Кожа акулы и нанотехнологии

Шагреневая кожа акулы и нанотехнологии

Мало кто не слышал о романе Бальзака "Шагреневая кожа", где желания героя исполнялись пропорционально тому, как таяла эта самая кожа – клочок, полученный от одного старика-торговца.

Однако немногие знают, что шагрень – это кожа акулы, уникальный природный материал, помогающий океанской хищнице быстро плавать. Как герой бальзаковского романа плыл по течению своей жизни, так и его шагреневая кожа, сохраняя "зубастость" акулы, которой она раньше принадлежала, просто-напросто слопала в один момент человека, исчезнув и унеся его жизнь.

Свойства шагреневой кожи

Конечно, Бальзак не намекал на акул, его интересовала жизнь человеческая, но он точно подметил основные свойства шагреневой кожи.

Название свое этот материал приобрел от слова "сагри". Так турки называли лошадиную кожу, предварительно высушив ее с зернами, сильно вдавленными, чтобы после сушки и удаления их получался зернистый рисунок.

Шагрень очень красива, прочна и долговечна. Из нее делали щиты, одежду кузнецов, даже наждачную бумагу.

Свойства акульей кожи объясняются ее устройством. У большинства рыб и морских животных поверхность тела гладкая, позволяющая снижать уровень сопротивления воде и развивать большую скорость, но довольно уязвимая для зубов морских хищников.

Другое дело – акула. Её кожа состоит из пластин, словно вросших одним концом в тело, а второй - выступая наружу острой границей, словно маленьким зубом, способным нанести заметный ущерб. Такую чешую называют плакоидной, а каждая чешуйка имеет практически все составляющие настоящего зуба: острый край, эмаль, даже нервы и кровеносные сосуды.

И при этом именно подобного устройства кожа позволяет акуле передвигаться в воде еще быстрее, чем плавают морские животные с гладкими кожными покровами.

 

Смотреть видео - Нанотехнологии по принципу акульей кожи:

Шагреневая кожа и современная биология

Сегодня, с появлением мощных микроскопов, электронной техники и средств, позволяющих изучать любое вещество на атомном уровне, биологи установили связь между устройством кожи акулы и ее стремительным движением в толще воды.

Острые пластины, так близко напоминающие зубы и способные повредить кожу человека, погладившего акулью спину, словно наждачку, оказывается, непрерывно движутся.

Каждый зуб-пластинка имеет бороздки на плоской поверхности и острый шип на конце, которые значительно уменьшают турбулентность и намного снижают сопротивление воды.

При движении акулы все эти зубы-пластинки сами приходят в движение и, гармонично взаимодействуя с молекулами воды, позволяют хищнице быстро передвигаться в своей водной среде, причем непрерывно и практически бесшумно - ведь пластинки кожи еще и гасят звуковые волны при перемещении.

Биологи ставили опыты на роботах, вживляя акульи кожные пластинки в бока, но роботы не стали двигаться быстрее. Позже ученые установили, что очень важным, помимо вещества, из которого сделана кожа, является еще и траектория движения тела, к которому пластинки прикрепляются.

 

Гидродинамическая функция шагреневой кожи:




Интересные опыты на шагреневой коже доктора Лодера

В США жизнь акул изучается давно, тем более что этих хищников можно обнаружить почти по всему побережью страны. Гарвардский профессор Джордж Лодер, после многочисленных опытов и расчетов, понял связь между акульей шагреневой кожей и движениями животного.

Догадки проверялись опытным путем. Добыв у рыбаков в Бостоне несколько пойманных накануне акул, профессор с учеником отделили фрагменты кожного покрова с двух сторон хищницы. Затем соединили эту плакоидную чешую друг с другом, подключив сюда манипулятор робота, способный нести чешуйки волнообразно, как если бы они находились на теле настоящей акулы.

И вот тут поиски профессора Лодера увенчались успехом. Он увидел, что при подобном раскладе чешуя позволяет двигаться в воде гораздо быстрее, чем раньше. Скорость перемещения гибкого тела, повторяющего движения акулы, увеличивается на 12%! Это очень большой плюс к скорости под водой.

Разумеется, американское военное ведомство сразу заинтересовалось открытием Лодера. И профессор мог бы стать одним из самых влиятельных ученых Америки, если бы не одно НО...

Корабль или подводная лодка, обладающая быстроходными свойствами акульей шагреневой кожи, обязательно должны повторять и ее движения вправо-влево, иначе скорость не увеличится.

