На пути к бионике

Первооткрывателем этого явления был доктор Ф. Эссапьян, который еще в 1955 году сфотографировал эти складки на теле дельфинов во флоридском океанариуме. Тогда он высказал предположение, что эти волнообразные складки кожи возникают на теле дельфинов, когда они достигают максимальной скорости передвижения и образующиеся при этом вихревые потоки уже нельзя погасить антитурбулентными демпферными свойствами кожи. Именно в этот критический момент начинается волновое движение самого кожного покрова тела Животного, которое и гасит вихри, возникающие при высоких скоростях, и дает дельфину возможность легко мчаться даже в тесном стаде, где, казалось бы, вихревые потоки вокруг множества близко плывущих особей должны сделать невозможным стремительное передвижение всего стада. В середине 50-х годов об этой гипотезе ученого знал лишь небольшой круг специалистов, и вскоре о ней забыли на несколько лет. "Скоростные складки", как их назвал Эссапьян, выглядели на идеально гладком теле дельфина так же нелепо, как, скажем, рифленое днище на гоночной лодке или обшивка из плиссированного металла на скоростном автомобиле. Что, кроме увеличения сопротивления и, следовательно, потери скорости, могло это дать? И дельфины вновь, уже в который раз, попали на "досмотр" к биологам, в лабораторию биоников, начавших свои исследования до смешного прозаично - с проверки достоверности уже много лет известного анатомического строения быстроходных обитателей моря. И вот тогда-то и наступило ожидаемое. Советские исследователи подтвердили гипотезу Эссапьяна: у дельфинов имеется специальный так называемый двигательный механизм, который образует на коже "бегущие волны" (они бегут по телу к хвосту), гасящие вихри, стабилизирующие ламинарное обтекание, уменьшающие трение и тем самым обеспечивающие быстрое плавание животных. Окончательно уверовав, вопреки здравому смыслу, наперекор логике и мнениям кораблестроителей, что "бегущая волна" и есть тот тайный двигатель, который дает дельфинам возможность при минимальных затратах энергии фантастически быстро плавать, биологи обратились за помощью к математикам и кибернетикам. Ведь сто сорок лет инженеры пользовались уравнениями движения вязкой жидкости, и ни разу цифры не противоречили жизни, математика - практике. Только один дельфин, сам не зная того, не подходил под эти каноны, не желал подчиняться законам гидродинамики. Теперь подтвердить правильность гипотезы биологов предстояло математикам. За эту задачу и взялись советские ученые.

Рис. 19. Схема искусственной дельфиньей кожи - 'ламинфло': А - боковой разрез; Б - разрез по линии аб, 1 - верхняя бесшовная оболочка; 2 - средний слой - эластичная диафрагма с гибкими стерженьками; 3 - нижняя бесшовная оболочка; 4 - корпус модели; 5 - пространство менаду стерженьками, заполненное жидкостью; 6 - гибкие стерженьки среднего слоя (по М. Крамеру)

Что же побудило математиков взяться за проверку гипотезы биологов? Прежде всего, ее оригинальность, противоречие обыденному.

Через несколько сот часов работы ЭВМ выдала многометровую бумажную ленту с решением. Ответ оказался столь же простым, как и само изобретение природы. Любая неровность на теле скользящего в воде предмета неизбежно замедлит его движение. Исключение составляет лишь специфическая "бегущая волна" - идеальный случай, наблюдаемый у дельфина, когда мышцы животного как бы настраивают кожу на оптимальный режим. И складки, по логике вещей сбивающие ход, тогда вызывают совсем противоположный результат: "пробегая" по телу дельфина в такт с возникшими завихрениями воды, они не позволяют им перерасти в беспорядочный вихрь, уменьшающий скорость плавания.

Рис. 20. Поперечные складки, образующиеся на теле афалины в момент достижения животным наивысшей скорости

В ходе многочисленных экспериментов исследователи установили, что, помимо мышечной "бегущей волны", дельфин при движении использует еще одну волну, возникающую при комбинированных ударах корпуса и хвостового плавника. Последний, описывая восьмерку, служит своего рода волновым пропеллером.

А недавно советским ученым - кандидату технических наук С. В. Першину, кандидату биологических наук А. С. Соколову и доктору биологических наук А. Г. Томилину - удалось разгадать еще один секрет быстроходности дельфинов, который зарегистрирован в Государственном реестре СССР Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. Сущность этого открытия вкратце такова: при передвижении животных важную роль играют комплексные кровеносные сосуды, расположенные в плавниках, а также особое строение тканей, покрывающих плавники (покрытия из сухожильных тяжей). В зависимости от режима плавания упругость плавников может рефлекторно и почти мгновенно изменяться. Во время быстрого движения в воде или прыжков этих животных плавники имеют наибольшую упругость, при отдыхе они расслаблены.

Рис. 21. Полный цикл движений плывущего дельфина