На пути к бионике

В комплексе навигационных задач, решаемых бионикой, большое внимание уделяется изучению "биологических часов", которые, как установлено, являются важнейшим звеном сложной системы навигации и ориентации животных. Предпринимаются попытки создать электрический аналог "биологических часов". В состав одного из таких аналогов введен генератор, характер колебаний которого зависит от воздействия окружающей среды - чередования света и темноты, фаз Луны и т. п. Такой прибор, по замыслу его создателей, должен пролить дополнительный свет на процесс функционирования биологических систем.

Бионика проводит фундаментальные исследования биоэнергетики живых организмов. В частности, большое внимание уделяется изучению и моделированию работы мышцы, основанной на непосредственном превращении химической энергии в механическую. Мышца почти такое же удивительное творение природы, как и нейрон. Она очень сложна и в то же время удивительно проста. Это самый экономичный двигатель. Если коэффициент полезного действия паровой машины всего лишь 20%, а самых лучших двигателей внутреннего сгорания - 35%, то мышца по сравнению с ними имеет к.п.д. порядка 90-94%. Задача преобразования химической энергии в механическую, легко решаемая в биологических системах, пока малодоступна для техники. Но первый шаг в этом направлении уже сделан. Известный физико-химик А. Качальский построил интересную модель мышцы, так называемый мышечный мотор. Активный элемент этой модели - протеин, точнее, коллаген - вещество, входящее в состав кожи и связок. Если волокна коллагена поместить в раствор бромистого лития, они быстро сокращаются, поднимая при этом вес в тысячу с лишним раз больше собственного. Если затем удалить бромистый литий - промыть волокна в чистой воде, их длина становится прежней. На этом принципе и основан мотор Качальского.

Рис. 2. Схема мотора Качальского

Другой важнейшей проблемой является разработка принципиально новых экономичных и дешевых источников питания энергией. Речь идет о создании биохимических источников энергии. В решении этой задачи бионика идет по двум направлениям. Первое связано с получением горючих газов из органических отходов с помощью бактерий. Другое направление связано с созданием электрических элементов, электроды которых находятся в сосуде, содержащем бактерии и запас корма. Создаются и солнечные "биобатареи" на основе фотосинтезирующих организмов. Параллельно с созданием биохимических источников энергии ведутся работы по изучению генерирования электричества живыми организмами. Известно около 500 различных видов рыб, генерирующих электроэнергию. Самая мощная "электростанция" у речных угрей-она способна вырабатывать электрический разряд, напряжение которого достигает 650 вольт. Недавно были проведены опыты по использованию электроэнергии крысы. С этой целью животному было введено два электрода - один под кожу и другой в брюшную полость. Подключенный к такому источнику энергии радиопередатчик с частотой 500 килогерц работал в течение 8 часов.

Помимо пяти перечисленных направлений бионики, в последние годы сложилось еще одно научное направление, в котором бионика сотрудничает с архитектурой и строительной техникой. Речь идет о биоархитектуре. В том, что зодчие занялись изучением "строительного искусства" природы, начали вести целенаправленный и осознанный поиск архитектурных форм, идеально рассчитанных самой природой, нет ничего случайного. Рождению биоархитектуры в большой степени способствовало создание новых строительных материалов.

Природа в каждом своем проявлении дает пример успешного решения сложнейших архитектурных и конструктивных задач. Часто органические конструктивные системы по легкости и прочности, по красоте и изяществу могут служить идеалом для творчества зодчих и строителей. Один только мир радиолярий (одноклеточных морских организмов) являет собой такое сказочное разнообразие форм, что их с избытком может хватить на создание десятков тысяч новых архитектурных шедевров. В мире диатомей можно увидеть 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. Не так давно инженеры построили опору большого экрана для Берлинского зеленого театра, использовав схему строения скорлупы диатомовой водоросли. Архитектор П. Солери спроектировал мост через реку длиной более километра по аналогии с полусвернутым живым листом.