Кожа акулы всегда восхищала всех: от рыбаков до физиков. И нетрудно понять почему: эти существа способны плавать с невероятной скоростью, о которой не мог бы мечтать ни один олимпийский пловец. Заслуга принадлежит их чешуе, которая превратилась в крошечные трехмерные структуры в форме наковальни, называемые зубчиками.
Но как именно зубцы делают акул такими гидродинамичными? До сих пор никто не мог узнать наверняка. Но теперь, благодаря новаторскому исследованию, тайна наконец раскрыта. И правда еще более невероятна, чем считалось ранее.
Задание невыполнимо
Изучение зубцов акулы немного похоже на попытку понять, как устроен инопланетный космический корабль. Это настолько маленькие (менее полмиллиметра) и сложные структуры, что воспроизвести их в лаборатории — титаническая задача. А анализировать их непосредственно на коже акулы еще сложнее, поскольку после снятия с рыбы кожа теряет свои особые свойства.
Короче говоря, это как держать в руках волшебный предмет, который перестает действовать, как только вы к нему прикасаетесь. Загадка, которая десятилетиями сводила учёных с ума, заставляя их довольствоваться упрощенными структурами и безрезультатными экспериментами.
Однако двигатель науки никогда не останавливается. Проявив терпение, любопытство и творческий подход, исследователи продолжили поиски Святого Грааля зубчиков: секрета их эффективности.
Дентикли, наковальня и волна
Бенджамин Савино e Вен ВуДва физика из Университета Миссисипи задали себе вопрос: а что, если вместо экспериментов с реальными зубчиками мы смоделируем их на компьютере? Сказано-сделано, они создали виртуальную модель. Именно «та самая» кожа акулы, покрытая зубчиками в форме наковальни, в комплекте с подогнанными друг к другу опорными столбиками и головками молотков. Полное исследование можно найти здесь.
Шедевр биомиметической инженерии, который позволил исследователям впервые понять механизм работы и поток жидкости вокруг этих структур. Сюрприз: зубчатые головки не просто уменьшают трение, они активно впрыскивают жидкость в защищенное пространство под собой, создавая своего рода обратную волну.
Этот «волновой эффект» является ключом ко всему. Потому что он создает движущую силу в направлении движения, как крошечный гидродинамический двигатель, встроенный в кожу. Открытие, которое лишило исследователей дара речи и могло произвести революцию в подходах к проектированию кораблей и подводных лодок.
Акулы, секрет спины
На этом сюрпризы не заканчиваются. Савино и Ву обнаружили еще одну важную деталь: зубцы лучше всего работают, когда их размещают на изогнутой поверхности, например на спине акулы.
Именно там создается идеальный градиент давления для закачки жидкости в защищаемое пространство и создания обратной тяги. Механизм настолько эффективен, что акулы, возможно, намеренно создали на своей коже бугорки, чтобы максимально эффективно использовать его.
Прозаическое резюме: акула полна микрогидродинамических устройств, результат миллионов лет эволюции. Инженерный урок, который природа вложила нам под нос и который мы только сейчас начинаем понимать.
Высокотехнологичные акулы
Что мы, люди, можем сделать с этими знаниями? Ну, приложения потенциально бесконечны. Подумайте о кораблях и подводных лодках, покрытых искусственными зубцами, способных мчаться по воде с беспрецедентной эффективностью. Или высокотехнологичные купальники, которые превратят спортсменов в олимпийских «акул».
Конечно, впереди еще много работы. Нам необходимо понять, как защитить зубцы от морских загрязнений и как лучше всего интегрировать их в изогнутые поверхности наших транспортных средств. Но путь ясен, и цель близка.
Потому что, в конечном счете, эволюция — величайший инженер всех времен. А акулы — самые гидродинамические существа, доведенные до совершенства за миллионы лет плавания.
Копирование их — это не жульничество, а дань уважения их мастерству.
