Суперспособности животных, вдохновившие науку

Природа тысячелетиями решала задачи, над которыми инженеры бьются десятилетиями. Прочнее стали и легче алюминия, держится без клея и бегает по воде — у некоторых животных есть свойства, которые до сих пор не удаётся воспроизвести в полной мере. Вот пятёрка существ, чьи способности уже стали основой для реальных разработок.

Биомиметика — направление, которое изучает природные механизмы и переносит их принципы в технику и материаловедение. Чем дальше продвигается наука, тем чаще оказывается, что природа давно нашла решение там, где люди только начинают искать.

Паучий шёлк: прочнее стали, тоньше волоса

Паук производит нить из белковых молекул — фиброинов и спидроинов. Нить тянется из железы через фильеры: в процессе вытяжки белки выстраиваются в особую кристаллическую структуру, которая и даёт нити её свойства. Прочность паучьего шёлка на разрыв сопоставима с высокопрочной легированной сталью — при том что он примерно в шесть раз легче. Вдобавок он растягивается до 40% от исходной длины, не теряя формы.

Кевлар — синтетический аналог, который используют в бронежилетах, — производится при высоких температурах с применением серной кислоты. Паук делает то же самое при комнатной температуре в водной среде. Именно этот разрыв между результатом и условиями производства держит исследователей в тонусе уже несколько десятилетий. Сейчас генно-инженерные бактерии и дрожжи умеют синтезировать паучий белок, а стартап Bolt Threads выпустил первые ткани на его основе — но масштабное производство по-прежнему остаётся дорогим.

Лапы геккона: миллионы волосков вместо клея

На каждой лапе геккона — около миллиарда микроскопических волосков, щетинок, которые называются сетами. Каждая сета разветвляется на сотни ещё более тонких структур — шпатул. Контакт шпатул с поверхностью создаёт силы Ван-дер-Ваальса: слабые межмолекулярные притяжения, которые в сумме удерживают ящерицу на вертикальной стене или потолке.

Главное — это обратимость. Геккон отцепляется, просто меняя угол наклона пальцев. Никакого остатка, никакого загрязнения поверхности. На мокрых поверхностях сцепление резко падает — вода мешает молекулярному контакту. Именно этот изъян долго стоял на пути у исследователей. В 2012 году группа из Стэнфорда разработала материал Geckskin, который работает по тому же принципу и удерживает до 300 кг на гладкой поверхности — и при этом снимается без следа. Медицина видит в этом направлении замену хирургическим швам.

Опоссумы

Среди всех млекопитающих Северной Америки опоссум — один из немногих, кого практически не берёт яд гремучей змеи. В его крови был обнаружен пептид LTNF (lethal toxin-neutralizing factor), который нейтрализует широкий спектр токсинов — не только змеиных, но и некоторых скорпионьих. Пептид небольшой по размеру и термостабильный, что делает его интересным с точки зрения фармакологии.

Исследования продолжаются. Синтетические версии пептида тестировались на мышах с обнадёживающим результатом, но до клинических испытаний на людях дело пока не дошло.

Читайте также о морском огурце и его необычных способностях в отдельной статье на Lifeglobe.net.

Жук-носорог: рекордная грузоподъёмность при минимальном весе

Жуки-носороги — несколько родственных видов из семейства пластинчатоусых. Название получили за рог на голове самца, который используется в поединках за самку. Рог при этом устроен хитро: полый внутри, с рёбрами жёсткости — лёгкий, но не ломается при боковой нагрузке.

Некоторые виды способны нести груз, превышающий их собственный вес в 850 раз. Для сравнения: человек при таком же коэффициенте весом в 80 кг должен был бы поднять около 68 тонн. Механика этого феномена связана с особенностями мышечного прикрепления и рычажной системой ног — инженеры изучают её применительно к робототехнике и экзоскелетам. Читайте подробнее об удивительной силе насекомых на Lifeglobe.net.

Василиск: бег по воде

Василиски из рода Basiliscus обитают в тропических лесах Центральной Америки. При угрозе они поднимаются на задние лапы и бегут по поверхности воды — до нескольких метров, прежде чем уйти под воду. Скорость при этом достигает примерно 1,5 метра в секунду.

Физика процесса такова: лапа ударяет по воде достаточно быстро, чтобы создать воздушный карман до того, как поверхностное натяжение разрушится. Чем тяжелее животное, тем быстрее нужно двигаться — поэтому взрослые особи держатся на воде хуже молодых. Исследователи из MIT моделировали этот механизм для разработки водоходных роботов. Подробнее о том, как ящерица-василиск бегает по воде, читайте в отдельном материале.