволяє мідії витримувати потужні удари океанських хвиль.

Професор Гай Дженін назвав результати цього дослідження приголомшливими, сказавши: «Секрет цього організму криється в унікальній комбінації м'якого і жорсткого матеріалів». Вчені вважають, що подібна структура стала б у пригоді для створення синтетичного матеріалу, який дозволив би прикріплювати обладнання до будівель і підводних труб, з'єднувати сухожилля з кістками і виробляти хірургічні шви. «Природа - це бездонна скарбниця, з якої можна нескінченно черпати ідеї», - сказав Герберт Уейт, професор Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі (США). Як же все дивно створено. Звертайте увагу на дивовижний світ живого і запозичте їх мудрість!