Юный Натуралист 1984-02, страница 11

9

гу в тундре, а горные козлы перепрыгивают через ущелья и каменные гряды — человеку даже на самом совершенном вездеходе с ними состязаться пока бессмысленно. Секрет в особой, выработанной в ходе эволюции приспособленности животных.

Исключительная маневренность и подвижность — главное преимущество шагающих и бегающих животных. Да, живая нога — великолепный, безупречный механизм. Но тогда сколько же ног должна иметь шагающая машина? У паука их восемь, у пчелы — шесть. Заметим сразу, что число шесть — минимальное для того, чтобы обеспечить устойчивое положение тела при любых скоростях.

Машина на четырех ногах или даже на двух будет много проще. Правда, простота эта окажется только чисто внешней. Здесь потребуется вестибулярный аппарат — своеобразный комплекс сложнейших чувствительных приборов, следящих за равновесием корпуса машины в покое и в движении. Но таким органом обладают уже не насекомые, а высокоразвитые животные и человек. Нет, ученых нельзя обвинить в бездействии — они думали и думают над этим вопросом. Раньше всего им удалось скопировать руку. Роботы-манипуляторы уже работают на многих производствах, совершают сложнейшие сборочные операции, сварку, покраску. Многочисленные датчики имитируют у них органы чувств, а мышцами служат электрические двигатели. Действия искусственной руки по заданной программе координирует электронный мозг — ЭВМ.

С появлением еще более сложных электронных машин стало возможным создавать роботы, имеющие и электронную «голову». А раз есть голова, то почему бы не подумать над созданием искусственных ног?

— А нужны ли ноги будущим роботам? — опять спросите вы.— Не лучше ли обездвижить их, предложив им сидячую работу?

Нет! Скорее наоборот, в будущем возникнет необходимость и в таких роботах, которые должны самостоятельно передвигаться, чтобы расширить свои возможности. Тогда какие ноги приделать механическому человеку? Обратимся к живым примерам. Принципы строения и геометрические свойства живых сочленений изучены пока слабо. Вот почему бионики все пристальнее присматриваются сегодня к тому, что создала природа в процессе эволюции. Принципы живых «технических устройств» все шире применяются в архитектуре и строительстве, метеорологии и машиностроении. Очень интересуют эти вопросы ученых лаборатории бионики Института зоологии Академии наук Украины.

— Исследуя длительное время органы движения млекопитающих,— рассказывает руководитель работ, заведующий отделом эволюционной морфологии, доктор биологических наук Савва Филимонович Манзий,— мы значительно расширили свои представления о

«Юный натуралист» № 2

строении локомоторного аппарата животных. Тут, наверное, надо пояснить, что же следует понимать под термином «локомоторный аппарат». Животные движутся в пространстве, отталкиваясь от опоры. При этом внешние силы (например, сила тяжести, сопротивления среды) вступают во взаимодействие с внутренними силами организма (напряжение мышц). Движение происходит благодаря совместной деятельности многих групп мышц. Мы надеемся, что полученные данные в будущем помогут использовать патенты природы при конструировании шагающих машин практически неограниченной проходимости. Для какой цели? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно воображение. В самом деле, шагающие машины-роботы с неограниченной проходимостью уже сейчас могли бы заменить труд геологов, пастухов, агрономов — да мало ли им нашлось бы дела на промышленных предприятиях, стройках, транспорте!

В своих экспериментах нам удалось узнать многое. Вот, скажем, локтевые, коленные и другие суставы — не просто шарниры с постоянной осью вращения. Головки костей перекатываются одна по другой, используя при этом самую совершенную смазку — синовию. На вид это тягучая, желтого цвета жидкость. Главное ее назначение — увлажнять суставные поверхности костей и оболочек суставной сумки. Количество синовиальной жидкости в суставах очень незначительно. Тем не менее она уменьшает трение в суставах и предохраняет суставные хрящи от стирания. Самое удивительное в том, что в любое время суток в суставах смазывающей жидкости всегда ровно столько, сколько нужно. И еще более удивительно: при переходе от ходьбы к бегу или от бега к прыжкам состав и свойства синовии резко меняются. Изменяется ее плотность, вязкость. В результате коэффициент трения между суставами и износ трущихся поверхностей сводятся на нет. Вот мы и думаем над созданием такого шарнирного приспособления, как бы биологического подшипника, в котором использовались бы технические принципы сустава.

Немало интересного ожидало киевских ученых, исследовавших строение и механические характеристики костей. Тончайшие датчики позволили проникнуть в механику взаимодействия суставов ноге другими костями скелета, определить, какую нагрузку испытывают кости при ходьбе, беге, прыжках. Эти исследования позволили сделать ряд важных открытий.

Оказывается, кость неоднородна как по строению, так и по прочности. Ее масса и прочность рассчитаны не на повседневные, а на критические нагрузки. А своим строением костная ткань похожа на... железобетонную конструкцию. Словно стальная арматура, ее пронизывают очень прочные органические нити, все пространство между которыми заполнено раствором минеральных кристаллов.