Бионика(от греч. biōn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

• Авторитет древнегреческого ученого Аристотеля был столь велик, что многим даже сомнительным его утверждениям верили в течение столетий. Например, не удосуживались пересчитать лапки у мухи, которых, как он считал, должно быть... восемь. А вольнодумца, усомнившегося в том, что чайки зимуют на дне пруда, в эпоху Возрождения могли подвергнуть публичной порке.
•  Объяснить, какую силу развивают конечности человека и животных, где находится в их теле центр тяжести, как меняется его положение при вставании, ходьбе, беге, описать движения сердца и грудной клетки и еще многое другое смог лишь в конце XVII века итальянский ученый Дж. Борелли. В своем сочинении «О движении животных» он призывал естествоиспытателей активнее применять основы механики в изучении живой природы.
•  Давление, производимое зубами древнего ящера тираннозавра, сравнимо с давлением, которое бы возникло, если бы на его задний зуб поставили грузовичок-пикап типа
«Газели».
•  Большая клешня обитающего в океане омара сжимается медленно, но способна раздробить твердые раковины моллюсков. Маленькая же не развивает таких усилий, зато может стремительно, за 20 миллисекунд, закрыться, что в несколько раз быстрее любого рефлекторного движения человека.
• Некоторые моллюски при закапывании в грунт нагнетают кровь в ногу и этим придают ей твердость, которая нужна при закапывании моллюсков в грунт. Эта заимствованная у природы идея привела к созданию гидравлической модели ножных суставов, а затем — и их протезов. Конструкция оказалась настолько удачной, что на одной из демонстраций мод никто из зрителей не догадался, что в показе участвовала манекенщица, у которой ампутированы обе ноги!
•  Известно, что раньше бегуны на короткие дистанции начинали бег с так называемого «высокого» старта. Однако при наблюдениях за кенгуру обнаружилось, что те «стартуют», низко пригнувшись к земле, — при этом начальная скорость становится намного выше. Вскоре этим приемом стали пользоваться и спортсмены.
•  Скорость бега на короткую дистанцию у борзых собак и скаковых лошадей заметно выше, чем у лучших спортсменов, и даже скорость домашней свиньи лишь немного уступает человеческим рекордам. Однако в беге на дальние дистанции люди опережают крупный рогатый скот и овец.
•  «Глупый пингвин робко прячет тело жирное в утесах», — писал Максим Горький в «Песне о Буревестнике». Расхожее мнение о неуклюжести пингвинов было опровергнуто, когда люди смогли увидеть их многометровые прыжки.
•  Палеонтологи и биомеханики считают, что облик динозавров грубо искажают, изображая их с волочащимися по земле хвостами. В действительности, предполагают ученые, большинство динозавров держали хвост поднятым кверху для балансировки.
• Найденный при раскопках на границе Перу и Бразилии невероятно большой череп крокодила вида пуруссаурус позволил восстановить внешний вид этого чудовища, жившего около 8 миллионов лет назад. Длина его была не менее 12 метров, а высота — 2,5 метра, что сравнимо с троллейбусом-гармошкой. (На иллюстрации рядом с крокодилом изображен медведь длиной 1,5 метра).
•  Наблюдения за движениями змей привели ученых к выводу, что они ползут по поверхности, опираясь на нее всего лишь в нескольких точках. Такой способ перемещения способствует уменьшению износа шкурки и сводит к минимуму тепловой контакт с горячим песком или холодной землей.
•  Некоторые одноклеточные животные применяют «бактериальный» принцип движения..
себе «на спину» множество бактерий и пользуясь их жгутиками-моторчиками. Эту ситуацию ученые сравнивают с перемещением океанского лайнера, плывущего за счет винтов облепивших его моторных лодок.
• Среди множества изобретений Леонардо да Винчи, идеи которых заимствованы им у природы, есть и «плавательные перчатки», то есть ласты для рук. На мысль о них его навели наблюдения за гусями и утками.
• Знаменитый исследователь океана Жак Ив Кусто писал: «...на суше скелет кита не выдерживает веса мышц и жирового слоя». Во время одной из экспедиций Кусто с помощниками спасли попавшего на мель двухтонного китенка с помощью специального гамака для создания равномерной опоры.
