|
 Мухи и акулы подают пример, а люди ему следуют: заимствование идей у природы помогает учёным решать сложные технологические проблемы. Посредством бионики возникают плоские камеры, более быстрые и мощные компьютеры, совершенная спортивная экипировка. Начнём с наглядного примера: на Олимпиаде в Пекине немецкие пловцы вряд ли получат медаль.
И не потому, что плохо плавают, а потому что носят неправильные костюмы. Международная спортивная элита делает ставку на австралийского производителя Speedo, но немецкие пловцы связаны договором с Adidas и не могут отказаться от его костюмов, а потому почти не имеют шансов на Олимпийских играх. Действительно: победу или поражение зачастую определяет плавательный костюм. С февраля по март те, кто надевал новый Fastskin LZR Racer от Speedo, поставили 38 мировых рекордов из тех 40, что вообще были сделаны по плаванию за это время. Теперь LZR Racer считается самым быстрым плавательным костюмом в мире. Пораженные чемпионы признаются, что в бассейне у них было чувство, будто они плывут вниз с горы. Секрет успеха LZR Racer в том, что этот костюм развивался в течение миллионов лет: эволюция сделала за Speedo их работу. Технологи скопировали свой топ-продукт у природы и усовершенствовали его с помощью компьютера. Бионика - не новомодная эко-тенденция  Примерно с середины прошлого века человек систематически исследует природу, чтобы перенести её конструктивные формы в техническую сферу. Эта наука называется бионикой, искусственным словом, созданным из «биология» и «техника». Это вовсе не альтернативная техника, вызванная нынешней «био-волной».
Скорее бионика - это дисциплина, в рамках которой ориентирующиеся на биологию инженеры используют на благо людей созданные в течение миллионов лет эволюции механизмы оптимизации, что экономит человеку время на изобретение и эксперименты. Механизмы оптимизации копируются с растений и насекомых, но иногда и с человека. К примеру, каждые полтора года число транзисторов на компьютерном чипе удваивается, а это значит, что вместе с вычислительной мощностью растёт и отдача тепла. Технологи систем охлаждения практически столкнулись с пределом своих возможностей. Разорительный энергобаланс компьютера Тогда специалисты сравнили компьютер с человеком и выяснили, что энергобаланс машины просто разорителен: она в 100.000 раз менее энергоэффективна по сравнению с телом человека. Логично, что специалисты IBM, работавшие над этой проблемой, взяли за пример человека, чтобы «отучить» компьютер от растрачивания электричества. Была развита система охлаждения, копирующая циркуляцию крови в человеческом организме. Кровь течёт через аорту в артерии, а оттуда поступает в капилляры и растекается по всему телу. Эта система оптимизирует так называемый транспорт массы. Кровь должна доставлять мышцам кислород и сахар, которые преобразуются в энергию. Благодаря своей иерархической структуре кровоток осуществляет транспортную функцию в высшей степени эффективно. Охлаждение чипов с помощью техники кровотока  Технологи IBM перенесли строение системы кровотока на охлаждение процессоров: благодаря иерархической структуре можно переносить не только массу, но и термическую энергию, тепло. При охлаждении необходимо максимально увеличить площадь поверхности, вступающую в контакт с водой. При этом следует максимизировать скорость жидкости, но минимизировать давление, так чтобы сократить количество энергии, необходимой для приведения системы охлаждения в действие.
Для этого специалисты построили систему следующим образом: она напоминает систему артерий и капилляров. Огромное количество водных «капилляров» обеспечивает доступ воды к максимальной площади чипа, при этом скорость воды в них довольно велика, а давление наоборот. Новая технология позволила повысить эффективность системы охлаждения на 40%, а также принесла ряд дополнительных преимуществ. К примеру, нагретую на чипе воду можно использовать в других целях, в частности, для отопления помещений: прототип такой батареи уже готов. Инженеры IBM говорят, что их разработка может быть запущена в серийное производство через пару лет, и сравнивают её с Формулой-1: сначала новые технологии испытываются на дорогой уникальной технике, а уже затем, когда проект зарекомендовал себя, запускаются в массовое производство. Скоро компьютеры будут думать как мозг человека  В IBM считают, что в течение ближайших десяти лет бионика будет развиваться и укрепляться, пока не займёт свою нишу в эпоху современной технологии. Движущей силой здесь выступает резко возросшая популярность энергосбережения.
