Turizmas "|" Medžioklė "|" Žvejyba "|" Gamta "|" Kelionės

Didžioji mokytoja gamta

in Mokslas

Bionika, kaip apibrėžia žodynai, yra kibernetikos skyrius, kur gvil­denami klausimai, kaip taikyti gyvųjų sistemų veikimo principus ir naudoti biologinius procesus inžinerijos užda­viniams spręsti. Žodžiu, bionikos vers­mė — zoologijos, botanikos, mikrobio­logijos ir anatomijos duomenys.

Nuo seno žmones stebino jūrų ir ap­skritai vandens gyvūnų sugebėjimas la­bai greitai plaukti. Visi turbūt esame pastebėję, kaip iš karto labai greitai neria šalin pabaidyta žuvis. Vieni grei­čio rekordininkų yra delfinai. Ilgai to­kio greito plaukimo paslaptis buvo ne­atskleista. Didelis būrys mokslininkų ne vieną dešimtmetį laužė galvas, steng­damiesi įspėti šią mįslę. Ir, matyt, turime teise šiandien teigti, kad šitai jiems pagaliau pavyko. Po ilgų stebė­jimų ir studijų buvo atskleisti delfinų, kaip ir kitų vandens gyvūnų, greito judėjimo vandenyje ypatumai, kurie gali būti taikomi (jau beje ir taikomi) technikoje, netgi konstruojant lėktu­vus, raketas.

Praeito amžiaus ketvirtame de­šimtmetyje žinomas anglų mokslinin­kas Džeimsas Grejus pastebėjo biooginį paradoksą. Delfinai, išvystę didelį greitį (tyrinėtojas tiksliai išmatavo jį iš laivo denio), turi turėti ir atitinka­mą raumenų jėgą, kurią taip pat ne­sunku apskaičiuoti. Ir paaiškėjo keis­tas dalykas. Pasirodo, kad ta delfinų raumenų jėga, nors ir kaip keista bū­tų, gali užtikrinti tik dešimt procentų energijos, kuri reikalinga delfinui, plaukiančiam mokslininko išmatuotu greičiu. Tad kurgi čia šuo pakastas? O gal mokslininkas apsiriko, klaidin­gai apskaičiavo delfino greitį? Bet jei­gu klaidos nebuvo padaryta, vadinasi, delfino raumenų darbumas dešimt kar­tų didesnis negu dramblio, skrendan­čios gervės arba sunkų fizinį darbą dir­bančio žmogaus. Tačiau tiriant delfi­no raumenis per mikroskopą, nebuvo aptikta jokių principinių skirtumų ly­ginant su kitų gyvūnų muskulatūra.

Šis Grėjaus paradoksas ilgai buvo neatskleistas. Ir tik tada, kai moksli­ninkai, spręsdami šį uždavinį, grynai biologinius tyrinėjimų metodus pakei­tė techniniais metodais, padangė išsi­blaivė ir ėmė ryškėti delfino judėjimo vandenyje mechanizmas.

Šiandien visuose kraštuose prasisky­rusi platų kelią bionika, iš vienos pu­sės, stengiasi panaudoti fizikos ir technikos žinias siekdama apibrėžti ir išaiškinti biologinius reiškinius, kurie antraip būtų neįminti. Tipiškas pavyzdys — Grėjaus paradoksas. Iš antros pusės ji tiria gyvuosius organizmus atsižvelgdama į technikos reikmes, siekia, kad gamta pakištu mintį, kaip išspręsti technines problemas. Šios dvi kryptys gavo pradžią dar tolimoje pra­eityje. Vokiečių kalba lei­džiamas žurnalas „Weltwoche“ (Pasaulio savaitė) pateikia tokių pavyz­džių. Leonardas da Vinčis stebėjo, kaip paukščiai, čia pakeldami, čia prispausdami sparnus, tai suglaudžia sparnų plunksnas, lai išskleidžia jas. Todėl oras vienąkart atsimuša į jas, kitąkart laisvai prasismelkia. Remdamasis šiais stebėjimais, jis padarė eskizą dirbtinių sparnų su klapanais, kurie turėjo veik­ti panašiai kaip ir paukščio sparnai. Šių dienų požiūriu tai buvo bioniškas uždavinio sprendimas.

1886 metais grafinės statikos pradi­ninkas K. Kulmanas, būdamas Ciuri­che, atsitiktinai nuėjo į savo bičiulio H. Majerio anatomijos paskaitą. H. Majeris aiškino žmogaus kaulų sanda­rą. Kulmanas tuo metu laužė galvą, siekdamas sukurti didelio galingumo kraną, kuris pats nebūtų gremėzdiškas ir sunkus. Žmogaus klubų sandaroje jis iškart surado raktą jį kankinusiai problemai išspręsti. Rašoma, kad jis tuokart linksmai sušukęs; „Štai jis, ma­no kranas!“

Tačiau grįžkime prie Grėjaus para­dokso. Kuo aiškinti tą faktą, kad del­finai plaukia daug greičiau negu įga­lina jų raumenys? Kai vokiečių raketinės technikos specialistas M. Krameris plaukė į Ameriką, Jis stebėjo del­finus, kurie tiesiog žaisdami aplenkda­vo greitai plaukiantį laivą. Būtent tada jam ir dingtelėjo mintis — ar nereikė­tų ieškoti tokių fenomenalių sugebė­jimų paslapties rakto delfino odos sandaros ypatumuose?
Krameris atidžiai ištyrė delfinų odą per mikroskopą. Ir štai kas paaiškėjo: ji sudaryta iš kelių milimetrų storio apatinio sluoksnio ir , pusantro mili­metro storio viršutinio sluoksnio. Ir jeigu apatinis sluoksnis gana tvirtas (dėl audinius jungiančių ryšių, raume­nų), viršutinis — labai minkštas ir net 80 procentų susideda iš vandens. Ir tik plonytis odinis paviršius, kuris kontak­tuoja su vidine terpe, taip pat tvirtas, kaip ir apatinis sluoksnis. Apatinis sluoksnis daugeliu čiulptukų įsikerojęs į viršutinį odos sluoksnį ir tuo pačiu sudaro savotišką polinį karkasą, ku­riuo cirkuliuoja skystis.