• Хвост кита служит ему и могучим движителем — веслом, и оружием, разбивающим в щепки суда гарпунщиков. Он способен развивать мощность, равную суммарной мощности нескольких крупных тракторов!
• В одном из английских музеев выставлен на обозрение кусок дубовой обшивки корабля, пробитый насквозь меч-рыбой. По подсчетам ученых, для нанесения такого удара ей нужно было развить скорость до 100 километров в час!
• Проблема заточки орудий для охоты волновала наших предков с далекой древности. Сохранилось множество свидетельств копирования рогов, бивней, зубов и когтей живот-
58
ных при изготовлении копий, дротиков и наконечников стрел.
• Двести пятьдесят миллионов лет назад на Земле водилось гигантское плавающее пресмыкающееся, названное офтальмозавром. Сила этого чудовища была огромна, и двигалось оно с бешеной скоростью. Однако офталь-мозавр с трудом менял направление и не умел тормозить, поэтому нередко разбивался о прибрежные скалы.
•  Палеонтологи называли птеранодона «летной заурядностью». Однако английский писатель Стивен Уинкуорт создал серию моделей этого крылатого динозавра и доказал, что он обладал превосходными летными качествами. Например, одна из его моделей продержалась в воздухе около трех часов, двигаясь со скоростью 30 километров в час.
•  Результаты расчетов говорят, что птицы весом более двадцати — тридцати килограммов не способны летать. Поэтому остается загадкой, как поднималась в воздух морская птица, жившая несколько десятков миллионов лет назад. Она весила свыше 40 килограммов и имела размах крыльев более 5
метров.
• Конструкторы полагают, что для полета человеку нужны были бы крылья размахом больше 42 метров! При этом его грудная клетка должна была бы достигать в обхвате 2 метров, чтобы вместить достаточно мощные мускулы для осуществления взмахов.
• Самая большая высота, на которую поднимаются птицы, — 17 километров. Так высоко летают лишь нильские гуси. А сравнительно недавно на высоте 1-2 километров были обнаружены довольно плотные «слои» мелких насекомых.
• Чтобы экономить силы во время долгих перелетов, некоторые виды птиц выстраиваются клином или дугой. Такая форма стаи уменьшает сопротивление воздуха при движении летящих вслед за вожаком птиц. По этой же причине велосипедисты в командных гонках и истребители в групповом полете вытягиваются друг за другом в цепочку.
• Вес самцов африканского страуса достигает 150 килограммов. Поэтому, в соответствии с биомеханическими расчетами, эти птицы не могут летать. Страусам нашли применение на земле — их стали запрягать вместо лошадей в повозки, с чем они успешно справляются.
• Лучший «толкательный аппарат» в живом мире, как считают ученые, — это гребное устройство жука-вертячки. По экономичности оно превосходит все современные технические устройства подобного назначения.
• Английский ученый XVII века Роберт Гук полагал, что мухи могут прогуливаться по оконным стеклам и даже по потолку за счет крошечных коготков на лапках. Затем долгое время считалось, что удерживаться на этих поверхностях мухам удается благодаря
60
присоскам на концах покрывающих лапки волосков. И лишь недавно ученые обнаружили микроскопические жировые следы этих насекомых. Так выяснилось, что выделяемое мухами при ходьбе вещество способствует прилипанию волосков даже к гладкому стеклу.
• Изучение конструкторами движения насекомых по вертикальным поверхностям способствовало созданию шагающих по стенам многоногих роботов. Аппараты подобного типа предполагается использовать при обследовании ядерных реакторов и небоскребов.
• Не одну сотню лет предпринимались попытки построить искусственную лошадь. Сегодня созданы и внедрены в практику тренажеры-муляжи, подключенные к компьютеру и полностью имитирующие разные виды верховой езды. При этом на экране перед наездником проносятся прекрасные пейзажи. После таких занятий многие безбоязненно садятся на живую лошадь.
•  Когда-то физик Роберт Вуд засунул в длинную трубу своего спектроскопа кошку, чтобы она проползла по ней и очистила ее внутреннюю поверхность от паутины. Даже сейчас, в эпоху Интернета, способностям животных находят столь же неожиданные применения. Например, чтобы протянуть кабели компьютерных сетей по узким шахтам, используют дрессированных крыс, которые, двигаясь на запах пищи, тащат за собой провода.
