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.

Иоганн Кеплер (1571—1630) — немецкий астроном, открывший законы движения планет. В своей книге «Гармония мира» обратился к поискам скрытых пропорций и законов симметрии, управляющим миром. Исследовал исходные типы совершенных природных форм, предоставил рекомендации по экономии труда и материалов, достижению максимальной прочности и наивыгоднейшему использованию пространства. Внес огромный вклад в физиологическую оптику.

• Древнегреческий философ Демокрит, более известный как создатель учения об атомах, был еще и основоположником мимезиса — системы взглядов, рассматривающей человеческую деятельность, познание и искусство как копирование живой природы. «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам, — писал он. — ...мы ученики ласточек в построении жилищ...»
• Обитатели моря могут «позволить» себе более значительные размеры и вес по сравне-лию с наземными организмами. Так, океанские полипы — книдарии при длине 18 метров достигают веса в одну тонну. Длинные «стебли» бурых водорослей на суше (при отливе) весьма непрочны, зато настолько эластичны, что при растяжении могут удлиняться на 50 процентов.
• Самое высокое дерево в мире — австралийский эвкалипт, достигающий высоты 189 метров. Самое толстое — мексиканский кипарис, при высоте 41 метр имевший в обхвате на уровне груди взрослого человека более 35 метров. Самое массивное — секвойя из американского штата Калифорния. Ее вес с корнями, по расчетам, составляет две с половиной тысячи тонн, а из ее ствола можно изготовить 5 миллиардов спичек!
• Самый большой гриб — американский дождевик, имеющий в обхвате около двух метров,
самый тяжелый — найденный в Великобритании трутовик весом свыше 45 килограммов.
•  Самое длинное растение на Земле — индийская пальма-лиана, вытянувшаяся на 300 метров. Самый большой цветок — индонезийская раффлезия Арнольда диаметром один метр. Самая высокая трава — бамбук, растущий с огромной скоростью и достигающий высоты 40 метров.
•  В джунглях Венесуэлы обнаружено двенадцать видов деревьев, корни которых... растут вверх, «взбираясь» по стволу. К этому их вынуждает бедная питательными веществами почва. Поэтому корни приспособились впитывать растворенные минералы из стекающей по стволу дождевой воды.
• В безводных районах острова Мадагаскар растет дерево,  определившее  очертаниями ствола свое название — бутылочное. Такая форма позволяет ему быть  / своеобразным резервуа-  '. ром, сохраняя необходи-   ' мую для жизни влагу.
•  Среди птичьих гнезд есть свои рекордсмены. Орлы, например, строят гигантские сооружения весом до полутонны. А гнезда-малютки у колибри величиной и массой меньше спичечного коробка.
•  Наступление цивилизации заставляет птиц отказываться при строительстве гнезд от применения привычных материалов. Так, индийские вороны, поселившиеся в больших городах, перешли к использованию... металлической проволоки. Гнезда из нее прочны и эффективно накапливают солнечное тепло.
•  Бобры умеют строить не только плотины, но и шлюзы, позволяющие перемещаться по воде при различных уровнях местности.
•  Более трехсот лет назад итальянский ученый Дж. Борелли впервые обратил внимание на то, что «кости у птиц пористые, полые с истонченной до предела стенкой». К примеру, у океанской птицы фрегата, имеющей размах крыльев около двух метров, скелет весит всего лишь 110 граммов.
•  Самое крохотное — меньше ногтя — яйцо принадлежит птичке колибри и весит около полуграмма. А самое большое, видимо, было у вымершей птицы эпиорнис — гигантского мадагаскарского страуса ростом несколько метров и весом до полутонны. В этом яйце длиной в треть метра могло поместиться 8 литров воды, а яичницы из него хватило бы на 70 человек!
•  Ханс Кристиац Андерсен в сказке «Снежная королева» утверждал, что каждая снежинка походит на десятиугольную звезду. А ведь еще в начале XVII века Иоганн Кеплер в своем трактате «О шестиугольном снеге» дал объяснение, почему снежинки всегда шести-лучевые или шестиугольные.
