Сегодня открывается выставка, посвященная бионике

Мы уже писали об этом.

И сегодня, 22 декабря, в 16 часов, в Государственном Дарвиновском музее (г. Москва) открывается выставка «Конструктор — природа».

Одним из центральных объектов экспозиции станут работы екатеринбургского дизайн-бюро «Револьверарт» под руководством Арсения Ли, использованные в календаре «Бионика», выполненном для ЗАО ТПО «Уралпромоборудование». В создании календаря также принимал участие известный уральский художник и дизайнер Алексей Бояршинов.

На открытии выставки, в числе почетных гостей, будут присутствовать арт-директор студии «Револьверарт» Арсений Ли и руководитель школы делового и личного развития «Фабрика Роста» — специалисты которой также работали над календарем — Алла Поспелова.

Прошлым вечером они вылетели из аэропорта «Кольцово», и спустя несколько часов уже оказались в столице. Несмотря на предновогоднюю гонку, директора «Револьверарт» и «Фабрики Роста» приняли решение участвовать в открытии экспозиции, ведь эта выставка говорит о готовности Москвы воспринимать уральских дизайнеров не просто как достойных профессионалов, а как людей, производящих без малого эталонную продукцию.

О календаре «Бионика» мы впервые написали здесь.

Подробная информация об экспозиции на сайте Государственного Дарвиновского музея.

Истории календаря:

Январь — снегоход «Пингвин»

Проблема создания машин для передвижения по грунтам имеющим низкую несущую способность характерна для отечественного машиностроения. Особую остроту они приобрели в послевоенное время, в связи с полномасштабным восстановлением разрушенного народного хозяйства, освоением северных территорий, масштабными полярными исследованиями. В 1947 г. в Горьковском политехническом институте на механическом факультете было организованно НИЛ механизации трудоемких процессов (НИЛ МТП), позднее известное как Отдельное конструкторское бюро по разработке льда, снега и мерзлого грунта (ОКБ РАЛСНЕМГ), достижения этой лаборатории планировалось использовать и при освоении космоса.
За период существования ОКБ создано более 60 экспериментальных и опытных образцов машин, нашедших широкое применение в Арктике и Антарктике, на реках Сибири и Европейской части нашей страны. Так, в 1974 г. была разработана снегоходная машина «Пингвин», имитирующая принцип передвижения этих птиц по рыхлому снегу, руководил работой д.т.н., заслуженный деятель науки Аркадий Фёдорович Николаев. Пингвины отталкиваются ластами, подобно лыжникам, использующим для этой цели палки. Основанная на этом принципе снегоходная машина, лежа на снегу днищем и отталкиваясь от снега колесными спицами, скользит по поверхности и при весе в 1300 кг. двигается со скоростью 50 км/час. Эта машина не имела недостатков, характерных для тягачей, тракторов и других снегоходов, которые при своем движении по снегу образуют глубокую колею, буксуют и увязают. Подобные машины используются и на мелководных озерах, где обычные плавсредства чаще всего не могут применяться.

Февраль — ПЛАРК К-162 «Синий кит»

Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов.
В 1969 году в Северодвинске в рамках проекта 661 «Анчар» (называемом в разведонесениях НАТО «Папа») была пущена в эксплуатацию знаменитая подводная лодка «К-162», или, как прозвали ее те — же натовцы, за цвет корпуса, выполненного из титана — «Синий кит». Для создания этого уникального объекта в Северодвинске был специально построен титановый комбинат. Именно ПЛАРК К-162 принадлежит установленный в 1971 году (и не превзойденный до сих пор) рекорд скорости под водой равный 44,7 узла (80,4 км/ч).
Проектирование лодки было поручено Ленинградскому ЦКБ-16 (ныне СПМБМ «Малахит»), главным конструктором проекта стал руководитель ЦКБ-16 Николай Николаевич Исанин (1904—1990). Лодка состояла из девяти отсеков. Носовая часть представляла собой «восьмёрку», первый отсек располагался над вторым. По бокам «восьмёрки» установили десять контейнеров для размещения противокорабельных ракет «Аметист». Хвостовая часть имела мощное оперение из стабилизаторов и рулей, как у самолёта. Внешний вид конструкции было решено приблизить к форме тела кита.
ПЛАРК К-162, получившая после ремонта в 1978 г. имя К-222 находилась в эксплуатации до 1989 года. Лебединой песней «Синего кита» стало подтверждение скоростного рекорда во время совместных Советско-НАТОвских учений.
Добиться рекордных скоростей, опираясь на бионические принципы пытались, пусть и с гораздо меньшим успехом, конструкторы иностранных субмарин. Неплохих результатов достигли американцы их подводная лодка «Скипджек», корпус которой по форме напоминает тунца.

