Ракетный двигатель против засухи: как наши ученые управляют погодой
Горбатый кит при среднем весе в 30 тонн может разогнаться до 26 километров в час – у атомных подводных лодок максимальная скорость всего в два раза выше. Такую прыть морским млекопитающим обеспечивает хвост. Именно китовый хвост вдохновил инженеров на создание винтов, ускоряющих ход кораблей.
А где собираются строить ГЭС на китовых "плавниках"? Зачем нужен робот с живыми мышцами? И какие еще идеи ученые позаимствовали у природы? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Киты экономят морякам топливо
Хвост кита вдохновил швейцарских инженеров на создание судовых винтов нового поколения.
"Горизонтальные хвостовые лопасти кита развивают мощность до 500 лошадиных сил. Мы скопировали их форму и установили пять таких лопастей вертикально. Их приводит в движение электродвигатель. Они движутся по кругу вместе и каждая вокруг своей оси. Это позволяет максимально подстраиваться под поток воды и маневрировать. Эффективность таких лопастей на 85% выше, чем у обычных гребных винтов", – пояснил менеджер по продуктовой линейке компании-разработчика гребного винта Янне Похьялайнен.
Инновационные двигатели можно установить на судно любой модели вместо стандартных. По подсчетам создателей, после такой переделки пассажирский корабль или паром смогут двигаться почти в два раза быстрее – и в среднем за год сэкономят до 600 тонн топлива.
В России придумали ГЭС на китовых "плавниках"
Российские ученые тоже обратили внимание на китов – но уже не на хвосты, а на плавники горбатых гигантов. Благодаря принципу их строения инженерам удалось придумать, как обеспечить удаленные регионы страны электроэнергией. Дело в том, что на грудных плавниках кита есть наросты: именно они помогают млекопитающему маневрировать в воде во время охоты. Инженеры перенесли принцип строения этих выпуклостей на лопасть гидротурбины. И энергоустановка стала мощнее сразу на 20 процентов.
"На примере вот этого маленького рабочего колеса можно видеть, как устроен принцип строения передней кромки плавника горбатого кита. Если мы перевернем, здесь у нас гладкая поверхность исходной поверхности лопасти и модернизированный образец уже с нанесенными наростами на переднюю кромку", – отметил руководитель молодежной лаборатории НИУ "МЭИ" Алексей Дружинин.
Такие турбины должны стать частью микро-ГЭС в деревнях около небольших водоемов. Достаточно построить там установку, и она сможет снабжать электричеством и теплом жителей, у которых нет центрального подключения. Но это еще не все – на создание такой турбины российских ученых вдохновили не только киты, но и акулы.
"Изучение особенностей строения пасти гигантской акулы позволяет нам также повысить эффективность гидроэнергетических объектов. Мы меняем структуру потока внутри элементов проточной части гидрооборудования, и за счет этого изменяется уровень потерь, которая наблюдается в гидротурбинах. И в связи с этим возрастает уровень вырабатываемой мощности", – сказал ученый.
Одна такая микро-ГЭС способна запитать один дом, но если соединить их в систему, то мощность увеличится. Кроме того, тепло от такой гидроэлектростанции можно будет использовать для отопления и подачи горячей воды. А ведь плавник кита и пасть акулы – далеко не единственное, что вдохновляет инженеров на создание прорывных технологий.
Робот с живыми мышцами
Совершенство, сложность работы и гармоничность движений мышц человека попытались скопировать японцы. В лаборатории Токийского университета они вырастили искусственные мышцы и потом прикрепили их к пластиковому основанию. Получились ноги механического биоробота.
"Мы вручную приближали электроды то к одной ноге, то к другой. Давали разряд – и мышцы сокращались, отключение тока расслабляло живые ткани. Так фигура делала шаг за шагом и очень медленно поворачивалась. Теперь нам нужно придумать, как научить мышцы жить без питательного раствора, и тогда наши роботы станут по-настоящему живыми и смогут эффективно работать с людьми", – говорит профессор кафедры механических и биофункциональных систем Института промышленных наук Токийского университета Сёдзи Такеучи.
Искусственная роговица спасет зрение
Пока японцы пытаются повторить совершенство, которое придумала природа, российским ученым уже удалось это сделать. В Сеченовском университете смогли воссоздать одно из самых сложных ее творений. Прозрачный диск может подарить зрение миллионам людей. Сейчас единственный способ получить новую роговицу – это посмертное донорство органов. Лишь один из 70 больных дожидается замены.