•  Несколько лет назад на парижской выставке индивидуальных жилых зданий было представлено «жилище XXI века», названное «Сфе-рохоумом». По форме оно походило на футбольный мяч, состоящий из многоугольников. Они могли автоматически открываться и закрываться в зависимости от температуры и освещения — точно так же, как лепестки цветов.
•  Насекомые обладают множеством строительных приспособлений. Это и «буровая вышка» на конце «хобота» жука-долгоносика, и выросты на спинках мелких жуков, превращающие их в маленькие «бульдозеры», и челюсти-вибраторы муравьев-листорезов, позволяющие им разделять древесные листы словно по линейке. Последняя технология, кстати, лишь недавно взята на вооружение учеными, сконструировавшими прибор «вибра-том» для препарирования под микроскопом.
• Муравейник, который вы можете встретить в лесу, — постройка, уходящая под землю ровно на столько, на сколько она возвышается над землей. Это удивительно рациональное сооружение, пронизанное целой системой ходов, галерей и вентиляционных щелей.
• Ежегодно дождевые черви перерабатывают на каждом гектаре до трех тонн земли. Чтобы двигаться в почве, червь сперва вытягивает голову, превращаясь в тонкое шило, затем втыкает ее в землю и нагнетает в нее кровь. Голова раздувается, расширяя отверстие и одновременно укрепляя стенки тоннеля.
•  Структура искусственных материалов всегда содержит множество дефектов. Это происходит из-за того, что никакими известными способами (нагревание или охлаждение, растворение или осаждение раствора) невозможно при их изготовлении уложить молекулы, как строитель укладывает кирпичи или бревна, — поштучно. Однако в живой клетке имеется ряд систем, способных именно так выкладывать молекулы, — например, при синтезе белка.
• Одна из самых распространенных в природе форм — спираль. По спирали закручиваются раковины многих моллюсков и улиток, рога горных козлов и ряды семечек в подсолнухе, жгутики бактерий и нити паутины, хобот слона и хвост хамелеона, смерчи и галактики. Не обошла ее вниманием и архитектура — еще в IX веке в Ираке строили минаре-
ты, подобные закрученной вверх спирали.
• Ученые, исследующие биоминерализацию — возникновение раковин живых существ, — несколько лет назад смогли смоделировать этот природный процесс, что открывает возможность получения прочной керамики без нагревания — как «умеют» мягкотелые организмы.
• Корни деревьев играют роль вросшей в землю арматуры, удерживающей ствол. Расчеты этой природной конструкции позволяют архитекторам надеяться на возведение небоскребов не 500 метров высотой, как сейчас, а в 3 раза выше.
• Сохранит ли яйцо свою прочность, если птенцов высиживать в невесомости? Такой вопрос встал перед исследователями, работающими над проблемой питания космонавтов. Для проверки на орбиту собираются запустить японских перепелов.
•  В шести американских университетах проводили опыты по выращиванию сельскохозяйственных культур в условиях, моделирующих космическую станцию. Удалось добиться сокращения сроков созревания пшеницы со 120 до 60 дней и повышения ее урожайности. Это вселяет надежду, что пшеницу можно будет культивировать и на борту межпланетных кораблей.
• В Германии вступила в строй башня свободного падения. Ее высота — 137 метров, диаметр — 8,5 метра. Любой брошенный предмет будет падать в ней 4,5 секунды. Даже за такое короткое время можно выявить влияние невесомости на различные, в том числе и биологические процессы.
• Неуемная фантазия архитекторов приводит к появлению из ряда вон выходящих сооружений. Так, например, в городе Хамме (ФРГ) было воздвигнуто многоэтажное здание в виде... слона. В нем разместили тропический сад, огромный аквариум и выставочную галерею.
• В германском городе Розенхайме действует Институт биологического строительства, дающий специальную подготовку архитекторам и строительным инженерам. Дело в том, что в этой стране примерно 10 процентов новостроек составляют биодома, в которых используются только естественные материалы. А доля зданий, имеющих отдельные биоконструкции, достигла уже одной четверти!