Март — Жиротрон — устройство стабилизации самолёта

Двукрылые насекомые (DIPTERA) обладают одним из самых маневренных полетов в живом мире, они способны кардинально изменять направление движения или вернуться на прежний курс, меньше чем за 30 миллисекунд. Происходит это благодаря двум крошечным булавовидным «органам балансирования», называемым жужжальца. Жужжальца — непрерывно вибрирующая, рудиментарная пара крыльев, совершающая взмахи в противофазе к основной паре. При изменении направления полета направление движения жужжалец не меняется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об «отклонении от курса».
Люди с этой целью долгое время использовали гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять своё направление в пространстве, самый известный пример —  детская юла. Но после изучения полета насекомых был создан вибрационный вильчатый гироскоп отличающийся от своего вращающегося собрата отсутствием трущихся деталей, высокой надежностью и линейностью показаний.
Одна из разновидностей вильчатого гироскопа — жиротрон (практически точная копия жужжалец двукрылых) нашел широкое применение в авиастроении. Он обеспечивает высокую стабилизацию направления полёта самолёта при больших скоростях. Самолёт с жиротроном способен не только эффективно придерживаться намеченного курса, но и может быть автоматически выведен из штопора.

Апрель — Эйфелева Башня

Этот шедевр модернистской архитектуры был создан в 1889 году для всемирной выставки в Париже. Высота башни — 317 м, а состоит она из 18000 железных деталей и 2 500 000 заклёпок, благодаря этому в артистических кругах того времени она была известна как башня на гайках.

В то время, когда Густав Эйфель работал над ее детальным проектом, Шарль Гуно, Верлен, Леконт де Лиль, Александр Дюма-сын обратились в газету«Тан» с «Протестом против башни месье Эйфеля». Согласно легендам Ги де Мопассан предпочитал обедать в ресторане на одной из площадок башни , заявляя, что это единственное место во всем Париже, откуда не видно эту ужасную груду железа.

Эйфелева башня является самым ранним из очевидных примеров использования бионических принципов. Для обеспечения прочности и устойчивости конструкции за основу инженерного решения взято строение одного из самых прочных костных образований – головки бедренной кости. В 1839 году швейцарский профессор анатомии Херман фон Мейер исследовал костную структуру головки бедра и обнаружил, что ее прочность обеспечивает перераспределяющая нагрузку изощренная сеть миниатюрных костных перегородок, имеющая строгую геометрическую структуру. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера.

Александр Густав Эйфель (15 декабря 1832, Дижон — 28 декабря 1923, Париж)

Получил образование в Политехнической и Центральной школах. Первую известность приобрел как автор расчета конструкции покрытия Галереи машин (1867), как конструктор стеклянных стен огромного вестибюля Международной выставки 1878 и универсального магазина«Бон Марше» в Париже (1876), лишившегося своего очарования из-за безудержной«модернизации».

Изучал воздействие природных сил на сооружения, для чего создал аэродинамическую лабораторию. Основное его открытие — система конструкций, основанная на трехмерной мобильной структуре, изготовленной из металла (железа или профилированной стали), составленная из комбинации готовых.

В 1869—84 проектировал железнодорожные виадуки. Необходимость создания большепролетных мостов через реки заставила его разработать принципиально новую систему опор
Им создан проект вращающегося купола обсерватории в Ницце, который, несмотря на вес 100 000 кг, легко может приводить в движение один человек. Эйфелю принадлежит так же авторство внутреннего каркаса Статуи Свободы, поддерживающего 46-метровую медную конструкцию.

Май — Мстислав Келдыш — победитель флаттера

Флаттер (от англ. flutter — дрожание, вибрация) сочетание незатухающих изгибных и крутильных колебаний, возникающих при достижении самолетом определенной скорости и приводящих к разрушению конструкции. Причина флаттера обычно кроется в несовпадении центров жесткости и давления при недостаточной жесткости конструкции крыла. С этим явлением в 30 годы столкнулось авиастроение всех передовых стран. В наиболее полном наборе всех его разновидностей и раньше, чем во всем мире, флаттер был преодолен у нас в стране. Группа флаттера в ЦАГИ (Центральном аэро-гидродинамическом институте), возглавляемая Мстиславом Всеволодовичем Келдышем (1911—1978) решила эту проблему к началу Великой Отечественной войны. Флаттер перестал быть тормозом на пути развития советской авиации (чего нельзя было сказать об авиации наших противников).
Решение, предложенное учеными, конструктивно соответствует принципу строения крыла стрекозы, у которой на концах передней кромки крыльев имеется хитиновое утолщение— птеростигма, гасящая вредные колебания крыла.

