Беседы о бионике

Приведем еще один пример. Соты — идеальная форма для монолитной конструкции: никто не смог бы предложить пчелам что-либо более удобное. Однако собирать их из отдельных элементов, например шестигранников, не очень выгодно, потому что у каждой ячейки тогда окажутся двойные стенки. И польские конструкторы при проектировании уже известных нам крупных сотовых панелей для жилых домов усовершенствовали "идеальные" соты. Они стали собирать их из одного элемента — треугольника с продленными сторонами (рис. 19). Внешне рисунок сот усложнился, зато исчезли двойные стенки, уменьшилась трудоемкость работ, значительно повысилась прочность.

Рис. 19. Сотовые панели собираются из одного элемента — треугольника с продленными сторонами

В последнее время мы все чаще сталкиваемся с обобщениями природных форм. Синтезируя принципы построения природных структур, архитекторы и инженеры создают совершенно новые, необычные формы. Трудно сказать, на что, например, похож изображенный на рис. 20 купол ресторана в Пуэрто-Рико — на раковину или на опрокинутую чашечку цветка.

В поисках новых конструкторских решений, новых архитектурных форм зодчие, инженеры, математики, механики обратили ныне особое внимание на диатомеи — простейшие водоросли, предки которых в громадном количестве заселяли когда-то древние водоемы.

Рис. 20. Ресторан на берегу моря в Пуэрто-Рико. Его перекрытие не поддается математическому расчету (архитекторы Торо, Ферер, инженеры Вейдлингер, Сальвадори)

Каждая диатомея — всего одна клетка. Эти мелкие растительные организмы (их 5300 видов) живут на дне морей и в пресных водах, иногда на больших глубинах; они устраиваются на камнях и на различных растениях, а некоторые могут даже передвигаться по дну. "Жизненная цель" диатомеи — выжить, выдержать все механические невзгоды, которые выпадают на ее долю. Поэтому она одета в панцирь, в котором проводит всю свою жизнь.

Для изучения строения скорлупы, или панциря, диатомеи ученым пришлось прибегнуть к помощи электронного микроскопа. И когда были получены электронные микрофотографии диатомовых водорослей с увеличением в десятки тысяч раз, перед глазами исследователей открылся новый мир форм, границы которого оказались необозримыми. В нем архитекторы увидели и замысловатые пространственные решетчатые конструкции, и "микроблочные" купола, и фантастически сложные фигуры, и множество других "инженерных систем", гармонически сочетающих красоту и целесообразность, легкость и прочность, надежность и экономичность.

Следует сказать, что диатомеи имеют вид круглых структур с удлиненными или полигональными поверхностями, образуемых двумя половинами, вставленными одна в другую. Устройство их скорлупы отличается от устройства скорлупы яйца и имеет шишковатую структуру, состоящую из параллелепипедов или решеток, придающих панцирю высокую прочность и обеспечивающих отличное использование материала.

Рис. 21. Скорлупа диатомей. Скорлупа ограничивается средой, окруженной тонкой и красивой пленкой; на пленке располагаются ребра, взаимно поддерживаемые поперечными элементами жесткости

Формы поверхности панцирей диатомей неодинаковы: они могут быть цилиндрическими, куполообразными или седлообразными. Здесь наблюдается множество конструкций: панцири с очень малым числом отверстий, панцири с большим числом отверстий, образующих сетчатые структуры с широкими ребрами, и, наконец, панцири, в которых предельно тонкие стенки и ребра образуют пространственные решетчатые системы (рис. 21, 22).

Благодаря такому строению панцири диатомей способны выдерживать большие напряжения сжатия и изгиба. Прочность скорлуп чрезвычайно велика, и непонятно, каким образом такие напряжения могут возникать в панцирях этих маленьких живых организмов.

Не менее пристально исследуют сейчас многие архитекторы, математики, инженеры и радиолярий — микроскопические (обычно менее 1 мм) планктонные морские организмы с ажурным скелетом из кремнезема или сернокислого стронция. Е. Монод-Герцен в своем труде "Морфология" отмечает: "для инженеров представляет большой интерес изучение этих удивительных шедевров природы, их структуры, позволяющей преодолевать гидростатическое давление, а также наблюдение за тем, с какой экономией материала природа сумела защитить жизнь этих организмов".