• Узнать, как двигаются и выглядят изнутри различные животные, и даже управлять ими можно теперь в Роботопарке — это уникальная выставка биомеханических устройств, переезжающая из одного американского штата в другой. Пока выставлено восемь устройств — носорог, кальмар, кузнечик, жираф, муха, хамелеон, летучая мышь и представленный на рисунке утконос. Посетители выставки считают, что лучших наглядных пособий нет даже в зоопарке

Для того, чтобы разобраться с особенностями движения жука, биомеханики привлекали сведения о движении человека. Что ж, для исследователей, в принципе, не важно, о каком живом объекте идет речь, — с точки зрения построения моделей, имитирующих его существование в природе.
Вряд ли мы можем по-прежнему ощущать себя «царями природы». Если вы дочитали книгу до этого места, то могли убедиться, что во многом люди уступают своим соседям по планете. Когда же речь заходит о поисках подходящего «типажа» для имитации какого-либо природного или искусственно организованного процесса, моделью вполне может служить человек.
Так, например, во время испытаний автомобилей и средств безопасности при езде нет нужды искать какого-либо зверя, который бы «подсказал», что необходимо в этом случае предпринять. Люди создают биомеханическую модель, снимая мерки для нее с самих себя. (Так же, как портные используют манекены, чтобы посмотреть, хорошо ли будет сидеть одежда.)
Как ни старайся, но добиться полной безопасности на дорогах нельзя. Всех ситуаций не предусмотришь, и поэтому разработчики автомобилей всячески пытаются обезопасить своих пассажиров. Вот для этого они и прибегают к советам специалистов по
биомеханике.
Скажем, фирма «Дженерал Моторс» спроектировала самовыравнивающееся рулевое колесо и ударопоглощающую рулевую колонку. Чтобы создать это оборудование, потребовались долгие годы исследований особенностей столкновения твердых предметов с тканями человека. После многих экспериментов и обработки данных о реальных авариях была создана биомеханическая модель грудной клетки человека. (На рисунке пружинами обозначены упругие свойства наших тканей, а значками в виде кнопок — воздушные амортизаторы, которыми служат легкие.) Подобие этой модели реальному человеку и дало возможность разработать устройства, снижающие, а то и вообще исключающие травматизм во время аварий.
Закончить этот рассказ, а с ним и главу хотелось бы интересным высказыванием великого  ученого  Константина Эдуардовича Циолковского, который, размышляя над обеспечением безопасности и комфорта обитателей  межпланетных кораблей, предлагал помещать их в жидкость. «Природа давно пользуется этим приемом, — писал он, — погружая зародыш животных, их мозги и другие слабые части в жидкость. Так она предохраняет их от всяких повреждений».
Безусловно, в жидкости космонавт сможет выдержать значительно большие перегрузки, чем в специальном кресле. И хотя это изобретение природы еще ждет своего повторения человеком, важно подчеркнуть, что, видимо, и в космосе пригодятся ее подсказки.

Насекомые преподносят сюрпризы, связанные отнюдь не только с их умением летать. Поражает, например, их необычайная выносливость. Так, жук-носорог, подобный маленькой живой бронемашине, затрачивает неимоверные усилия на то, чтобы проложить дорогу в ссохшейся почве. Масса энергии уходит у жуков-самцов, ведущих между собой тяжелые бои за самок. Сообщалось даже, что жуки способны нести груз, превосходящий собственный вес в 350 раз! Но это были, так сказать, оценки «на глазок». И лишь недавно ученые решили точно измерить усилия жуков.
К насекомому прикрепляли свинцовый грузик весом, превышавшим вес жука в несколько раз. При этом жук продолжал двигаться как ни в чем не бывало. Нагрузку увеличивали. Когда ее вес превосходил вес жука в 30 раз, он, не спотыкаясь, шел более получаса со своей обычной скоростью — примерно один сантиметр в секунду. Даже при нагрузке, в 100 раз превышающей вес жука, он умудрялся с ней справляться. Жук-носорог подтвердил репутацию самого сильного существа на Земле (разумеется, по отношению к собственному весу).