В ходе эволюции энергетический баланс каждого живого существа оптимизировался на основе естественного отбора. Понятно, что организм, который достигал тех же результатов при вдвое меньшем потреблении пищи, имел неоспоримое преимущество. Теперь и техника начинает подчиняться этим правилам и правит в сторону оптимизации энергопотребления. Бионика вошла не только в hardware (хардвер), но и в программное обеспечение. За основу принципиальных перемен предполагается взять человеческий мозг, в котором процессы происходят параллельно. Первые элементы бионики появились в первой половине 20-го века. К примеру, в 1920 году австриец Рауль Франсе, взяв за основу коробочку макового цветка, создал солонку. В 1951 году швейцарец Жорж де Местраль спросил себя, почему репей держится на собачьей шерсти, и взглянул на него в микроскоп. Так появились застёжки-липучки. Камеры наблюдения и тропическая рыба-кузовок Но не всегда и не всё так просто. К примеру, в 70-х годах учёным понадобилось несколько лет и растровый электронный микроскоп, чтобы понять, почему листья лотоса никогда не пачкаются. После нескольких лет дополнительных исследований и экспериментов открытые водоотталкивающие микро- и наноструктуры были перенесены в техническую сферу. Так возникли непачкающиеся краски для фасадов и самоочищающееся стекло, применяемое на камерах наблюдения за дорожным движением. 
Три года назад корпорация Mercedes Benz разработала бионическое транспортное средство, скопированное с тропической рыбы-кузовка. Несмотря на свою чемоданообразную форму, машина имеет крайне низкое сопротивление воздуха. Сегодня бионика уже не разменивается на мелочи. Это установившаяся наука, которая получает выгоду от всё более быстрых компьютеров и расширяющихся возможностей микротехники: теперь учёные могут исследовать даже мельчайшие структуры растительного и животного мира. Акулья кожа вдохновляет хай-тек  Именно на основании таких наблюдений и возникли новые плавательные костюмы от Speedo. Их образцом стала кожа акулы, которая в ходе эволюции стала состоять из особых рифлёных чешуек. Благодаря им акулья кожа стала такой гладкой, что рыба весом почти в тонну свободно скользит в воде, почти не встречая сопротивления среды. В соответствии с этим образцом плавательные костюмы были оснащены тысячами искусственных чешуек.
Это имело потрясающий эффект: спортсмены, надевавшие их, проплывали 100-метровку в среднем на 1,5 секунды быстрее, чем их настолько же сильные конкуренты в обычных костюмах. Но акульих костюмов уже не хватает, чтобы ставить рекорды: они слишком толстые и слишком тяжелые. В исследовательской лаборатории Speedo был создан новый синтетический материал, ещё более гладкий, чем акулья кожа, и при этом абсолютно тонкий. В конце концов, бионика - это не слепое копирование механизмов природы. Анализ поведения потоков Так возник костюм LZR Racer. Он был разработан исследователями из английского университета Ноттингема с помощью компьютерной модели: инженер потоков Эрв Морван ввёл в компьютер параметры тела 400 пловцов и провёл анализ поведения водных потоков. Он узнал, на какие участки тела вода оказывает наибольшее давление и где возникают тормозящие эффекты. После этого дизайнеры Speedo смогли установить на проблемных зонах особенно гладкие материалы. Пример плавательного костюма показателен для бионики, потому что до сих пор она лишь немного проникла в повседневную жизнь. Сегодня знания этой науки служат, прежде всего, для создания высокотехнологичных продуктов, которые будут запущены в серийное производство, в лучшем случае, через несколько лет.  Невидимые плоские камеры
Как, например, разработанные в институте прикладной оптики и тонкой механики в Йене суперплоские камеры. Скопированные с фасеточных глаз насекомых плоские объективы имеют толщину 0,2 миллиметра. Исследователям понадобилось три года, чтобы скопировать созданные за миллионы лет эволюции фасеточные глаза мухи. При этом учёные полностью ориентировались на природный образец: глаз насекомого состоит из отдельных линз, от сотен до десятков тысяч в зависимости от размера глаза. Каждая из этих линз переносит получаемый свет на принадлежащий ей одной рецептор, а уже в мозгу мухи из многих отдельных изображений складывается единая картинка. Йенский продукт тоже состоит из многочисленных палочкообразных микролинз, которые передают свет на сенсоры CCD или CMOS, установленные во всех цифровых камерах. Правда, для цифровых камер суперплоские объективы не подходят: их расширение ограничено, поскольку каждому пикселю изображения нужна отдельная линза. Зато значительный интерес к новой разработке проявила автомобильная промышленность. При помощи плоских камер можно осуществить огромное количество мер безопасности, к примеру, установить детектор сна, который включает тревогу, когда водитель начинает «клевать носом». Или сенсоры, регистрирующие положение человека в кресле: если водитель или пассажир сидит, наклонившись вперёд или в сторону, соответствующее положение придаётся и направлению выброса подушки безопасности. Мегапискели разрешения здесь ни к чему, зато благодаря своим размерам плоские камеры могут запросто внедряться в интерьер автомобиля.
Илья Яковлев
штат Salon.Su |
СТАТЬИ 