Не так давно в арсенале медиков появились синтетические ткани из биополимеров. Но они слишком часто отторгаются. Эта роговица сделана из натурального коллагена – он приживается намного лучше.
"Было много разработок в области коллагена на протяжении последних 50 лет. И один из наиболее серьезных и важных запросов к материалу на основе коллагена была его механическая прочность. Потому что, когда врач оперирует, тебе обязательно нужно как-то фиксировать материал. И важно, чтобы он был эластичен, не разрывался при натяжении", – рассказал доктор химических наук, научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета Петр Тимашев.
Много лет ученые всего мира пытались сделать искусственную роговицу прочной, но при этом эластичной и прозрачной. В Сеченовке эту задачу решили. Там научились по слоям выкладывать макромолекулы коллагена так, чтобы они образовывали структуру, похожую на природную.
"Самой главной нашей задачей является сделать коллаген как можно более прозрачным, чтобы он был сопоставим с нативной роговицей человека и был максимально на нее похож. Наша искусственная роговица достигает значений до 90%, что в целом сопоставимо с нативной роговицей человека", – пояснила лаборант Центра инновационных коллагеновых разработок Института регенеративной медицины Сеченовского университета Алия Гилязова.
В 2025 году ученые планируют пересадить первую коллагеновую роговицу человеку, а до этого эффективность изобретения будут оценивать собаки и кошки.
Ракетный двигатель против засухи
Дождь – еще одно чудо природы, которое в совершенстве смогли повторить российские ученые. В Ставрополе придумали, как обеспечить осадками каждую грядку, засушливое поле или знойный мегаполис. Никаких шаманских танцев с бубном. В ход пошел инструмент посерьезнее – реактивный ракетный двигатель. Он создает теплую струю воздуха, направленную в небо. Именно так в природе обычно начинаются ливни: мощные потоки тепла поднимаются вверх, меняют давление и провоцируют циклон. Но тучи еще нужно заставить пролиться дождем.
"Такие облака мы решили теперь создавать с помощью аэрокосмического двигателя, мощность которого где-то в 100 раз больше, чем у авиационного двигателя. В струю этого аэрокосмического двигателя с помощью беспилотных летательных аппаратов мы вносим гигроскопический аэрозоль, наноаэрозоль, который способствует конденсации водяного пара при влажности уже 62%", – отметил доктор физико-математических наук, научный руководитель научно-производственного центра противоградовой защиты Магомет Абшаев.
Какой стране добавили пасмурных дней
Ученые по всему миру и прежде провоцировали осадки – для этого рассеивали реагенты с самолета или, словно артиллерия, выстреливали ими с земли. Эффект был небольшим: дождь усиливался на 10 процентов.
"Нужна такая новая технология, которая могла бы струю поднять, донести до нижней границы облака. Работы проводились и испытания проводились на территории Объединенных Арабских Эмиратов уже и дополнительно еще на территории Ставропольского края в районе Буденновска", – уточнил заведующий базовой кафедрой анализа геофизической информации и метеорологических прогнозов физико-технического факультета СКФУ Роберт Закинян.
К примеру, в Арабских Эмиратах в год бывает всего десяток пасмурных дней. Прибор из Ставропольского края во время испытаний добавил облаков – и вот уже 30–40 дней можно прожить без палящего солнца. В России такая установка поможет бороться с пожарами и засухой, не раз выручит аграриев и МЧС.
Как вырастить урожай в абсолютной темноте
Но наука не только вдохновляется природой. В Калифорнии придумали, как природу усовершенствовать – они изменили правила фотосинтеза. Для жизни и роста растений нужны вода, углекислый газ и солнечный свет. Так в зеленых листьях образуются питательные вещества. Исследователи Калифорнийского университета придумали, как вычеркнуть в этой формуле одну постоянную – освещение.
Чтобы начать искусственный фотосинтез, химики вместо солнца использовали электричество. Воду и углекислый газ под воздействием тока они превратили в соли уксусной кислоты – ацетат. Именно его расщепляют растения, чтобы расти в темноте.
"Это в четыре раза эффективнее, чем тратить энергию на лампы дополнительного освещения. Мы уже знаем, что с помощью искусственного фотосинтеза могут расти зеленые водоросли, дрожжи и грибной мицелий. Технология также подходит для выращивания гороха, помидоров, табака, риса и рапса", – сказал профессор кафедры химической инженерии Калифорнийского университета Дональд Коллинс.
Теперь можно выращивать урожай там, где царит полярная ночь или в условиях космоса. Остается только гадать, на что еще вдохновит ученых природа и чья фантазия окажется богаче.
О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.