Спустимся теперь, с космических высот в «подземное царство». Несмотря на то, что человек давно уже создавал убежища, рыл ямы, землянки, строил подвалы и погреба, он не очень хорошо представлял себе мир подземных строителей.
Но когда масштабы подземных работ возросли, волей-неволей пришлось задуматься, как природа справляется с подобными задачами. Ведь вручную рыть огромные котлованы для подземных гаражей, магазинов и складов, прокладывать тоннели для метрополитена и различных трубопроводов просто невозможно.
И тут вспомнили о таких великолепных землекопах, как кроты. Эти почти слепые существа прекрасно приспособлены для жизни под землей, причем прокладывают в ней ходы со скоростью до 30 сантиметров в минуту. Своими лопатообразными лапами с мощными когтями крот разрыхляет грунт и отгребает его вбок и назад. Причем, хотя мы видим иногда горки земли, вытолкнутой кротом наружу, большей частью он ее не выбрасывает, а утрамбовывает ею стенки тоннелей.
Еще более интересным подземным жителем оказался так называемый голый землекоп — африканский грызун, открытый биологами полтора века назад. Эти животные не имеют ничего общего с кротами, не ведут уединенный образ жизни, а обитают под землей целыми колониями.
Функции между этими существами строго разделены. Ходы они роют, выстраиваясь цепочкой, причем когда самое первое животное вгрызается в твердую почву и разрыхляет ее, остальные по очереди транспортируют ее к отверстию, выгружая на поверхность. Самый настоящий живой конвейер!
Эти невзрачные грызуны, иногда шутливо называемые учеными саблезубыми сосисками, обладают поразительной особенностью: четверть массы их мускулатуры сосредоточена в области челюстей. Благодаря этому они могут своими огромными резцами прогрызать не только твердый грунт, но даже толстый пластик и бетон. В общем, голый землекоп — неплохой пример для подражания.
Упомянем еще ящерицу — ушастую круглоголовку. Известно, что она способна исчезать из поля зрения своих врагов, мгновенно погружаясь в песок. Оказалось, что ящерица достигает этого, заставляя свое тело вибрировать. Силы сцепления между песчинками при вибрации резко ослабевают, и песок становится словно бы жидкостью, в которую ящерица погружается.
Пятьдесят лет назад люди догадались применить этот способ при забивании свай. Вибрирующий рельс десятиметровой длины под действием только собственной тяжести входит в грунт, как нож в масло.
Отметим, что подземные машины, работающие по принципам, подсказанным животными, уже изготовлены. Известна, например, конструкция отечественных инженеров, в основу которой была положена «работа» крота — так называемый подземоход. Однако и создать такие машины оказалось нелегко, и по производительности они уступают своим природным аналогам. Пока здесь человек применяет несколько иные, так сказать, искусственные технические решения. Вновь мы вынуждены признать: нам еще есть чему поучиться у природы...