Мстислав Всеволодович Келдыш (1911—1978)
Внук двух царских генералов, отвечавший на вопросы советских анкет о происхождении: «из дворян», известен не только решением проблемы флаттера и шимми (самопроизвольного колебания переднего шасси), но и как автор теоретических работ по математике и механике. Как математик он внёс выдающийся вклад в развитие ЭВМ, и в создание эффективных методов расчёта задач атомной и космической техники. Выступил одним из инициаторов работ по исследованию космоса и созданию ракетно-космических систем. Руководил научно-техническим советом,  координирующим деятельность НИИ и КБ по созданию первого искусственного спутника земли. Внёс большой вклад в осуществление программ пилотируемых полётов,  постановку научных проблем и проведение исследований космического пространства. Важное место в деятельности Келдыша занимало научное руководство работами, осуществляемыми в сотрудничестве с другими странами по программе «Интеркосмос». Четырнадцать лет руководил АН СССР, добившись на этом посту реабилитации генетики и кибернетики и способствовал развитию новых разделов науки — молекулярной биологии, квантовой электроники и др.

Июнь — буровые коронки с опережающим резцом

При изобретении большинства из ныне используемых буровых коронок были применены принципы бионики.
В 1926 году известный ученый и изобретатель Александр Михайлович Игнатьев (1879—1936) изобрел самозатачивающиеся резцы, за основу было взято строение зуба бобра, в котором твердые внутренние слои окружены более мягкими. Во время работы стержневые слои испытывают большую нагрузку, мягкие слои — меньшую, и первоначальный угол заострения не меняется. А толчком к изобретению послужила царапина, полученная Игнатьевым от домашнего котенка. 
В 80-е годы 20 века, группа изобретателей Ю. Буштедт, А. Атякин, Л. Лачиян, Н. Литвинов, обратили внимание на строение челюсти вымерших ящеров. Взяв за основу  их зубную формулу с многорядным расположением зубов, советские ученые запатентовали двухъярусную буровую коронку, состоящую из корпуса и двух ярусов резцов, с целью предохранения резцов верхнего ряда от разрушения при вводе их в работу, под временную опору резцов нижнего яруса подослана амортизирующая подушка из мягкого материала.
Таким образом была решена основная проблема бурения — постоянная необходимость приостанавливать процесс для смены коронок.

Июль — Велкро

Джордж де Местраль в 1948 году, гуляя со своей собакой, заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то цепкие растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки так прочно держатся за шерсть животного, и обнаружил миниатюрные крючки, покрывающие плоды репейника.

Ему пришла в голову мысль использовать принцип «прилипания» для создания застежки нового вида. Восемь лет ушли на разработку этой идей, Мистраль растерял почти всех друзей и превратился в объект насмешек. Но ему удалось спроектировать хлопковую ленту, одна часть которой ворсистая, а другая покрыта мелкими пластиковыми крючками. Соединяясь, они скреплялись быстро и прочно, как бы прилипают друг к другу. Это породило название «липучка». А официальное производственное название этой застежки «велкро» образовалось от слияния первых слогов двух французских слов «vel» (velvet) — бархат и «cro» (crochet) — крючок.

Изобретение было запатентовано в 1955 году, а уже к концу 50-х годов текстильные фабрики производили до 540 млн. метров этой тесьмы в год.

Август — инфраухо медузы

Сентябрь — современные мельницы

В VII веке н. э. жители засушливых степей Ближнего и Среднего Востока, наблюдая за полетом крылатых семян, изобрели мельничную лопасть, и придумали способ соединения ее с жерновом, правда, при смене направления ветра жернова переставали вращаться. Выход был найден уже в следующем веке, когда появились мельницы на козлах, вошедшие в историю как «столбовики» или «немецкие мельницы». Они покоились на станине, подпертой балками, что позволяло поворачивать весь мельничный амбар, устанавливая крылья против ветра. Это приходилось делать вручную, что ограничивало массу конструкции, а следовательно и производительность, не была она застрахована и от опрокидывания при сильном порыве ветра. В середине XVI столетия фламандцы нашли решение этих проблем, сделав подвижной только крышу здания, а само его поставив на фундамент, такая мельница получила название шатровой.
Использование ветряков не ограничивалось производством муки. Уже в первой четверти XVI века европейцы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы, используют ее для приведения в движение фабричных агрегатов. Следующим шагом стали попытки преобразование модифицированной энергии ветра в электрическую. В 1932 году в Крыму была возведена первая в мире ветроэлектростанция мощностью 100 кВт.
Но широкомасштабное использование энергии ветра долгое время было невозможно из-за существенного ограничения минимальной скорости ветра, способной привести в движение лопасти. Тогда на вооружение был взят принцип движения крыльев многих летающих насекомых, сопровождающийся малым расходом энергии, за счет того, что его траектория имеет форму восьмерки. Появление мельниц с подвижными лопастями, позволило значительно снизить минимальное значение требуемой скорости ветра.

