Выявлением и использованием «механизмов природы» занимается наука бионика.

Бионика (от др.-греч. – живущее) – прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика – это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике 2 .

Бионика исследует объекты живого и растительного мира, выявляет принципы их действия и конструктивные особенности, с целью применения этих знаний в науке и технике. Концепция бионики не нова. Еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка.

Первый существенный вклад в эту науку внес великий ученый и художник Леонардо да Винчи.

Вот некоторые из его работ:

Пример 1.1. Механизм бьющихся крыльев 3

Леонардо писал: «Если скажешь, что сухожилия и мускулы птицы несравненно большей силы, чем сухожилия и мускулы человека, принимая во внимание, что все мясо стольких мускулов и мякоть груди созданы ради пользы и увеличения движения крыльев, с цельной костью в груди, сообщающей величайшую силу птице, с крыльями, целиком сотканными из толстых сухожилий и других крепчайших связок хрящей и крепчайшей кожи с разными мускулами, то ответ на это гласит, что такая крепость предназначена к тому, чтобы иметь возможность сверх обычной поддержки крыльев удваивать и утраивать движение по произволу, дабы убегать от своего преследователя или преследовать свою добычу; ибо в этом случае надобно ей удваивать и утраивать свою силу и, сверх того, нести в своих лапах такой груз по воздуху, каков вес ее самой; как видно это на примере сокола, несущего утку, и орла, несущего зайца, прекрасно показывающем, откуда такой избыток силы берется; но для того чтобы держаться самому, и сохранять равновесие на крыльях своих, и подставлять их течению ветров, и поворачивать руль на своем пути, потребна ему сила небольшая и достаточно малого движения крыльев, и движения тем более медленного, чем птица больше. И у человека тоже запас силы в ногах – больший, чем нужно по его весу; и дабы убедиться, что это так, – поставь человека на ноги на берег и потом замечай, на сколько отпечаток его ног уходит вглубь. Затем поставь ему другого человека на спину, и увидишь, насколько глубже уйдет он. Затем сними человека со спины и заставь подпрыгнуть вверх – насколько можно, найдешь, что отпечаток его ног более углубился при прыжке, нежели с человеком на спине; следовательно, здесь в два приема доказано, что у человека силы вдвое больше, чем требуется для поддержания его самого» 4 .

Рисунок Леонардо механизма бьющихся крыльев и его модель

(рис. 1.1).

Рис. 1.1. Механизм бьющихся крыльев

Пример 1.2. Механизм крыла 5

В книгах Леонардо можно прочитать: «Посмотри на крылья, которые, ударяясь о воздух, поддерживают тяжелого орла в тончайшей воздушной выси, вблизи стихии огня, и посмотри на движущийся над морем воздух, который, ударяя в надутые паруса, заставляет бежать нагруженный тяжелый корабль; на этих достаточно веских и надежных основаниях сможешь ты постигнуть, как человек, преодолевая своими искусственными большими крыльями сопротивление окружающего его воздуха, способен подняться в нем ввысь» 6 .

Рисунок Леонардо механизма крыла и его модель (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Механизм крыла

Пример 1.3. Воздушный винт – вертолет 7

Вот, что говорил Леонардо про устройство винта: «Я полагаю, что, если это устройство винта правильно изготовить, то есть если винт сделать из льняной ткани и поры ткани пропитать крахмалом, а за счет механизма придать быстрое вращательное движение винту, то это устройство поднимется в воздух.

Наружный край винта должен быть из проволоки толщиной с веревку, и от окружности до середины должно быть восемь локтей.

Я говорю, что когда прибор этот, сделанный винтом, сделан хорошо, т.е. из полотна, поры которого прокрахмалены, и быстро приводится во вращение, что названный винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх. В качестве примера беру я широкую и тонкую линейку, которая стремительно быстро бросаема в воздух; ты увидишь тогда, что твоя рука движется в направлении пересечения с названной доской.

Сделай, чтобы арматура вышеназванного [полотна] была изготовлена из тонких длинных трубок. Можно сделать себе маленькую модель из бумаги, ось которой – из тонкого листового железа, закручиваемая с силой, и которая, будучи отпущена, приводит во вращение винт» 8 .

Рисунок воздушного винта может быть датирован между 1483—1486 гг.

Это – один из самых известных рисунков Леонардо да Винчи. Некоторые эксперты идентифицировали механизм как предок вертолета. К рисунку дано всего лишь одно примечание – диаметр воздушного винта до 5 метров, использовать при изготовлении тростник, льняную ткань и трос. Леонардо предполагал, что механизмом будут управлять четыре человека, которые будут находиться на центральной платформе и за счет ручных рычагов предавать вращательное движение винту. Машина, разработанная Леонардо, вероятно, никогда не оторвалась бы от земли и не смогла бы перемещаться. А вот если бы увеличить движущую силу (вместо человеческой), то машина вполне могла бы подняться в воздух и перемещаться в пространстве. Зная о других разработках Леонардо, также можно утверждать, что, применив дополнительные устройства, полетом можно и управлять. Скорее всего, мысль использовать этот винт его далее не заинтересовала. Применить другую двигательную силу в то время было просто невозможно. Поэтому больше всего разрабатывалось механизмов, имеющих пассивную тягу, – механизмы с крыльями (планеры). А также механизмы с движущимися крыльями после наблюдения за птицами. Леонардо был очень наблюдательный человек, и все свои наблюдения пытался суммировать.

Рисунок Леонардо винта и его модель (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Воздушный винт – вертолет

Пример 1.4. Планер с хвостом для управления полетом

Леонардо писал в своих исследованиях: «Названная птица должна при помощи ветра подниматься на большую высоту, и в этом будет ее безопасность, потому что даже в случае, если б ее постигли все ранее названные опрокидывания, у нее есть время вернуться в положение равновесия, лишь бы члены ее были большой стойкости, способные упомянутыми выше средствами противостоять стремительности и импульсу спуска – связками из прочной дубленой кожи и веревочными сухожилиями из прочнейшего сырцового шелка. И пусть никто не возится с железным материалом, потому что последний быстро ломается на изгибах или изнашивается, почему и не следует с ним путаться» 9 .