Неймовірні комахи перевершують літальні апарати людини
ВНАСЛІДОК війни журналісти і військові експерти схильні робити багато шуму навколо вдосконалення сучасного озброєння. Вони вихваляють ефективність бомб із головкою самонаведення, тобто крилатих ракет з лазерною системою самонаведення, і вертольоти вогневої підтримки з безпрецедентною і смертоносною здатністю маневрування. Без сумніву, за цією зброєю часто стоїть видатна винахідливість. Але такі переможні гімни машинам смерті добре підтверджують просту істину: навіть найпередовіші з повітрянодесантних чуд, сконструйованих людиною, є примітивними по своїй будові у порівнянні з малесенькими літальними апаратами, якими рясніє твориво.
Подумайте про ці крилаті ракети. Згідно з журналом «Уолл стріт джорнел», «шлях крилатої ракети визначається еталонно-цифровою картою, яка знаходиться всередині комп’ютерного процесора. Об’єктиви зі змінною фокусною відстанню та електронні сенсори підтримують її на курсі, коли вона планерує на великій швидкості близько від землі». Це звучить досить-таки заплутано, чи не так? Але тепер розгляньте для порівняння скромну комаху — бджолиного вовка [Philanthus triangulum].
Маленький творець карт
Бен Сміт, технічний редактор комп’ютерного журналу «БіАйТі», написав недавно: «Крилаті ракети у порівнянні з бджолиним вовком просто тупі». Чому? Тому що крилату ракету, незважаючи на всю її технічну доблесть, дуже легко обманути. Сміт так пояснює це: «Просто забрати ціль і залишити підставну. Через те що в процесі знищення цілі крилата ракета знищує сама себе, вона ніколи не зможе відкрити своєї помилки».
Інша справа — обманути бджолиного вовка. Один біолог, який вивчав цих комах, спробував це. Помітивши, що багато бджолиних вовків живе в однакових нірках вздовж невеликої частини берега, він чекав поки один з них не вилетів і тоді швидко засипав піском вхід до його дому. Тоді він чекав, щоб побачити, чи знайде комаха вхід до своєї нірки. На його здивування, вона безпомилково сіла коло схованого входу і відкопала його! Помітивши, що завжди при відльоті і прильоті бджолиний вовк пролітав над своєю ніркою ніби по розвідницькому маршруту, біолог захотів дізнатися, чи пам’ятає комаха оточуючі орієнтири, утворюючи тим самим щось на зразок карти у своєму розумі.
Щоб перевірити свою теорію, він знову засипав нірку і цим разом переставив кілька соснових шишок, які лежали навколо. Коли бджолиний вовк вернувся додому, він, як завжди, пролетів своїм розвідницьким маршрутом, але приземлився на неправильному місці! Секунду він був у замішанні. Тоді він знову злетів і пролетів ще раз своїм розвідницьким маршрутом, але цього разу вище. Очевидно цей новий погляд на проблему дав комашці більш стабільні орієнтири, бо вона відразу ж знайшла свою заховану нірку і знову відкопала її.
Комп’ютер на борту крилатої ракети може коштувати майже мільйон доларів і важити близько 50 кілограмів. Бджолиний вовк користується мозком розміром із головку булавки. Бен Сміт додає: «Бджолиний вовк може теж ходити, копати, знаходити й перехитрити здобич, а також знайти партнера (завдання, яке було б згубним для крилатої ракети)». Сміт підсумовує: «Навіть якщо цьогорічні машини набагато перевершують моделі минулого року, вони не зробили помітного прогресу, щоб приблизитись до досягнень скромного мозку бджолиного вовка, не кажучи про досягнення людського мозку».
Ті чудові крила
Те саме можна сказати про найпередовіші повітряні засоби, створені людиною, такі, як вертольоти вогневої підтримки. Робін Дж. Вуттон, англійський палеонтолог, дослідник комах, витратив більше як два десятиліття на вивчення способу, яким літають комахи. Недавно він написав у журналі «Сайєнтифік Амерікен», що деякі комахи «демонструють вражаючі подвиги вищого пілотажу. Наприклад, кімнатні мухи можуть різко загальмувати швидкий політ, зависнути, виконати різкий поворот, летіти догори ногами, робити мертву петлю, крутитися і приземлитися на стелю — і все це за долю секунди».
Що ж робить можливим цим малесеньким літальним апаратам перевершувати створені людиною машини? Більшість машин мають гіроскопи, які допомагають їм зберегти рівновагу при маневрах. Мухи мають свій власний вид гіроскопу — вуздечки, виступи у вигляді коромисла на місці, де інші комахи мають задні крила. Вуздечки вібрують синхронно з крилами. Вони керують мухою і підтримують рівновагу під час її блискавичних рухів.
Але справжня таємниця знаходиться, за словами палеонтолога Вуттона, в крилах комах. Він пише, що будучи аспірантом, у 1960-х роках він почав підозрювати, що крила комах були «набагато складніші, ніж тільки простий шаблон з жилок і мембрани», як їх часто описували. Він каже, що «кожне крильце було для мене елегантним прикладом інженерного мистецтва в малому масштабі».