Удивительнее всего оказалось то, что при увеличении нагрузки расход энергии сокращался. Получалось, что на передвижение собственного тела жук тратит больше энергии, чем на перемещение груза. Такие результаты поставили экспериментаторов в тупик.
На помощь призвали специалистов по биомеханике. Они припомнили, что с подобным явлением приходилось сталкиваться при наблюдениях за женщинами некоторых африканских  племен.Те могут нести на голове  груз,  вес которого составляет около пятой части веса их тела, не совершая при этом дополнительных усилий. Как же это возможно?
Обратили внимание, что из сосудов с водой, которые несут на головах женщины, по дороге не расплескивается ни капли. Это говорит о том, что никаких вертикальных движений они не совершают. Другими словами, в пути женщинам удается поддерживать центр тяжести тела на постоянной высоте. Для этого они вырабатывают особенную плавную походку. Мы же — обычные, нетренированные люди, когда идем широким шагом или вразвалку, тратим заметную долю своих усилий на никому не нужное смещение вверх-вниз центра тяжести своего тела. Это и приводит к неоправданным затратам энергии, а значит — к усталости.
К сожалению, полностью ответить на вопросы, связанные с движением жука-носорога, до сих пор не удалось. Ученые собираются исследовать усилия, развиваемые каждым из мускулов жука. Уж очень заманчиво выяснить, как можно двигаться без дополнительной затраты сил...

«Самым лучшим подарком были прозрачные крылышки, совсем как у стрекозы. Их привязали Дюймовочке на спину, и она тоже могла теперь летать с цветка на цветок». Помните эту сказку Андерсена?
Большое внимание ученых, в том числе биомехаников, издавна привлекали полеты насекомых. Эти существа могут летать в любом направлении, делать резкие повороты и зависать на месте, совершать маневры, недоступные самым современным реактивным самолетам. «А вертолет?» — скажете вы. Но разве возможно на вертолете порхать, делать столь же точные подлеты, как бабочки — к цветкам, и садиться на абсолютно неблагоустроенных площадках?
Выдвигающиеся крылья кузнечиков и жуков, грузоподъемность пчел и шмелей, виражи стрекоз — все поражало, но оставалось непонятным. Самым обидным было то, что с помощью обычной аэродинамики — науки, применяемой при расчетах движения самолетов и вертолетов, понять, как насекомым удается летать, оказалось невозможно. Например, даже тщательный анализ не мог объяснить их высокую подъемную силу. А не разобравшись в этом, нельзя ничего позаимствовать.
Однако в последнее время в изучении движения этих крылатых существ наметились сдвиги. Исследователи с помощью аэродинамической трубы наблюдали за полетом крупной моли. Размах ее крылышек достигает 10 сантиметров, а частота взмахов — 26 раз в секунду. В опытах с помощью струек дыма удалось обнаружить крошечные воздушные вихри, которые вились по крыльям моли, как маленькие смерчи.
Оставалось неясным, почему возникают такие спиральные потоки. Чтобы изучить процесс в деталях, нужно было найти еще более крупное насекомое. Но где взять подобных «великанов»? Пришлось создать механическую «моль»!
Ученые воспользовались тем известным из аэродинамики фактом, что быстрый поток воздуха над маленьким объектом можно имитировать медленным потоком — над большим объектом. И вот появилась рукотворная «моль», превосходящая размерами обычную в 10 раз и намного реже хлопающая крыльями (ее изображение — на рисунке слева). Модель обошлась ни много ни мало в 60 тысяч (!) долларов. Почему так дорого? Следовало учесть, что крылья насекомых, а также птиц и летучих мышей представляют собой не жесткие, как у самолетов, а гибкие конструкции (это прекрасно видно на правой части рисунка). Во время движения они способны изменять форму, изгибаться — ив этом, как предполагали исследователи, могла крыться тайна возникновения подъемной силы. Представьте, сколько «умной» электроники пришлось «запихнуть» в модель ради такой имитации! И вот как только крылья механической моли начинали опускаться, у их передней кромки возникали те самые крохотные вихри. Они, не отрываясь, постепенно смещались вдоль поверхности крыльев. Этими воздушными водоворотами и объяснялась высокая подъемная сила крыльев насекомого.
