Удивительные насекомые превосходят летательные аппараты людей
ПОСЛЕ окончания войны журналисты и военные эксперты склонны хвалиться технической изощренностью современного оружия. Они прославляют достоинства бомбы с головками самонаведения, крылатых ракет с лазерной системой наведения и ударных вертолотов с не имеющей себе равной — смертоносной — маневренностью. Изобретательность, с которой создано это оружие, несомненно, часто удивительна. Но в таких восторженных дифирамбах в честь смертоносных механизмов редко признается простая истина: даже самое передовое аэрочудо человека по своей конструкции примитивно в сравнении с крошечными летательными аппаратами, которые в изобилии встречаются в природе.
Рассмотри крылатую ракету. Согласно The Wall Street Journal (Уолл-стрит джорнал) «путь крылатой ракеты программируется эталонно-цифровой картой, хранящейся в системе обработки информации. Объективы с переменным фокусным расстоянием и электронные датчики сохраняют ее курс, когда она планирует с высокой инфразвуковой скоростью, близко держась поверхности земли». Звучит довольно сложно, не так ли? А теперь рассмотрим для сравнения скромное насекомое: пчелиного волка.
Крошечный картограф
Бен Смит, технический редактор журнала по компьютерам BYTE (БАЙТ), недавно писал: «По сравнению с пчелиным волком крылатая ракета абсолютно глупа». Почему? Потому что крылатую ракету, несмотря на ее техническое совершенство, можно довольно легко обмануть. В отношении этого Смит говорит: «Следует только сдвинуть объект цели и оставить поддельный. Крылатая ракета никогда не узнает, что она ошиблась, потому что при уничтожении объекта она уничтожает саму себя».
Совсем другое дело — обмануть пчелиного волка. Один биолог, занимающийся исследованием этих насекомых, попробовал это сделать. Заметив сотню пчелиных волков, живущих вместе в одинаковых ямках в песке вдоль небольшого участка пляжа, он подождал, пока один из них вылетел, и прикрыл вход его домика песком. Затем он подождал, чтобы увидеть, сможет ли насекомое снова найти вход. К его удивлению, насекомое безошибочно приземлилось возле прикрытого входа и раскопало его! Наблюдая, как пчелиный волк, улетая и прилетая, как будто что-то разведывая, кружил над своей норкой, биолог предположил, не могло ли насекомое запоминать подробности окружающей местности, делая себе своего рода мысленную карту.
Чтобы проверить свою теорию, он снова прикрыл ямку и на этот раз переложил некоторые лежащие вокруг сосновые шишки. Когда пчелиный волк вернулся, он, как всегда, разведал местность сверху и опустился на неправильное место! Какой-то момент он был в замешательстве. Но затем он взлетел и совершил еще один разведывательный полет, но на этот раз повыше. Очевидно, новый взгляд на ситуацию дал маленькому насекомому несколько дополнительных устойчивых ориентиров, к которым оно могло обратиться, потому что оно тотчас нашло прикрытую нору и опять ее раскопало.
Компьютер на борту крылатой ракеты может стоить почти один миллион долларов и весить почти 50 килограмм. Пчелиный волк пользуется мозгом величиной приблизительно с булавочную головку. Бен Смит добавляет: «К тому же, пчелиный волк может ходить, копать, находить себе добычу и обманывать ее, а также может найти себе пару (что было бы губительно для крылатой ракеты)». В заключение Смит говорит: «Даже если современные высококачественные аппараты во много раз превосходят образцы последних лет, они все равно ничуть не достигают эффективности мозга скромного пчелиного волка, не говоря уже об эффективности человеческого разума».
Эти фантастические крылья!
Это можно было бы сказать о большинстве созданных человеческими руками летательных аппаратах, например, об ударном вертолете. Робин Дж. Вуттон, английский палеонтолог насекомых, провел более двадцати лет в изучении способов полета несекомых. В журнале Scientific American (Сайентифик америкен) он недавно писал, что некоторые насекомые «являются настоящими акробатами. Например, домашняя муха может замедлить свой быстрый полет, зависнуть в одной точке, сделать кувырок, полететь вверх ногами, совершить мертвую петлю, закружиться и сесть на потолок — все это за одну долю секунды».
Что именно позволяет этому маленькому летательному аппарату превзойти созданные людьми самолеты? Большинство самолетов имеют гироскопы для стабилизации своего движения. У мух есть свой своеобразный гироскоп — жужжальца рычагообразной формы, расположенные там, где у других насекомых находятся задние крылья. Жужжальца вибрируют синхронно с крыльями. Они управляют полетом и сохраняют его в равновесии, когда насекомое носится взад и вперед.
Но по словам палеонтолога Вуттона, настоящий секрет заключается в крыльях насекомого. Он пишет, что в 1960 году, будучи аспирантом, он начал предполагать, что крылья насекомых представляют собой «намного больше, чем просто абстрактные образцы жилок и перепонок», как их часто описывают. Напротив, каждое крыло казалось ему «искусным кусочком миниатюрной техники».
