Природа повлияла на некоторые из величайших изобретений в мире. Самолеты имитируют полет птицы. Идея липучки возникла, когда ее изобретатель удалил колючки с шерсти своей собаки после прогулки. А благодаря комарам у нас есть микроиглы, которые минимизируют боль от инъекций.

В поисках устойчивых решений сложных технических задач дизайнеры все больше отдают предпочтение природе и своему воображению. Область биомиметики, также называемая биомимикрией, вдохновлена ​​структурами и биологическими процессами в природе.

«Общим для всех нас является воображение», — говорит Роберт Бласиак, исследователь из Стокгольмского центра устойчивости, изучающего, как общество может воссоединиться с природой. «И я думаю, что биомиметика — это область, в которой нужно мечтать, чтобы она работала».

Как птицы послужили шаблоном для скоростных поездов

Классическим примером биомиметики является сверхскоростной пассажирский экспресс Синкансэн, представленный в Японии в 1964 году. С максимальной скоростью 320 километров в час сеть высокоскоростных поездов произвела революцию в сфере общественного транспорта в Японии и создала чистую альтернативу частному автомобилю.

Более ранние конструкции не были такими гладкими и аэродинамическими, как современные, что приводило к вибрации и шуму во время поездки, особенно когда поезд проносился через туннели и вызывал звуковой удар.

В 1994 году инженеру Эйдзи Накацу было поручено устранить удары, вибрации и взрывы, а также обеспечить более плавную езду. Заядлый орнитолог, Накацу внес изменения в дизайн поезда, вдохновленный крыльями совы и веретенообразным телом пингвинов Адели.

Чтобы устранить звуковой удар, он сделал нос поезда похожим на длинный заостренный клюв, который позволяет пингвинам нырять в воду, чтобы ловить рыбу, не разбрызгиваясь. Шум прекратился, поезда стали двигаться даже на десять процентов быстрее и потреблять на 15 процентов меньше электроэнергии.

От бабочек и листьев до более эффективных солнечных батарей

По данным Международного энергетического агентства, по мере того, как мир пытается отказаться от ископаемого топлива, солнечная энергия становится «наиболее рентабельным вариантом для нового производства электроэнергии в большинстве частей мира».

Чтобы сделать их еще более эффективными, инженеры использовали в качестве ориентира крылья розового мотылька. Родом из Юго-Восточной Азии, эта бабочка поглощает солнечную энергию, чтобы согреться. Для этого у животного развились черные крылья, пронизанные крошечными отверстиями шириной всего в микрон. Эти отверстия рассеивают свет, когда он попадает на темную поверхность, облегчая бабочке использование солнечной энергии для обогрева.

Вдохновленные этим, были разработаны новые солнечные элементы с мельчайшими отверстиями, которые тоньше и легче, чем предыдущие солнечные элементы. И не только это — они также поглощают больше энергии, чем обычные солнечные элементы.

С другой стороны, исследователи из Принстонского университета вдохновились структурой листьев на повышение эффективности солнечных батарей. Они добавили микроскопические складки на поверхность панелей для направления световых волн, увеличив выработку электроэнергии почти на 50 процентов.

«Добавляя эти кривые, мы создаем своего рода волновод», — объясняет Юэ-Лин Лоо, профессор биоинженерии, входивший в исследовательскую группу. «А это значит, что свет лучше собирается».

Как собрать туман в пустыне

Еще одно насекомое, послужившее образцом для устойчивых решений, — пустынный жук Намиб, обитающий в юго-западной Африке — одном из самых засушливых мест на земле. Этот маленький черный жук ловит капельки воды из утреннего тумана. Для этого он вытягивает свои длинные ноги и держит изогнутое тело на ветру. Капли объединяются и, когда становятся достаточно большими, скатываются по телу жука к его рту.

Эта эволюционная адаптация к жизни в пустыне вдохновила дизайнеров на разработку системы, которая использовала бы экраны для улавливания воды, которая обычно выходит из выхлопных газов промышленных градирен. Это может сэкономить сотни миллионов литров воды каждый год.

Полукруглая форма панциря жука также послужила образцом для разработки сетчатого материала, который можно растянуть в засушливых регионах мира для сбора воды из воздуха.

Устойчивое вдохновение из подводного мира

Исследователи продолжают погружаться в неизведанные глубины Мирового океана, раскрывая секреты дизайна, благодаря которым водная жизнь процветала на протяжении тысячелетий. Горбатый кит, например, известен своей чрезвычайной подвижностью, несмотря на свои размеры. У него есть ряд выпуклостей вдоль передних краев плавников.

Гидродинамика долгое время считала, что ветряные турбины должны быть плавными и обтекаемыми для оптимальной работы. Но исследования показали, что горбы горбатого кита, также называемые бугорками, создают крошечные вихри, которые уменьшают сопротивление и шумообразование и помогают плавнику прорезать воду. Это осознание проложило путь к новым эффективным конструкциям ветряных и приливных турбин, самолетов, плавсредств и досок для серфинга.

Другие, менее мобильные морские существа могли бы внести свой вклад в устойчивые решения в строительстве. Кораллы имеют твердый экзоскелет из карбоната кальция. Он образуется из кальция, углерода и кислорода — веществ, которые присутствуют в морской воде.

Это может послужить источником вдохновения для строительной отрасли, чтобы создать более экологичный цемент. Использование углерода, полученного в результате улавливания CO2 на промышленных предприятиях, позволит улавливать дополнительный CO2 вместо того, чтобы выбрасывать его в атмосферу, где он будет способствовать глобальному потеплению.

Морские водоросли и другие водные растения имеют покрытие на своей поверхности, которое затрудняет закрепление бактерий и других микроорганизмов. Они могут стать образцом для новых агентов, заменяющих токсичные химические вещества, используемые для защиты судов и прибрежных промышленных предприятий от неприятных морских водорослей, бактерий и ракушек.

Подобными свойствами обладает и кожа акулы: ее шероховатая поверхность оказывается негостеприимной для бактерий. Это повлияло на дизайн новых антибактериальных поверхностей, например, в больницах.

Создание «эмоциональной связи» с природой

Помимо шаблона для инноваций, Роберт Бласиак из Стокгольмского центра устойчивости видит еще одно преимущество в применении биомимикрии в повседневной жизни: возможность для людей установить эмоциональную связь с другими формами жизни или экосистемами.

«Часто, когда у вас есть эта эмоциональная связь, это также является основой для большей заботы, чувства ответственности и стремления к более устойчивым отношениям с этими экосистемами», — говорит Бласиак.

Монтажер: Дженнифер Коллинз

Адаптация с английского: Jeannette Cwienk