Но это лишь начало подробного исследования полета насекомых. Необходимо продолжить эксперименты, в том числе и компьютерное моделирование. К этим работам внимательно приглядываются военные: они с удовольствием использовали бы крохотных роботов-насекомых для наблюдения за противником с воздуха.
Известно, сколько в свое время бились инженеры над проблемой загадочной вибрации крыльев самолетов, часто приводившей к авариям. А когда проблема была решена, обнаружилось, что уже миллионы лет подобная вибрация устраняется у стрекоз с помощью специального утолщения в крыле. Так, уже не в первый раз, прозевали подсказку природы. Очень не хотелось бы снова попасть впросак...

В конце предыдущего рассказа мы чуть-чуть слукавили, поставив в один ряд столь разных «летунов». Дело в том, что ни белка, ни лягушка, ни тем более змея не обладают способностью к полету с помощью своих перепонок, а летучая мышь наделена ею. Это принципиальное различие. Ведь просто планировать может, скажем, листок с дерева, а «парашютировать» — семя одуванчика. Управлять спуском уже намного сложнее, для этого надо «рулить» или «ловить» восходящие воздушные потоки. Вершина же искусства полета — умение создавать самостоятельную тягу, обеспечивающую и выбор направления движения, и его продолжительность.
Миллионы лет эволюции привели к созданию не только перепонок, но и настоящих крыльев. Причем у их владельцев — птиц — полету способствуют и легкие пустотелые кости, и специальные воздушные мешки для облегчения веса, и форма скелета, и перья, создающие при взмахах тягу и управляющие маневрами.
Нужно ли удивляться тому, что полет птиц вызывал нестерпимую зависть у человека? Возможность парить, перелетать с места на место, наслаждаться ощущением воли и простора...
Не счесть попыток создать орнитоптеры-махолеты по образу и подобию птиц, а порой и летучих мышей. Сохранились рисунки Леонардо да Винчи с изображением перепончатых крыльев, взятых за образец для махолета, известны легенды о попытках взлететь или хотя бы спланировать с помощью укрепленных на руках крыльев.
В большинстве случаев удача не улыбалась испытателям, такие полеты часто оканчивались трагически. В конце XIX века немецкий инженер Отто Лилиенталь смог удержаться в воздухе непродолжительное время на парусном летательном аппарате. Но до машущего полета было еще далеко, а сам Лилиенталь погиб во время одной из очередных попыток взлететь...
Вскоре начались испытания первых самолетов — транспортных средств, оснащенных неподвижными крыльями и мотором, способных держаться в воздухе без мускульной силы человека. Вроде бы махолеты были теперь ни к чему.
Но вот парадокс: если рассчитать, сколько груза на единицу затрачиваемой энергии можно поднять при машущем полете и с помощью современного самолета, выиграет махолет. Это человеку не суждено вознести самого себя в воздух с помощью крыльев. А машине? Овладение машущим полетом принесло бы ощутимую пользу воздушным перевозкам. Поэтому попытки технически воплотить выверенное природой изобретение не прекращались и после создания самолетов. Не прекращаются они и сегодня...

Как ни занимательны и эффектны прыжки дельфинов из воды и полеты летучих рыб, все же основным местом обитания и тех, и других остаются моря и океаны. Правда, и предки всех пернатых, как полагают ученые, вели водный образ жизни. Потребовалось длительное время, чтобы морские ящеры постепенно приспособились к жизни на земле, а затем какие-то из них научились летать.
Кстати, даже в XX столетии многие исследователи не принимали эту теорию. Действительно, нелегко было согласиться с тем, что перо археоптерикса — рептилии, жившей 150 миллионов лет назад, — практически нельзя отличить от перьев современных птиц. А под микроскопом заметно сходство даже мельчайших деталей их строения.
Несмотря на это, способность археоптерикса к полету была развита довольно слабо. Остается загадкой, зачем мелким динозаврам вообще нужны были перья, образовавшиеся из расщепившихся чешуек. Но как бы то ни было, эти существа, пользуясь когтями на концах крыльев и ног, взбирались на деревья, а оттуда могли опускаться на землю с помощью крыльев. Скорее всего, это напоминало спуск на парашюте, а затем — несколько более сложный вид движения — планирование. Иными словами, это были пассивные способы перемещения в воздушной среде.