Но ведь все корабли строятся из металла, не способного двигаться волнообразно. В этом и состоит препятствие использования данной технологии. В поисках решения и работают сегодня ученые-биологи совместно с химиками и физиками.

Первое успешное применение технологии "Shark Skin"

После долгих 30-летних изучений особенностей обтекаемой кожи акул учеными все-таки было найдено несколько различных применений результатам исследований.

Одним из примеров являются высокотехнологичные гидрокостюмы для плавания, разработанные для того, чтобы увеличить скорость движения спортсменов в толще воды.

В 2009 году пловцы, которые использовали костюмы на основе технологии "Акулья кожа", установили 29 мировых рекордов в первые пять дней чемпионата мира по плаванию!

В результате этого Международной федерацией плавания (FINA) был наложен запрет на использование подобных разработок в водных видах спорта.

Истоки применения технологии "Акулья кожа" в авиации

В 1990-х годах при попытках улучшить аэродинамику больших пассажирских самолетов, ученые впервые приняли крайне радикальное решение, которое заключалось в использовании материала, по свойствам имитирующем акулью кожу.

Длинные, расширенные поверхности коммерческих самолетов генерировали слишком большую турбулентность, что создавало эффект сопротивления движению, однако особые свойства акульей кожи должны были помочь уменьшить лобовое сопротивления и улучшить лётные характеристики самолета в целом.

Результаты испытаний были весьма противоречивы. Технология действительно уменьшала лобовое сопротивление, но материал был довольно тяжелым.

Кожа акулы в авиации

Технология акульей кожи в авиации

Проблема компенсировалась за счет улучшения аэродинамики самолета, что позволяло экономить топливо, сводя таким образом затраты к первоначальной цифре.

Кроме этого, при создании корпуса, очень трудно создать его без складок и морщин, что впоследствии уменьшало или сводило на нет весь необходимый эффект. Еще одной проблемой можно считать то, что самолеты должны быть полностью лишены покраски и каждые 5 лет проходить замену акульей обшивки.

Возникшие проблемы не могли быть решены с помощью существующих на то время технологий, поэтому о проекте на время забыли и официально вернулись лишь в 2008 году.

Авиастроение – акулы возвращаются

Возродившаяся программа получила название "Чистое небо", а главными инициаторами разработок являются такие всемирно известные компании как Lufthansa, Technik и Airbus, которые, начиная с 2008 года, решили объединить свои разработки.

Новые образцы "акульих" технологий, созданных при поддержке ЕС, позволили улучшить экологическую эффективность воздушного транспорта, в результате чего он стал менее шумным и более экономным.

Новое покрытие было успешно опробовано в 2009 году на самолете "Beluga", и позже было принято решение проверить эффективность покрытия на более длительном периоде эксплуатации.

За два года самолет провел в воздухе более 12000 часов, что сопровождалось регулярными проверками состояния обшивки с целью оценки ее целесообразности и эффективности.

 

Смотреть видео "Акулья кожа в авиации":

Проведенные испытания подтвердили, что созданная поверхность по прототипу кожи акулы выдерживает условия окружающей среды и позволяет экономить топливо минимум на 1 процент. Результаты были настолько обнадеживающими, что партнеры по проекту единогласно приняли решение продолжать испытания.

В 2013 году компании-разработчики ввели в эксплуатацию новую технологию создания покрытия, что позволило сократить затраты на производство и количество отходов. Кроме этого, с новой методикой, покрытие не содержит вредных материалов, а количество отходов во время нанесения на корпус самолета уменьшилось вдвое!

На сегодняшний день официально известно, что разработка "Акульей кожи" продолжается, и хоть инновационная технология пока находится лишь на стадии тестирования, даже сейчас виден ее высокий потенциал.

Это лишь первые шаги в создании полноценного покрытия нового поколения для самолетов, но оно определенно сыграет важную роль в создании нанотехнологий для авиации будущего.

Поделитесь этой статьёй с друзьями:


Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...
С этой публикацией также читают:
Дефензин - природный антибиотик в коже акулы Болезни, порой неизлечимые, сопровождают живых существ от времени их появления
Новые гидрокостюмы спасут сёрферов от акул 2015 год принёс миру дайверов, сёрферов и всех простых купальщиков новое знание о спасении от вн
Как отпугнуть акулу магнитом? Говорят, что человек – хозяин Земли
Лагуна акул (ex Akulizm.ru) © 2010-2016
Все материалы этого сайта могут использоваться только с указанием активной гиперссылки на данный сайт.