Всего лишь за несколько последних десятилетий в зодчестве возникло такое направление, как космическая архитектура. В середине пятидесятых годов нашего века на орбиту вокруг Земли был выведен первый искусственный спутник. Диаметр этого «шарика» составлял всего несколько десятков сантиметров.
Теперь же в космосе находятся тысячи объектов, в том числе обитаемые корабли, спутники связи с огромными передающими антеннами и даже орбитальные телескопы. Проектируются новые станции для долговременного пребывания людей, а также совершенно необычные межпланетные корабли, которые будут двигаться под действием солнечного ветра.
Казалось бы, что может подсказать здесь живая природа? Ведь в условиях космоса нет природных объектов, которые могли бы поделиться своими секретами с космическими строителями. Но это только на первый взгляд.
Во-первых, эти условия можно имитировать, погружая корабли и космонавтов в воду. Помните разговор о борьбе с перегрузками? Кстати, тренировки будущих космонавтов как раз и происходят в огромных бассейнах. Там отрабатываются действия, которые затем придется повторять уже на орбите, в невесомости, в том числе и монтаж конструкций. А многое для их ажурных, сетчатых, дырчатых, пленочных форм вполне можно позаимствовать, как вы уже знаете, у пауков, жителей морей и океанов или растений.
Во-вторых, существует проблема доставки конструкций на орбиту с Земли. Ведь одним махом забросить в космос гигантское сооружение невозможно. Поэтому надо доставлять элементы станции частями, производя сборку в условиях открытого космоса.
Однако здесь можно использовать легкие и прочные материалы, сложенные и плотно упакованные на Земле и разворачивающиеся в космосе. Может быть, вы читали рассказ Виталия Бианки «Как муравьишка домой спешил». В нем упоминается жук, расправлявший свои тоненькие крылышки, сложенные под жесткими надкрыльями. Это прекрасный пример упаковки довольно протяженной прочной конструкции в малом объеме.
Так что и в совсем непривычных для землян условиях можно воспользоваться тем, что придумала природа. И похоже, что таких необычных задач и нетрадиционных методов их решений со временем будет становиться все больше.

Климент Аркадьевич Тимирязев (1843—1920) — российский естествоиспытатель, основоположник отечественной школы физиологов растений. Начал исследования проблемы фотосинтеза — процесса питания зеленых растений при помощи световой энергии, — в решение которой внес огромный вклад. В начале XX века прочел знаменитую лекцию «Космическая роль растения», говоря о растениях как об основе существования всего животного мира на Земле.

В начале этой главы мы уже отмечали связь между ростом растения, с одной стороны, и земным тяготением и светом — с другой. Но мало просто отметить эту связь, хорошо бы ею воспользоваться.
Действительно, можно было бы, например, попытаться построить дом, подобный подсолнечнику, чтобы весь световой день получать в своей квартире наибольший поток солнечных лучей. Но представьте, насколько сложной оказалась бы конструкция такого здания. К тому же его обратная сторона постоянно находилась бы в тени.
А если поставить задачу просто более равномерного освещения разных сторон здания, то и здесь можно найти примеры природных решений.
Вам хорошо известны колосья злаковых культур или кукурузные початки. Выпуклые зерна в течение дня получают примерно одинаковую порцию света за счет того, что перемещающееся по небосводу солнце постоянно касается их своими лучами. (Это аналогично тому, как если бы вы неподвижно сидели на месте, а кто-нибудь ходил вокруг вас с зажженной лампой, облучая ваше лицо более или менее равномерно со всех сторон).
Такое выгодное расположение зерен, когда они меньше всего мешают друг другу получать свет и тепло, натолкнуло архитекторов на мысль о проектировании жилых домов в форме кукурузных початков. Удобство этого технического решения заключалось еще и в том, что все коммуникации — провода электропитания и телефонной связи, водопроводные трубы и канализация, а также лифт, — помещаются в одном стволе. Разве это не напоминает деревья и колосья, в которых все питательные вещества подаются по стволам или стеблям, а потом распределяются по веточкам к листьям и плодам?
Более ста лет назад наш выдающийся ученый К.А. Тимирязев отмечал: «Роль стебля, как известно, главным образом архитектурная... Именно на стеблях узнали мы целый ряд поразительных фактов, доказывающих, что они построены по всем правилам строительного искусства».
Эти конструкции вызвали большой интерес архитекторов, и здания-стволы или здания-початки сегодня можно встретить в самых разных странах мира.

