Многие привычные технологии появились благодаря наблюдениям за природой. Свойства акульей кожи помогли создать плавательные костюмы и покрытия для самолетов, мех белого медведя подсказал устройство флиса, а форма клюва зимородка помогла решить проблему шума скоростных поездов.
В 2009 году на чемпионате мира по плаванию в Риме за неделю спортсмены побили 43 мировых рекорда. Средние пловцы стали опережать фаворитов. На дистанции 200 метров вольным стилем титулованный Майкл Фелпс пришел вторым, уступив золото немецкому пловцу Паулю Бидерманну, который установил мировой рекорд. Причиной стал полиуретановый костюм ArenaX-Glide, дававший значительное преимущество. Фелпс был связан жестким спонсорским контрактом с компанией Speedo и не мог надеть эту новинку.
Костюм создали по принципу акульей кожи: микроскопические эластичные ребра ткани снижали сопротивление воды и помогали пловцу двигаться вперед. Разразился скандал. Тренер Фелпса Боб Боумен потребовал запретить «технический допинг» и пригрозил, что его подопечный будет бойкотировать соревнования, пока этого не произойдет. В итоге Международная федерация плавания запретила такие костюмы с 2010 года.
Рельеф акульей кожи используют и в авиации. На фюзеляжи и крылья самолетов наносят специальные пленки с крошечными бороздками: они снижают трение о воздух и помогают экономить топливо.
Застежка-липучка тоже появилась благодаря наблюдению за природой. В 1940-х годах швейцарский инженер Жорж де Местраль возвращался с охоты и долго очищал одежду от репейников, а затем и своего сеттера. Его заинтересовало, почему колючки так цепко держатся. Рассмотрев репейник под микроскопом, он увидел множество крошечных крючков, зацеплявшихся за ткань и шерсть животных, и решил создать застежку по этому принципу.
Местраль объездил множество ткацких фабрик в Европе, но его идея ткани из крючков и петель казалась профессионалам нелепой. Дизайнеры отказывались работать с ней даже после того, как застежка была запатентована. В начале 1960-х липучка пригодилась для скафандров и фиксации предметов в невесомости в НАСА. Позже она стала популярна и в обычной одежде.
В 1979 году специалисты американской компании Malden Mills, ныне Polartec, изучили мех белых медведей и создали флис. Его теплоизоляционные свойства связаны с устройством волокон: шерстинки меха представляют собой прозрачные полые трубочки, заполненные воздухом. Именно запертый в пушистом ворсе воздух удерживает тепло.
Мех белого медведя не впитывает воду, а одежда из флиса не задерживает влагу и сохраняет тепло даже во влажном состоянии. Волокна меха и флиса поглощают инфракрасное излучение тела и медленно рассеивают его во внутреннем воздухе. Благодаря особенностям меха белого медведя почти не видно в тепловизор: различимы лишь несколько горячих точек — глаза, кончик носа и дыхание.
С лап белого медведя позаимствовали идею зимних шин-липучек. Медведь не скользит на льду благодаря множеству мелких надрезов — ламелей — на лапах. Они, словно микроприсоски, цепляются за скользкую поверхность и отводят воду. Подобный принцип использован в рисунке протектора и микропористой структуре зимней резины.
Одежду для полярников создавали, изучая перья пингвинов. Их устройство помогает птицам не замерзать в ледяной воде: сверху находится жесткий водонепроницаемый слой, а внутри — нежный пушистый слой, удерживающий воздух. По этому же принципу устроены многослойные ткани для полярников. Костюмы для экстремальных условий стали легкими, не пропускают влагу и при этом дышат.
Пластиковые распорные дюбели работают по принципу иголок дикобраза и колючек растений. Когда в дюбель вкручивают саморез, пластиковые усики врезаются в бетон или кирпич, поэтому вытащить крепеж практически невозможно.
Идею для более эффективных светодиодов в автомобильных фарах ученые подсмотрели у светлячков. На поверхность светодиодных чипов наносят такой же рельеф, как у насекомого. Благодаря этому фара создает мощный световой поток, расходуя почти в два раза меньше энергии аккумулятора автомобиля.
Листья лотоса остаются чистыми даже после того, как на них попадает грязная вода. Их поверхность покрыта микроскопическими бугорками и восковым налетом. Вода не растекается по листу, а собирается в капли и скатывается, смывая частицы грязи и пыли. По этому принципу делают фасадные краски, которые очищаются во время дождя, и ткани с водоотталкивающей пропиткой: пролитые кофе или соус стекают с них, не оставляя следов.
Гекконы способны бегать по гладким вертикальным стенам и удерживаться на потолке даже одной лапкой — без присосок. Подушечки их лап покрыты миллионами микроскопических волосков, каждый из которых разветвляется на тысячи еще более мелких лопаточек. Когда геккон прижимает лапу к стене, эти наноструктуры подходят к атомам поверхности настолько близко, что возникает электромагнитное притяжение. Чтобы оторвать лапу, ящерица меняет угол наклона пальцев: связь разрывается, и лапа легко отделяется.
По этому принципу работают роботы на заводах, где нужно перемещать экраны смартфонов или солнечные панели. В медицине разрабатывают пластыри для закрытия ран без швов. Они могут прочно держаться даже на влажных внутренних органах, но врач способен снять их, не раздирая ткани.
В лаборатории Массачусетского университета уже создана искусственная клейкая лента размером с визитку, способная удерживать на стекле вес до 300 килограммов. До серийного выпуска дело пока не дошло: производители опасаются юридических рисков. Если тяжелый телевизор, закрепленный такой лентой, упадет дома, последствия могут быть серьезными.
Форма носа скоростных поездов в Японии тоже вдохновлена природой. Страна на 70 процентов покрыта горами, поэтому там много железнодорожных тоннелей. Они узкие: прокладывать широкие пути в сейсмоопасных горах дорого и сложно. Когда появились поезда, способные разгоняться до 250–300 километров в час, возникла проблема: состав сжимал воздух перед собой, словно поршень в шприце. Ударная волна вырывалась из тоннеля с таким грохотом, что в радиусе 400 метров дрожали оконные стекла и двери, а жители вздрагивали, как от взрыва.
Главный инженер проекта Эйдзи Накацу любил наблюдать за птицами и заметил, что зимородок плавно ныряет в воду без брызг. Он предложил скопировать форму клюва этой небольшой птицы. Для поезда спроектировали новый нос длиной почти 15 метров. После этого состав стал выезжать из тоннеля без взрыва и разгоняться на 10 процентов быстрее. С тех пор все скоростные поезда в Японии получили непривычно длинные «птичьи» носы.