Jeigu pirštu spausime į delfino odą, tai skystis nuo įspaudimo vietos nute­kės į visas šalis. Plaukiančio delfino oda patiria spaudimą visų pirma ten, kur susidaro vandens sūkurys. Kadangi oda pasižymi elastingu aptakumu ir tiksliai kartoja aplinkos svyravimus, tai vandens pasipriešinimas silpnėja, tėkmė nevirsta dideliais sūkuriais, ku­rie, keisdami vienas kitą, galėtų stab­dyti judėjimą. Tokiu būdu delfino odos apvalkalas gali atlikti pasipriešinimo plaukiant silpnintojo vaidmenį.

M. Kramerls „materializavo“ šį teo­rinį teiginį visai biotechniniu metodu. Jis sukonstravo iš specialios gumos dir­btinę delfino odą, tarp kurios sluoks­niu buvo galima įpilti skysčio. Šia „oda“ buvo aptrauktos konstrukcijos, turinčios torpedos formą. Torpeda buk­syru buvo traukiama po vandeniu. Tor­pedos korpuse įmontuota aparatūra ne­sunkiai buvo išmatuota pasipriešinimo jėga. Tokiu pat būdu buvo išbandyta ir torpeda be „odos“.

Velkant po vandeniu torpedą, kurios korpusas šiurkštus, susidaro didelis pa­sipriešinimas jos judėjimui, kylant sū­kuriams. Visai kitas daiktas, jeigu to­kios pat formos torpeda aptraukta dirb­tine oda. Visų pirma vandens pasiprie­šinimas, nepaisant koks greitis būtų, mažesnis negu velkant torpedą be „odos“. Antra, šis skirtumas juo dides­nis, kuo didesnis torpedos greitis; tai yra, juo greičiau plaukia dirbtinis del­finas, tuo labiau išryškėja jo „odos“ gerosios aptakumo savybės. Šiuo atve­ju lengva pasiekti antiturbolentinį koe­ficientą, lygų 10. Tokiu būdu Grėjaus paradoksą galima laikyti atskleistu.

Dabar perkelkime modelio bandymų rezultatus vėl į biologijos sritį. Sam­protavimai apie tai, kad delfino rau­menys per silpni, jog galėtų išvystyti norimą greitį, dabar atrodys neteisingi. Samprotavimų eiga turi būti atvirkšti­nė: būtinas darbas sumažėja dešimt kartų, nes delfinas sudaro tokias sąly­gas, kada pasipriešinimo jo judėjimui jėga dešimt kartų mažesnė negu tuo at­veju, kai buvo bandoma tokios pat geo­metrinės konfigūracijos konstrukcija kietu paviršiumi.

Čia įdomus dar vienas reiškinys. Delfinų, taip pat stambių ir greitai plaukiančių jūrų žuvų, pavyzdžiui, tu­nų, liemuo gana pastorintas. Savo konfigūracija jis visai ne toks, koks, mū­sų įsivaizdavimu, turėtų būti kūnas, greitai plaukiantis vandenyje. Pavyz­džiui, torpedos ilgio ir skersinio pjū­vio santykis visai kitoks.

Mokslininkai nustatė, kad gamtoje egzistuoja optimalus judančio kūno il­gio ir storio santykis, įgalinantis mak­simaliai sumažinti pasipriešinimą. Toks optimalus santykis būdingas, pavyz­džiui, delfinams. Išvada buvo netikėta techniniams specialistams. Bionikai pa­siūlė pakeisti ilgus ir gana siaurus — cigarų formos — didelių keleivinių lėktuvų fiuzeliažus tokiais, kurie būtų panašūs į delfinų liemenis. Ir nors skrendant pasipriešinimas nebus ma­žesnis kaip įprastos formos lėktuvams, salono apimtis padidėsianti ir bus galima susodinti daugiau keleivių. Va­dinasi, toks lėktuvas bus ir ekonomiš­kesnis.

Bionika kaip mokslo šaka gavo tei­sę gyvuoti būtent tada, kai žmonės įsi­tikino, kokie pigūs gali būti techninių problemų sprendimai, atlikti remiantis jų analogais gamtoje. Šiandien moks­lininkai, prieš sėsdamiesi prie braižy­mo lentos, stengiasi surasti gamtoje vi­sa tai, kas gali būti pritaikyta techni­koje. Suprantama, kad šitai ne visada pavyksta. Iš gamtos nieko negalima imti aklai. Tačiau įžvalgus specialistas visada gali tikėtis aptikti gamtoje nau­jų idėjų techniniams sprendimams.

Alfonsas Lazdėnas

Facebook Komentarai

Tags:

Parašykite komentarą

Your email address will not be published.

*

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.

Latest from Mokslas

Arklio evoliucija

Arklio paleontologijos istorija aprašyta (ir moks­lininkų iššifruota!) akmenyje, ko gero, išsamiau negu

Kirlianų efektas

Švysčioja žaibai. Mirga krateriai. Tik iš jų veržiasi ne įkaitusi lava, o

Kengūros šuolis

Žmonių ir gamtos takeliai kartais susikry­žiuoja visai netikėtose vietose. Viena tokių sankryžų
Pakilti į Viršų