Эволюция – великая вещь. Очень часто за навороченными гаджетами и высокими технологиями стоят системы, появившиеся в живой природе миллионы лет назад. Мы выбрали семь идей, которые современные инженеры и ученые позаимствовали у животных и растений.
Складки и морщины увеличивают КПД
Идея: Повторить на полимерной солнечной батарее рельеф зеленого листа
Воплощение: На гладкой поверхности полимерной пленки, основной составляющей батареи, исследователи прожгли многочисленные канавки и углубления. Теперь часть солнечного света, которая раньше противилась прогрессу и отражалась от батареи, за счет рельефа может вновь попасть на пленку. Особо удачной для этих целей оказалась комбинация упорядоченных глубоких складок и хаотичной сеточки мелких морщин-прожилок.
Результат: Эффективность батареи с таким рельефом поверхности повысилась на 47 %.
Кроме энергии: За счет модификации полимерная пленка еще стала гораздо гибче, что снова позволило ученым сразу вспомнить о своей вечной мечте – стенах, оклеенных солнечными батареями.
Новые системы будут следовать за Солнцем
Идея: Солнечная батарея поворачивается вслед за Солнцем подобно подсолнуху
Воплощение: Как мы все знаем, Солнце за день проходит по небосклону с востока на запад, в то время как солнечная батарея все стоит себе на крыше и стоит. Это приводит к большим потерям эффективности – КПД фотоэлемента сильно зависит от угла падения световых лучей. Поэтому в продвинутых батареях теперь предполагается система слежения за положением Солнца.
Так, американские ученые создали механизм из нескольких полосок светочувствительного композита. Под действием света этот материал нагревается и скручивается, возникает вращающая сила, которая постепенно поворачивает постамент с солнечной батареей вслед за светилом.
Результат: Повышение продуктивности батареи.
Кроме энергии: Светочувствительный материал механизма – это жидкокристаллический эластомер, скручивающийся при нагревании, сдобренный нанотрубками, эффективно поглощающими свет – прямо коктейль из любимых слов новостных агентств.
Светлячок «подарил» свои неровности разработчикам солнечных батарей
Идея: Воссоздать неровности на брюшке светлячка в светоизлучающих диодах (LED)
Воплощение: Светодиоды были бы гораздо эффективнее, если бы не физика – из-за явления полного внутреннего отражения большая часть их света просто не может покинуть поверхность устройства и перейти в другую оптическую среду. Но природе эти скучные школьные оптические законы нипочем, и на брюшке светлячка она создала особые зубчатые неровности, которые помогают свету вырваться из плена.
Ученые сначала разглядели их в микроскоп, для верности проверили эффективность в модельных экспериментах, а потом и вовсе решили повторить идею природы на поверхности галлий-нитридных светодиодов.
Результат: Эффективность работы таких светодиодов увеличилась на 55 %.
Кроме энергии: Биолюминесценция светлячка происходит за счет химической реакции между пигментом люциферином и ферментом с похожим зловещим названием люцифераза.
Термитники надоумили построить торговый комплекс
Идея: использовать в зданиях принципы термоконтроля термитников
Воплощение: В 1996 году, в Хараре, столице Зимбабве, открылся торговый комплекс Eastgate, спланированный по последним представлениям о теплосберегающих принципах термитников. Принципах, кстати, вполне нехитрых – днем толстые пористые стены здания прогреваются и накапливают горячий воздух, который системой вентиляторов ночью разносится по стылым коридорам.
Правда, с тех пор научные представления об энергетике термитников уже сильно поменялись, и теперь учёные мечтают о создании новых зданий, дышащих в такт времени суток, чтобы это ни значило.
Результат: Морально устаревший по термитным меркам Eastgate всё равно остается очень даже эффективным – его система климат-контроля потребляет на 35 % меньше энергии и стоила в 10 раз дешевле обычных.
Кроме энергии: Средняя температура июля, самого холодного месяца в Хараре, составляет 15,5 градусов. Так что для российских реалий ученым и архитекторам, наверное, стоит поучиться у медведей или хотя бы более близких русскому сердцу муравьев.
Рыбы учат людей, как улучшить работу ветряков
Идея: Скопировать взаиморасположение рыб в косяке для согласованной работы группы ветряков
Воплощение: Турбулентные воздушные потоки, которые неизбежно появляются вокруг вращающегося ветряка, зачастую могут помешать работе его соседа, вынуждая его буквально крутиться против ветра. С похожей проблемой, видимо, когда-то столкнулась и сама природа – ведь каждая рыбешка, плывущая в стае, тоже порождает в воде небольшие завихрения.
Определенным образом расположив их в косяке и согласовав скорости, природа смогла справиться с этой проблемой, а теперь ее решение пытаются воспроизвести американские ученые.
Результат: И получается у них, кажется, вполне неплохо – американцы рапортуют о десятикратном увеличении выхода энергии такого косяка ветряков по сравнению с обычной бездушной конфигурацией.
Кроме энергии: Сотни мух летают по комнате без столкновений, а гигантские стаи саранчи в секунды срываются с разоренных полей – все больше и больше научных групп по всему миру начинает заниматься исследованиями согласованного движения тварей морских и земных.
В тихом омуте ватты водятся
Идея: Колышущиеся водоросли вдохновили на создание новых преобразователей приливной энергии в электричество
Воплощение: Со дна залива от массивной треугольной платформы щупальцами тянутся к поверхности десятки гибких стержней – весьма похоже на заросли водорослей. Колебания водной глади по замыслу ученых увлекают за собой податливые щупальца, а уже кинетическая энергия их движения будет преобразовываться в энергию электрическую.
Результат: На прототип подобной электростанции мощность 250 кВт исследователи уже получили около $ 5 млн. от австралийских властей.
Кроме энергии: Искусственные водоросли не будут слепо следовать любым капризам стихии. Встроенные в них датчики оценивают интенсивность колебаний и при первом намеке на надвигающийся шторм уводят компактную электростанцию на глубину – от греха подальше.
Японские ученые взялись за моль. Точнее, за ее глаза
Идея: Скопировать «антибликующее» покрытие глаза моли для снижения доли отраженного фотоэлементом света
Воплощение: И снова солнечная батарея, и снова она страдает оттого, что часть падающего света отражается от ее поверхности. Только теперь вместо искусственного листа исследователи используют нанопленку, похожую на «антибликующий» глаз моли, который никогда не выдаст присутствие своей хозяйки хищникам.
Результат: Такая модификация, придуманная японскими учеными, увеличивает эффективность батареи на 5-6 %. Вроде бы немного, если не знаешь, как бьются физики и химики за каждый новый процент КПД фотоэлемента.
Кроме энергии: В некоторых магазинах Японии консервированных личинок моли продают в качестве приправы.
Эволюция – великая вещь. Очень часто за навороченными гаджетами и высокими технологиями стоят системы, появившиеся в живой природе миллионы лет назад. Мы выбрали семь идей, которые современные инженеры и ученые позаимствовали у животных и растений.
