Бионика

В наше время ни одна область деятельности не может успешно развиваться в отрыве от других. Тесная взаимосвязь различных направлений науки, техники, производства - необходимое условие прогресса.

На протяжении веков люди пытались так или иначе копировать природу, однако лишь 15-20 лет назад возникла новая наука бионика, специально исследующая такие процессы в живой природе, знание которых может быть в конечном счете использовано при создании новой техники.

Появление качественно новых вычислительных машин, содержащих сотни тысяч элементов, стало одной из причин того, что инженеры начали проявлять интерес к биологии. Они обратили внимание на аналогию, например, между действием универсальных автоматических вычислительных машин и работой центральной нервной системы высших животных и человека. Было замечено, что даже простейшие живые организмы представляют собой "машины" неизмеримо большей сложности, чем наисовременнейшие автоматы.

Инженеры учатся все шире применять в разработке новейших приборов и устройств "патенты" живой природы. Радиолокационные системы, к примеру, подсказаны способностью летучих мышей обходить невидимые им препятствия. Бионика помогает создавать разного рода приборы в электронике, приборостроении, автоматике. Архитектурная бионика помогает сооружать огромные безопорные покрытия над павильонами выставок, чашами стадионов, ангарами.

Явление саморегулирования гидроупругости плавников китообразных

Важнейшая проблема бионики - установление аналогий между физико-химическими и информационными процессами в технике и явлениями, протекающими в живой материи. В связи с этим исследуются принципы разделения информационных и энергетических процессов в организме, так как в технике, как правило, существует довольно четкое их разграничение. Правда, в живом организме все создается одновременно, и разделение систем на информационные и энергетические, по существу, весьма условно. Примером может служить открытие в области гидробионики явления саморегулирования гидроупругости плавников китообразных. Оно сделано доктором биологических наук, профессором А. Г. Томилиным совместно с кандидатом технических наук С. В. Першиным и кандидатом биологических наук А. С. Соколовым, сотрудниками лаборатории функциональной морфологии Зоологического института АН СССР в Ленинграде.

Удивительные способности дельфинов отлично ориентироваться в просторах океана, их быстроходность и маневренность давно привлекали к ним внимание ученых. Было установлено, что быстрота передвижения дельфина зависит от отличной обтекаемости как всего его тела, так и его отдельных частей. В процессе эволюции с тела дельфина исчезло все, что мешает движению: волосяной покров, ушные раковины, задние конечности. Высокие гидродинамические свойства характерны и для плавников дельфина. Известно, например, что дельфин может передвигаться как бы стоя. Его корпус поднимается над поверхностью, и только хвост совершает колебательные движения, создавая таким образом упор, уравновешивающий вес тела.

Дельфин, находящийся в состоянии покоя, может неожиданно стартовать с большой скоростью и, всего лишь раз взмахнув хвостом, способен проплыть расстояние, в несколько раз превышающее длину его тела. И напротив, быстро плывущий дельфин может почти мгновенно остановиться, пользуясь хвостом как тормозом. Отчего же при столь высоких перегрузках ткани тела дельфина не разрываются? Каков механизм этого явления?

Авторы открытия провели разносторонние исследования, в частности спинного и хвостового плавников китообразных. Эксперименты показали, что эти плавники можно рассматривать как несущие гидродинамические поверхности, своего рода крылья. Спинной плавник играет роль стабилизатора движения в вертикальной плоскости и частично руля, а хвостовой плавник - роль главного машущего движителя, создающего силу тяги.

Исследуя роль плавников дельфинов, ученые впервые обнаружили в них органы кровеносной системы - широко разветвленные комплексные артерио-венозные пучки сосудов. Оказалось, что такие пучки есть в плавниках всех китообразных. В хвостовом плавнике дельфинов, кроме того, находится еще один - общий - распределительный узел сосудов. Такой системы кровеносных сосудов нет ни у одного другого вида животных. Кровеносные сосуды дельфина размещены среди толщи ткани плавников. Интенсивность их наполнения кровью зависит от режима плавания. Наружный покров плавников состоит из сухожильного слоя, который не позволяет ткани разорваться при больших перегрузках.

Открытое явление имеет большое не только научное, но и практическое значение. Оно предоставляет широкие возможности для моделирования и изготовления конструкций и изделий из полимерных материалов с регулируемыми упругостью и жесткостью, в том числе аэрогидродинамических несущих поверхностей. На основе своего открытия авторы сделали ряд важных изобретений.

Открытие зарегистрировано под № 95 с приоритетом от 23 декабря 1968 г. Формула его такова:

"Установлено неизвестное ранее явление саморегулирования упругости плавников китообразных, рефлектор-но возникающее при изменении режима их плавания и обусловленное действием органов кровеносной системы - впервые обнаруженных широко разветвленных артерио-венозных сосудов и общего распределительного узла сосудов в хвостовом плавнике, а также строением покровных тканей плавников, включающих покрытие из сухожильных тяжей".