: 30.12.2020
Инженерные решения 2020 года, вдохновленные природой
Часто случается, что научно-технические задачи, стоящие перед человеком, уже давно решил самый гениальный инженер и изобретатель – Природа. Идея использовать некоторые из этих «находок» для нужд человечества, принадлежащая Леонардо да Винчи, лежит в основе современной науки бионики. Сейчас этот термин звучит не так часто, однако публикации 2020 г. говорят о том, что ученые продолжают учиться у природы, а иногда и напрямую использовать ее инженерные решения
Игла-яйцеклад
Современные хирурги часто прибегают к малоинвазивному оперативному вмешательству. К примеру, при необходимости извлечь тромб из кровеносного сосуда. Самые распространенные устройства для такой процедуры – аспирационные катетеры – используют перепад давления, чтобы «отсосать» необходимое. Но чем меньше размеры сосуда, тем труднее создать перепад давления нужной силы, поэтому врачи часто терпят неудачу.
Идею нового, более эффективного инструмента ученые «подсмотрели» у паразитических ос, которые «впрыскивают» яйца в тело живых гусениц. Яйцеклад этих насекомых представляет собой полую «иглу» с системой клапанов внутри, с помощью которых яйцо проталкивается вперед. Исследователи из Делфтского технологического университета (Нидерланды) на основе яйцеклада ос разработали иглу для малоинвазивного хирургического вмешательства, механические детали которой созданы по образу «живых» клапанов.
Корзинка Венеры
Глубоководные шестилучевые губки известны своими удивительно сложными трубчатыми кремниевыми скелетами. Одна из них, тихоокеанская Euplectella aspergillum из класса стеклянных губок, известная под именем «корзинка Венеры», обладает самым красивым скелетом, представляющим собой трубку из ажурной сетки с причудливым узором из открытых и закрытых ячеек.
Ученые выяснили, что такая структура трубчатого каркаса обеспечивает большую прочность, в том числе более высокое сопротивление продольному изгибу, чем традиционные конструкции. Скелетные системы этих водных многоклеточных животных активно изучаются уже более двух десятилетий, а полученные знания могут быть использованы при строительстве высотных зданий, мостов и космических кораблей.
Нанолинзы из паучьего шелка
Паутина, которая представляет собой нити из застывшего секрета особых паутинных желез, уже используется в различных биомедицинских целях, так как по своим механическим свойствам она превосходит синтетические волокна для тканевой инженерии. А вот паучий «шелк», производимый пауками-сенокосцами Pholcus phalangioides, может найти неожиданное применение – для создания биосовместимых оптических линз.
Исследователи из Тамканского университета и Национального университета Ян-Мин (Тайвань) помещали волокна паутины на воск, благодаря чему конструкция принимала куполообразную форму, а сверху покрывали светоотверждаемой смолой. После затвердевания под действием ультрафиолета такую конструкцию можно использовать в качестве оптической линзы для визуализации наноразмерных объектов, таких как клетки или вирусы. Благодаря натуральному, нетоксичному материалу линз такие наноскопы, биосенсоры и другие приспособления для микрохирургии можно без опаски использовать в теле человека.
Батарейки из дуриана
Плоды дуриана, растения семейства мальвовых, известны не только своим замечательным, деликатесным вкусом (для любителей), но и отвратительным запахом, из-за чего в Юго-Восточной Азии их запрещено приносить в общественные места. Но у этих плодов есть шанс прославиться и по другой причине.
Ученые сделали из вонючей шкурки дуриана и отходов джекфрута (индийского хлебного дерева) чрезвычайно легкий пористый материал – углеродный аэрогель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такой аэрогель представляет собой суперконденсатор, на основе которого изготавливают накопители энергии, которые можно использовать как батарейки – для зарядки мобильных телефонов, ноутбуков и даже электромобилей.
Строительный супербамбук
Сегодня в строительстве широко применяется сталь, бетон, композиты на основе нефти. Все это тяжелые и дорогие материалы, производство которых невозможно без расходования невозобновляемых ресурсов. Привлекательной альтернативой обычным конструкционным материалам могут быть композиты биологического происхождения, особенно с высокой механической прочностью.
Универсальным строительным материалом является бамбук, который уже используется для строительства домов и мостов. Но как сделать его достаточно прочным?
Ответ найден: сначала нужно частично удалить из бамбука лигнин – органическое вещество, которое, как цемент, обволакивает целлюлозные волокна, обеспечивая жесткость стволов, а затем нагреть его в микроволновой печи. В результате структура бамбука уплотняется за счет термоусадки, а его удельная прочность становится выше, чем у стали и многих пластиков.
Фото: https://pixy.org, https://commons.wikimedia.org, https://commons.wikimedia.org, https://snappygoat.com, https://commons.wikimedia.org, https://pixabay.com/ru
: 30.12.2020 