Природа дает возможность наблюдать за такого рода полетами и сегодня. В Восточной Индии обитает летучий дракон — небольшая яркоокрашенная ящерица. По бокам у нее расположено несколько так называемых ложных ребер, между которыми имеются кожистые складки. В покое ребра прижаты к телу, и ящерица ничем не отличается от своих бескрылых соплеменниц.
Однако при прыжке летающего дракона с дерева, к примеру, за бабочкой, его ребра-крылья расправляются так же, как натягивается стальными спицами ткань раскрывающегося зонтика.
Теперь дракон может превосходно планировать. Добавим, что в теле этой ящерицы имеются полости, наполняемые во время прыжка воздухом, а длинный хвост служит рулем.
А теперь попробуйте представить, как расправляют свои крылья летучие мыши, белки-летяги, как некоторые лягушки во время прыжков раздвигают пальцы лапок с кожными перепонками. Все это — живые аналоги парашютов и дельтапланов.
Но оказывается, существуют еще и «летающие»... змеи! Они были обнаружены на одном из архипелагов у побережья Австралии. Забравшись на двадцатиметровую пальму, змеи бросаются оттуда в горячий песок. Вот и верь теперь словам «Рожденный ползать — летать не может!»

Движение на границе двух сред преподносит порой удивительные сюрпризы. К примеру, совершенно уникальным способом перемещается по водной глади василиск — длиннохвостая ящерица, обитающая в озерах Центральной Америки. Она просто ходит или бегает по воде, причем порой с приличной скоростью — до 2 метров в секунду.
Раскрыть тайну этих водных «пешеходов» удалось при помощи видеоаппаратуры. Когда внимательно просмотрели записи, стало ясно, почему возможно столь необычное движение. Оказалось, что василиск сперва сильно шлепает по воде лапкой, затем резко погружает ее в воду, при этом за движущейся лапкой возникает воздушный пузырек. Потом ящерица вытягивает лапку к поверхности через этот пузырек, да так стремительно, что он не успевает наполниться водой. Чем сильнее и быстрее производятся шлепки, тем больше разница давлений, действующих на лапку со стороны воды и воздушного пузырька, а значит — и сила, удерживающая василисков на поверхности.
Но этот способ передвижения нельзя отнести ни к плаванию, ни к полетам над водой, А ведь в природе есть существа, известные «талантом» двигаться поочередно в обеих средах. Это летучие рыбы. Спасаясь от хищников, летучая рыба с большой скоростью поднимается к поверхности воды. В это время она плывет — ее грудные плавники прижаты к телу, а хвост энергично работает. Резко выскочив из воды, рыба раскрывает грудные плавники, превращающиеся в крылья.Подхваченная воздушными потоками, она, как выпущенная из лука стрела, пролетает порой 150—200 метров.
Возможно, эта «манера» передвижения выглядит экзотической. Но и многое другое, подсказанное природой, сначала казалось людям неприемлемым из-за своей необычности. И все же, чутко прислушиваясь к природе, человек в конце концов находил эффективные решения, основанные на природных аналогах. Приведем лишь один пример.
Считалось, что на водном велосипеде не угнаться за спортивной лодкой. Однако благодаря умелому сочетанию движений в воде и в воздухе и использованию подводных крыльев с заимствованной у животных формой, более десяти лет назад удалось на водном велосипеде пройти дистанцию быстрее, чем при установлении мирового рекорда в академической гребле!

Очень эффектно выглядят кадры документальных съемок прыжков морских животных. Разогнавшись в воде до большой скорости, они стремительно выскакивают в воздух, совершая порой при этом акробатические пируэты.
Однако в каких-то случаях эти прыжки необходимы морским животным, так сказать, для чисто практических целей. Небольшие киты и дельфины прибегают к такому способу передвижения, когда им нужно преодолеть большие расстояния. Вряд ли в течение продолжительного времени животные тратили бы свои силы на эти прыжки ради забавы. Дело в другом: попеременное вынесение туловища из более плотной водной среды в менее плотную воздушную приводит в результате к уменьшению общего сопротивления движению.