Например, длинные жилки в крыльях насекомого в действительности являются крепкими трубочками, переплетенными с маленькими, наполненными воздухом каналами, называемыми трахеями. Эти легкие, негнущиеся перекладинки связаны с поперечными жилками. Образующийся таким образом узор больше чем только красив; по словам Вуттона, он подобен решетчатым фермам и пространственным рамам, которые используют инженеры, чтобы увеличить прочность и жесткость.
Этот замысловатый каркас обтянут мембраной, значение которой ученые все еще полностью не понимают, не считая только того, что она исключительно прочная и легкая. Вуттон отмечает, что натягивание этого материала на решетчатый каркас крыльев, делает их более прочными и жесткими, подобно как художник замечает, что натягивание холста на раздвижную деревянную раму делает его более жестким.
Но крылья не должны быть слишком жесткими. Им нужно выдерживать невероятные нагрузки ударов при быстром полете и им нужно быть готовыми переносить много столкновений. Исследовав поперечный разрез крыльев, Вуттон обнаружил, что многие из них сужаются на концах, и это делает их на концах более эластичными. Он пишет, что «крылья при столкновении обычно не остаются жесткими, но поддаются и снова быстро выпрямляются, «как выпрямляется склонившийся от ветра камыш».
Еще более примечательным, возможно, является то, что во время полета крылья могут принимать другую форму. Правда, крылья птиц делают то же самое, но чтобы придать крыльям различные формы, они пользуются мышцами своих крыльев. Мышцы насекомого не заходят дальше основания крыльев. В этом отношении крыло насекомого подобно парусу лодки. Для того, чтобы изменить форму, управление должно исходить из основания — от экипажа судна на нижней палубе, у насекомого — из мышц грудной клетки. «Но, — Вуттон замечает, — крылья насекомого устроены более изощренным образом, чем любой парус, и значительно интереснее... Кроме того, у них есть противоударные амортизаторы и противовесы, устройства, останавливающие распарывание и многие другие простые, но очень эффективные приспособления, каждый из которых увеличивает аэродинамическую эффективность крыльев».
Подъемная сила — ключевой элемент
Эти и многие другие подробности конструкции крыла дают насекомому возможность управлять крыльями, чтобы в конце концов достичь ключевого элемента полета — подъемной силы. В общем, Вуттон описал более шести сложных видов маневрирования крыльев, которыми пользуются насекомые, чтобы создать подъемную силу.
Марвин Люттгес, аэрокосмический инженер, провел десять лет за исследованием полета стрекоз. Эти насекомые вырабатывают такую большую подъемную силу, что журнал National Wildlife (Нэшнл уайлдлайф) недавно назвал их полет «аэродинамическим чудом». Люттгес привязывал к одному виду стрекоз, Libellula luctuosa, крошечные грузы и затем установил, что маленькое насекомое может безо всякого усилия поднимать груз, превышающий его собственный вес в два, два с половиной раза. Это значит, что соответственно своему размеру, эти насекомые могут поднять в воздух в три раза больше груза, чем самый эффективный, созданный людьми летательный аппарат.
Как они это делают? Люттгес и его коллеги обнаружили, что стрекоза при каждом взмахе крыла слегка поворачивает его и этим вызывает на его верхней поверхности маленькие воздушные завихрения. Это сложное использование изменчивых воздушных течений, как их называют инженеры, намного отличается от полета созданных человеком самолетов; они зависимы от устойчивых воздушных течений. Согласно National Wildlife, такая «феноменальная подъемная сила» осуществляется благодаря способности стрекозы «использовать силу воздушных завихрений». Воздушные и военно-морские силы США поддерживают и финансируют работу Люттгеса. Если бы можно было включить подобные принципы в самолеты, то самолеты могли бы значительно легче подниматься в воздух и приземляться на гораздо меньшей посадочной площадке.
Еще одним вызовом было бы достичь такой же маневренности, какую имеет стрекоза. National Wildlife отмечает, что с самого первого взмаха стрекоза делает «сразу же чудеса, которым может только позавидовать большинство самых искусных современных авиаторов».
Поэтому неудивительно, что в заключение этой темы палеонтолог Вуттон говорит: «Чем лучше мы понимаем, как работают крылья насекомых, тем более сложными и красивыми нам кажутся их конструкции». К этому он добавил: «Пока у них нет никаких технических аналогов».
«Пока». Это одно слово обнаруживает оптимистическое — если не дерзкое — убеждение человека, что если ему дать достаточно времени, то он смог бы повторить практически любое из творений Создателя. Человек, несомненно, и дальше будет производить замечательные, искусные имитации того, что он находит в природе. Но мы не должны забывать одного. Одно дело — имитировать, а другое дело — создавать. Более 30-ти столетий тому назад мудрый человек Иов сказал: «Спроси у скота, и научит тебя, — у птицы небесной, и возвестит тебе... Кто во всем этом не узнает, что рука Господа сотворила сие?» (Иов 12:7, 9).