Октябрь — ламинфло искусственная кожа дельфина

Широко известен «парадокс Грея», констатирующий, что: дельфин движется со скоростью, которая по расчетам требует в 10 раз большей мощности. Секрет высокой скорости движения дельфина разгадали советские ученые В. Е. Соколов и А. Г. Томилин с сотрудниками. Кроется он в устройстве кожи состоящей из трех слоев: тонкий гибкий поверхностный слой, под ним толстый эластичный, наподобие губки, а еще ниже снова тонкий. При движении за счет упругих сил «губки» возникают противоволны, кожа вибрирует и снимает турбуленцию.
На этот феномен обратил внимание немецкий инженер Макс Крамер В 1960 г. он изобрел мягкие оболочки для корпуса корабля — «ламинфло» из двух и трех слоев резины толщиной 2,3 мм. При этом гладкий наружный слой имитировал эпидермис кожи, эластичный средний с гибкими стержнями и демпфирующей жидкостью был аналогичен дерме с коллагенами и жиром, а нижний выполнял функции опорной пластины. Демпфирующая жидкость, перемещаясь между стерженьками, гасила вихри в слое воды ближайшем к корпусу модели. При этом торможение снижалось наполовину, скорость увеличивалась вдвое.
Американский изобретатель Пелт выстлав внутреннюю поверхность трубы имитатором дельфиньей кожи (уретановая смола на полиэфирной основе), получил снижение потерь давления при перемещении жидкости на 35%. Тем самым возникла реальная возможность экономично перекачивать на сотни тысяч километров по трубам воду, сжиженные горючие газы и т.д.

Ноябрь — эхолот

 

Когда-то малые глубины (до 4 м) измеряли футштоком (шест, размеченный в футах), а большие (до 500 м) — ручным лотом. Лот — прибор, состоящий из лотлиня (линя) и груза; название произошло от голландского слова lood — «свинец». Современные лини калиброваны в метрах при помощи узелков или марок различных формы и цвета для каждой глубины. Грузило лота обычно изготовлялось свинцовым или из чугуна в форме конуса (пирамидки), отсюда и пошло название. Затем был изобретен механический лот действие которого основано на измерении гидростатического давления в трубке, запаянной с одного конца и погружаемой другим (открытым) концом в воду.

А после изучения принципа навигации летучих мышей, создали прибор для измерения глубины с помощью гидроакустических эхо-сигналов. Из-за слишком очевидной идеи устройства, сложно выделить одного изобретателя этого прибора, изобретение усовершенствованного эхолота непрерывного действия приписывают Уильяму Томсону Кельвину, основателю термодинамики, широко известному благодаря температурной шкале своего имени.
В наше время эхолоты используются не только определения глубины, но и для поиска косяков рыбы, подводных лодок, для исследования звукорассеивающих слоев вод морей и океанов, определения типа морского грунта, стратификации донных осадков и гидроакустических измерений, археологических изысканий и даже - поиска подводных пиратских кладов.

Навигация летучих мышей

Начало изучению полета летучих мышей положил итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729—1799), проведя ряд вивисекторских экспериментов, доказывающих, что мышь видит преграды не глазами. Ослепленное им животное продолжало свободно летать, уклоняясь от препятствий. Рукокрылые ориентируются при помощи отраженных звуковых импульсов. Их ноздри и рот также составляют части локационного аппарата. Удалось засечь пучки ультразвуковых импульсов, которые непрерывно (около 30 сигналов в минуту) издает мышь. В ушах летучей мыши был обнаружен крохотный мускул, который сокращается при излучении сигнала, перекрывая слуховой канал, позволяя животному воспринимать только эхо.

Итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729—1799), работавший в различных областях естествознания, автор доказательства невозможности самозарождения жизни, первым заинтересовался способами ориентации летучих мышей в полной темноте и провел ряд вивисекторских экспериментов. Ослепленная им крылатая мышь продолжала свободно летать по комнате, и ловко уклонятся от всех препятствий. Современные ученые-бионики провели более гуманные опыты. Сначала летучим мышам залепили крохотными кусочками воска глаза. Однако это не помешало им ориентироваться в пространстве. А вот когда им залепили еще и уши, животные стали беспомощно натыкаться на стены.

Декабрь — Леонардо Да Винчи 

Рубрика: Полиграфия, Новости