Эксперты прогнозируют, что в 2020 году начнется активное развитие бионических технологий, появятся новые протезы, у которых будут определенные особенности, а люди их будут носить с собой как планшеты или смартфоны.

Бионика – относительная молодая наука, официально ее история началась в 1951 году, ВМС США открыло новое направление для изучений – живые организмы, чтобы потом разрабатывать электронные и механические системы для флота. Прошло девять лет и термин «бионика» стал применяться во всем мире.  

Однако американцы были не первыми, ученые и ранее брали за образец способности животных. Леонардо да Винчи можно назвать адептом бионики, он моделировал летательные аппараты на основе птичьего крыла. Принцип строения скелета лежит в основе Эйфелевой башни.

Корабли с кожей дельфина и автомобили с профилем рыбы

Все принципы строения живого организма используются, прежде всего, для улучшения каких-либо технологических характеристик у оборудования или средства передвижения. Немецкий инженеру Макс Крамер изучал гидродинамические особенности строения дельфинов и китов, после чего он создал особую обшивку для подводной части кораблей. Эта обшивка позволяет увеличивать скорость движения судна на 20-25% без увеличения мощности двигателя. Покрытие называется «ламинфло», оно напоминает кожу дельфина, не промокает, имеет эластично-упругую структуру. Покрытие обеспечивает минимальное сопротивление воды и устраняет турбулентные завихрения.

Инженеры Массачусетского технологического института произвели расчеты и выяснили, что тяга, которая возникает при колебании плавников рыб, намного эффективнее тяги судового винта. Они сконструировали специальные подводные лодки, которые начинают движение от плавника, который напоминает по строению плавник тунца. Такие субмарины более маневренные и быстрые, если их сравнивать с роботизированными обычными подлодками. Эти новые машины будут активно использоваться для изучения мирового океана, поиска затонувших кораблей и других разведывательных операций.

У Пентагона в арсенале имеется электронный прибор, он сверхчувствительный, прибором можно различать запахи. Устройство было создано на основе органа обоняния мухи. Военные оснастили этими газоанализаторами самолеты, которые предназначены для поиска дизельных подводных лодок. Самолет находит в воздухе шлейф, который остается от выхлопных газов, выпускаемых лодочными дизельными двигателями, затем он направляется прямо к месту погружения подлодки.

Бионические разработки всегда присутствовали в авиации, например, крылья самолетов сделали похожими на крылья стрекозы, чтобы избежать флаттера, вибрации, которая возникает внезапно и грозит крушением самолету.

США создает свою бионическую армию, солдаты, похожие на людей. могут воспроизводить движения человека, а это значит, что робот сможет пользоваться оружием. Современные железные солдаты уже могут видеть в темноте и обнаруживать тепло человеческого тела.

Слабое место беспилотников

Ученые Гарвардского университета объяснили прекрасную маневренность, которой обладают птицы, она возникает за счет особых движений и поворотов головы и крыльев. Полученные данные станут основой для моделирования беспилотных аппаратов будущего. Кроме этого, беспилотники будут иметь стабильное движение, основа технологии заимствована у шмелей. Ученые изучали поведение шмелей Bombusimpatiens, которых помещали в аэродинамическую трубу. Секрет стабильности движения шмелей находится строении их крыльев, крылья особым образом вибрируют во время полета. Сейчас инженеры изучают мошек дрозофил, а именно их удивительную способность приземляться на спину. Такие технологии пока недоступны человеку, но все впереди.

Автомобильная промышленность не отстает. Компания Mercedes-Benz выпустила Mercedes bionic, прообразом автомобиля стала рыбка-кузовок. У рыбки почти кубическое строение тела, но она обладает великолепными аэродинамическими способностями. У кузовка коэффициент лобового сопротивления составляет всего 0,06. Конструкторы Mercedes-Benz смогли создать автомобиль с рекордными показателями коэффициента лобового сопротивления - 0,19. Такой показатель минимизирует расход топлива. Модель потребляет 4,3 л топлива на 100 километров, при движении 90 км/ч расход снижается до 2,8 л. Основой для конструкции автомобиля стало строение скелета рыбки-кузовка. При этом «рыбий» кузов легче традиционных моделей на одну треть, даже если увеличена степень жесткости панелей на 40%.

Человека будет видеть, как насекомое

Протезирование – важное направление в бионике. Основной задачей бионических протезов является точность воспроизведения функций утраченных конечностей и отсутствующих органов. Пройдет время и протезы станут эстетичными и будут обладать чувствительностью.

Оборонное агентство DARPA (США) недавно представило миру протез руки человека. Протезом можно управлять при мощи мысли, а также на ладони у него имеются сенсоры, которые передают в человеческий мозг информацию о плотности, температуре и текстуре объекта, к которому прикасается протез.

В оснащении армии США есть рука DekaArm, ее создание стоило $40 млн. Технология воспринимает сигналы мозга и перенаправляет их в протез, искусственная рука может выполнять 10 различных движений. Разработка уже одобрена и может найти свое применение не только в военном госпитале, но и в обычных клиниках для гражданских.

Бионические протезы становятся все более совершенными и дешевыми. Японская компания Exiii недавно показала свою разработку – протез, который был создан на 3D-принтере. Создание протеза стоило всего $300. Датчики, размещенные на протезе, получают сигналы от оставшейся части конечности, а затем интерпретируют их при помощи смартфона. Бионической рукой можно поворачивать в стороны, можно двигать ее пальцами и держать при помощи нее предметы.

Американский Университет Вандербильта – лидер среди производителей бионических протезов ног. Специалисты смогли добиться максимального природного сходства с человеческими коленным суставом и ступней. Носящие протез могут преодолевать без остановки до 14 километров.

Для того, чтобы сделать бионические глаза, ученые пользуются знаниями об уникальных свойствах глаз насекомых. Например, насекомые могут воспринимать частоту света до 300 Гц, при этом у них огромная глубина резкости. Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны начали проект под названием Curved Artificial Compound Eyes (CurvACE). Ими был создан глаз, который имеет 630 фасеток, поле зрения 180 градусов.

Специалисты из Университета штата Огайо создали свой бионический глаз, который может фокусироваться как человеческий, поле зрения глаза 150 градусов.

Технологии развиваются, осталось только дождаться того момента, когда любой желающий сможет приобрести бионическую разработку.