Наприклад, довгі жилки в крильцях комах у дійсності є міцними трубками, переплетеними з малесенькими, наповненими повітрям канальцями — трахеями. Ці легенькі, цупкі лонжерони зв’язані між собою перехресними жилками. Отже, цей шаблон, який формується таким чином, є більш ніж чудовим; за словами Вуттона, він подібний до решітчастих опор і каркасів, яких будівельні інженери використовують для підсилення міцності й цупкості.
На цей складний каркас натягнута мембрана, щодо якої вчені, окрім факту, що вона є винятково міцною і легкою, все ще розуміють небагато. Вуттон зауважує, що факт, що мембрана натягнута на цю решітчасту конструкцію, допомагає зробити крило більш міцним і цупким, так само як і художник бачить, що якщо натягнути полотно на хитку дерев’яну рамку, то це робить його більш цупким.
Але крила не повинні бути занадто цупкими. Їм потрібно перенести величезні перевантаження тріпотіння з великою частотою, вони мусять також бути готовими витерпіти багато зіткнень. Відповідно до цього, Вуттон, досліджуючи крила в поперечних секціях, зрозумів, що багато з них звужуються в напрямку від основи до краю і цим самим роблять крила гнучкішими на кінцях. Він пише: «Як правило, крила відповідають на натиск не жорстким опором, але прогинанням і швидким випрямленням, як очерет на вітрі».
Можливо, ще більш вражаючим є те, що під час польоту крила можуть змінювати форму. Звичайно, пташині крила роблять те саме, але птахи користуються м’язами крил, щоб надавати їм різної форми. М’язи комах не збільшують величину основи крил. У цьому відношенні крила комах подібні до вітрила човна. Щоб змінити форму, контроль мусить здійснюватися основою, командою, яка знаходиться на палубі, тобто від м’язів грудної клітки комахи. «Але,— зауважує Вуттон,— крила комах сконструйовані набагато витонченіше від вітрила і є набагато цікавішими... У них також розміщено амортизатори ударів, противагу, механізм, який запобігає поширенню маленьких тріщин і багато інших простих, але чудових механізмів, які збільшують аеродинамічну ефективність крил».
Зліт — ключовий елемент
Всі ці, а також багато інших аспектів будови крил, дозволяють комахам орудувати ними, щоб досягнути кінцевого, ключового елементу польоту — зльоту. У дійсності Вуттон описує більше як півдюжини складних способів, у які комахи орудують своїми крилами, щоб створити підйомну силу.
Мервін Летґес, інженер авіаційно-космічної техніки, витратив десять років на те, щоб вивчити політ бабки. Ці комахи створюють підйомну силу такої потужності, що американський журнал «Нешинал вайлдлайф» назвав недавно їхній спосіб літати «аеродинамічним чудом». Летґес прикріплював маленькі тягарці до бабки виду «вдова» [Libellula luctuosa] і побачив, що ці маленькі комахи можуть з легкістю піднімати вагу, більшу від їхньої власної у два — два з половиною рази. Це означає, що для своєї величини ці створіння можуть піднімати в три рази більше від найкращих зі створених людиною літальних засобів!
Як вони роблять це? Летґес зі своїми колегами зрозумів, що з кожним змахом бабка легенько підкручує крило, створюючи маленькі вири на його поверхні. У цьому комплексі використовується те, що інженери називають нестабільними повітряними масами, цей спосіб дуже далекий від способу, за допомогою якого літають літаки, створені людиною; вони залежні від стабільних повітряних мас. Але бабка може «використовувати силу цих вирів», говориться у «Нешинал вайлдлайф», і власне це створює таку «феноменальну підйомну силу». І військово-повітряні сили, і військово-морський флот США вкладають кошти у роботу Летґеса і підтримують її. Якщо б у літаках застосувати такі ж принципи, вони злітали б набагато легше і сідали б на значно менших посадочних площадках.
Іншою нелегкою задачею було б змагання з бабкою у маневреності. «Нешинал вайлдлайф» зауважує, що від моменту, коли бабка починає свій найперший політ, вона виконує «відразу чуда, яким наймудріші авіатори можуть тільки позаздрити».
Отже не дивно, що палеонтолог Вуттон зробив такий висновок: «Чим краще ми розуміємо функціонування крил комах, тим витонченішою і прекраснішою постає їх будова». Він додав: «Якщо вони й мають технологічні аналоги, то поки що дуже мало».
«Поки що». Ця одна фраза виявляє оптимістичну, якщо не зухвалу, віру людини у те, що якщо дати їй досить часу, вона зможе, справді, повторити будь-яку працю Творця. Без сумніву, людина буде продовжувати створювати чудові, винахідливі імітування того, що вона знаходить у природі. Але нам слід пам’ятати одну річ. Імітувати — це одне; дати початок чомусь — зовсім інше. Більше як 30 століть тому мудрий чоловік Йов сказав такі слова: «Але запитай хоч худобу — і навчить тебе, і птаство небесне — й тобі розповість. Хто б із цього всього не пізнав, що Господня рука це вчинила?» (Йова 12:7, 9).