Легко заметить, что при создании многих архитектурных сооружений на замысел зодчего влияла природа. И дело не только в том, что она подсказывала наиболее экономные решения и предлагала прочные конструкции, но и в ее сильном эстетическом воздействии. Как часто нас буквально завораживает великолепие природных объектов, и мы удивляемся, каким тонким художником может быть природа.
Важно, что внешняя красота созданных ею форм неразрывно связана с их целесообразностью. Иными словами, грубые, тяжеловесные, неуклюжие растения и животные, как вы уже убедились, нередко оказываются и менее приспособленными к жизни в меняющихся условиях. А изящная архитектура живого всего лишь отражает долгий путь перебора различных вариантов, в результате которого выиграли — выжили — именно те существа и организмы, которые сегодня радуют наш глаз.
Самые привлекательные архитектурные сооружения часто обладают симметрией. Припомните виденные вами старинные усадьбы или церкви, дворцы или высотные здания. Их правая и левая стороны, как правило, представляют собой зеркальные отражения друг друга.
Но разве не такие же решения реализовала природа в сверкающих кристаллах, об удивительной симметрии которых писали еще в древности? Однако не только в мертвом мире камней нашли свое место различные виды симметрии. Примеры ее зеркального варианта мы можем найти и в формах листьев, и в очертаниях множества живых существ — скажем, бабочек.
Но природа была бы слишком незатейлива, если бы ограничилась только этой простейшей формой повторения или подобия. Еще не совсем ясно, почему порой она такую симметрию нарушает. Например, некоторые виды вьющихся растений при росте закручиваются вокруг опоры по часовой стрелке, другие — против. Так же — по часовой или против часовой стрелки — «завернуты» раковины некоторых моллюсков (соответственно «правши» и «левши»), причем «правшей» оказывается намного больше, чем «левшей». Разницу в их количестве можно обнаружить даже в мире бактерий.
Эти и подобные им нарушения симметрии используют и архитекторы. Вот, к примеру, луковицы куполов на соборе Василия Блаженного не привычно гладкие, а «закрученные», что вносит живость и разнообразие в его внешний вид.
Таким образом, подсказанные природой варианты различных симметрии и отступлений от них ведут к богатству создаваемых человеком архитектурных форм.

Огюст Пиккар (1884—1962) — швейцарский физик, стратонавт и акванавт. Совершил рекордные подъемы на аэростате собственной конструкции и погружения в океан на сконструированном им батискафе. Предложил отказаться от использования стали для подводных аппаратов и перейти к пластикам, а также изготовлять корпуса глубоководных кораблей и лабораторий из сферических многогранников.

А какие архитектурные идеи позаимствовал человек у морских организмов для обеспечения своего пребывания под водой? Ведь пока мы говорили лишь о том, что некоторые оригинальные формы оболочек морских обитателей он с успехом использовал на суше. Однако природа заботилась о них, учитывая среду, в которой эти организмы находятся, — океанские глубины. Немудрено, что, как только человек поставил задачу долгого пребывания под водой, он начал внимательно присматриваться к тем, для кого условия подводного пребывания были обыденными.
Однако при разработке формы аппаратов, в которых люди опускались все глубже и глубже, следовало использовать «достижения» не только движущихся под водой или зависающих в ее толще существ. Важнее обратиться к обитателям морей и океанов, живущих на дне, тем более когда встал вопрос о создании стационарных подводных поселений.
Посмотрите на конструкцию лаборатории «Преконтинент II», в которой работали акванавты под руководством знаменитого исследователя подводного мира Жака Ива Кусто.
Она находилась на глубине 11 метров вблизи кораллового рифа в Красном море. Легко заметить, что по своим очертаниям этот воистину подводный дом напоминает морскую звезду. Крупная американская подводная станция «Силэб», рассчитанная на размещение сорока акванавтов на глубине двухсот метров, схожа по виду с распластавшимся на дне осьминогом. Выпуклые формы, прочный корпус, большое давление закачиваемой внутрь станции дыхательной смеси позволяют выдержать внешнее давление.
Подобное подражание природным формам, видимо, позволит будущим исследователям обеспечить себе наиболее подходящие условия для обитания даже на еще больших глубинах. Не зря же за месяц пребывания под водой исследователям с «Преконтинента» удалось выполнить огромный объем работ. «Море стало нашим домом», — вспоминали акванавты. Это ли не лучшая оценка их подводному жилищу!