Этот способ перемещения, названный дельфинированием, эффективен лишь для сравнительно небольших животных. Для крупных (например кашалотов) энергия, затрачиваемая на прыжок, слишком велика. Поэтому они предпочитают при дальних странствиях подводный способ плавания.
Уже давно известно, что дельфины, двигаясь под водой, экономят силы. Исследователи связывали это с особым устройством дельфиньей кожи. Сколько сил было потрачено на ее изучение! Одно время считалось, что при движении по коже дельфина пробегают волны складок, как бы подстраивая форму тела для сброса завихрений, возникающих в обтекающем его потоке воды. Были даже поставлены опыты по моделированию таких волнообразных движений на поверхности испытательных судов, и вроде бы все подтвердилось.
Впрочем, в последующих экспериментах, когда в воде буксировали пловчих, облаченных в костюмы из имитирующего дельфинью кожу материала, результаты оказались иными. Возникающие складки, напротив, увеличивали сопротивление движению.
По-видимому, секрет кроется в особой системе кровеносных сосудов, находящихся под кожей дельфина. Эта упругая система позволяет коже самонастраиваться, менять форму тела и гасить возникающие завихрения воды, благодаря чему она плавно обтекает дельфина.
В общем, вопросов здесь хватает. Тем не менее, внимание к строению кожи морских обитателей не ослабевает. Уже в девяностые годы были проведены успешные испытания по применению материала, подобного акульей коже... в качестве обшивки крыльев самолетов. В этом случае уже сопротивление воздуха, а не воды, удалось уменьшить за счет микроскопических гребешков и канавок на поверхности прикрепляемой к крылу ленты. Ее шероховатость, как и в случае с рыбьей чешуей, не препятствовала, а помогала движению.

Конечно, для быстрого движения в жидкой или газообразной среде важны подходящая — обтекаемая — форма тела и «двигатель», обеспечивающий достаточную силу тяги. Но как уменьшить сопротивление воды, возникающее из-за трения тела о примыкающие слои жидкости или газа?
Решая эту задачу, ученые обратили внимание на рыбью чешую. Может быть, в форме чешуек скрывается разгадка того, как рыбам удается преодолевать сопротивление движению? Действительно, при обтекании водой этих небольших выступов из-за крохотных перепадов давления спереди и сзади них возникает как бы проталкивание назад поверхностного слоя. Той же цели служат и жабры, которые, как выяснилось, нужны не только для дыхания под водой. Выталкиваемая ими вода дополнительно смещает назад близлежащий к коже рыбы слой жидкости. Все это способствует улучшению обтекания и уменьшению сопротивления.
Не менее интересен и слой слизи, покрывающий рыбу. Попробуйте удержать ее в руках сразу после того, как выловили. Недаром говорят: «Скользкий, как рыба»! Выяснилось, что этот слой представляет собой полимерное соединение, способное как бы разжижать воду.
Когда попытались оснастить подобной «чешуей» со смазкой корпуса судов, выяснилось, что повысить таким образом их скорость возможно, но установки для этого слишком дороги и сложны, а выделяемые в воду искусственные вещества зачастую опасны.
Тем не менее это техническое решение нашло применение при эксплуатации водопроводных труб. Добавка специального, на этот раз, конечно, безвредного вещества увеличила их пропускную способность более чем на треть. Не преминули воспользоваться изобретением природы и пожарные. Малое количество полимерной добавки уменьшает вязкость воды, позволяя подать ее брандспойтом на большую высоту.
Внимательное изучение очертаний не только тел самих рыб, морских животных и птиц, но и их плавников и крыльев позволило обнаружить, что большую силу тяги или подъемную силу обеспечивают отогнутые назад — серповидные — формы. Затем это подтвердили измерения в аэродинамической трубе. Поэтому, например, использование киля серповидной формы буквально приподняло яхту во время движения и настолько уменьшило сопротивление воды, что позволило выиграть престижные-гонки.
Но теперь мы переходим от движения внутри жидкости к перемещению на границе двух сред — воды и воздуха.