Вы здесь

Как бабочки помогают развивать технологии


Мир природы издавна впечатлял поэтов и художников, а также подавал ученым интересные идеи для разработки передовых технологий и инструментов. Важную роль в этом процессе играют миниатюрные и удивительные существа – бабочки.


Почтовая марка 1978 года (Гайана) с переливающейся бабочкой голубой морфо.

Крылатые анализаторы

Еще в XVII веке английский физик Роберт Гук пытался понять, как крылья бабочек, созданные из того же материала, что наши ногти и волосы, могут давать такие яркие и сочные цвета. С помощью микроскопа он увидел: крылья этих насекомых покрыты крошечными чешуйками. Дальнейшие же опыты показали, что их яркая окраска зависит от отражения и преломления света.

Почтовая марка 1994 года (Никарагуа) с бабочкой белый морфо.

Действительно, цвета крыльев бабочек являются структурными: они создаются не поглощением света пигментами, а его рассеянием, которое зависит от длины волн и угла обзора. Цвета при этом могут быть самыми разными и очень яркими. Например, голубые бабочки рода морфо из Южной и Центральной Америки видны с расстояния в четверть километра, и когда солнечный свет проникает через полог тропического леса и отражается от их крыльев, они будто сияют.

Почтовая марка 1963 года (Индонезия) с бабочкой, мерцающей изумрудным распылением, с переливающимся зеленым цветом на крыльях.

Удивительное устройство крыльев этих насекомых вдохновило многих инженеров на разработку технологий по управлению светом и химических датчиков, а также технологий по улучшению хранения, передачи и обработки информации. Так, радужные чешуйки представителей рода морфо дают различную оптическую реакцию на разные пары – воду, метанол, этанол и изомеры дихлорэтилена, если их анализировать по отдельности. И они это делают лучше, чем существующие фотонные сенсоры. Полученные знания специалисты пытаются применить для создания искусственных оптических датчиков газа. Кроме того, сияющие бабочки вдохновили разработчиков на изготовление блестящих тканей, переливающихся красок и декоративной косметики, сверхчувствительных приборов.

Бабочки против подделки

Структура крыльев этих насекомых вдохновила на идеи для борьбы с контрафактом. Сейчас для защиты различных форм валюты, документов, банковских и идентификационных карт используются наноструктуры. Это многослойный материал, создающий микроскопические массивы двух отдельных структурных цветов. Они накладываются друг на друга, и возникает видимость третьего цвета. Точно так же телевизор производит полный цветовой спектр, складывая вместе три цвета с разной интенсивностью.

4 Почтовая марка 1971 года (Бельгия) с глазами мотылька.

Особый же дизайн крыла бабочки позволяет придавать аномальные поляризационные свойства одному из отдельных цветов. То есть отражение одного цвета поляризовано, а другого – нет. С помощью этого эффекта можно значительно снизить риск подделки валюты, а также ценных документов и предметов.

Крылья-охладители

Благодаря сложной термодинамической структуре своего тела бабочки могут научить нас создавать более эффективные охлаждающие материалы.

Команда исследователей из Колумбийского, Гарвардского и других университетов США обнаружила, что в крыльях бабочки есть специальные наноструктуры, дающие ей возможность защитить «живые» части крыльев от перегрева или переохлаждения.

Полученные знания могут послужить основой для создания охлаждающего полимера, который будет использоваться для охлаждения поверхностей зданий, а также для повышения термостойкости самолетов.

Зонд, спасающий жизни

Почтовая марка 1989 года (Джерси) с изображением бабочки, сосущей нектар из цветка.

Исследователи из США разработали гибкий зонд для отбора крошечных объемов жидких проб, взяв в качестве инженерной идеи строение хоботка бабочек. Представители группы Константина Корнева из Университета Клемсона наблюдали, как этот орган насекомого способен втягивать различные виды жидкостей независимо от их вязкости, и разработали крошечные зонды, откачивающие жидкость из отдельных клеток для проведения широкого спектра медицинских тестов и методов лечения, например, генной терапии. Технология также может быть использована для медицинских устройств, нанобиореакторов, из которых изготавливают сложные материалы.

Энергия света и тепла

Фотогальваника, преобразующая солнечный свет в электричество, давно представляется как одно из самых многообещающих решений для удовлетворения наших энергетических потребностей. К сожалению, современные устройства отражают большую часть солнечной энергии в виде тепла, поэтому сейчас такая энергия не так дешева, как другие ее виды. Но недавно исследователи из Нидерландов разработали антибликовое покрытие на основе наноструктуры «глаз мотылька», которое может уменьшить отражение от фотоэлектрических элементов и тем самым сделать их более эффективными. Такие наноструктуры могут быть использованы для создания оконного стекла с низким коэффициентом отражения, солнечных элементов, устройств отображения и в военных стелс-технологиях.

Почтовая марка 1974 года (Югославия) с бабочкой капустницей.

А группа экспертов из США доказала, что, имитируя V-образную позу, которую использует бабочка капустница для разогрева своих летных мышц перед взлетом, количество энергии, производимой солнечными панелями, может увеличиться почти на 50 %. Ученые обнаружили, что оптимальный угол, под которым бабочка должна держать свои крылья для повышения температуры тела, составляет около 17 градусов, а это увеличивает температуру на 7,3 °С по сравнению с тем, когда крылья находятся в горизонтальном положении. Кроме того, исследователи доказали: копируя однослойные чешуйчатые элементы, имеющиеся в крыльях бабочек, производители солнечной энергии могут значительно улучшить соотношение мощности к весу будущих солнечных концентраторов, сделав их значительно легче и эффективнее. Таким образом, бабочка капустница – это не просто вредитель, а насекомое, которое знает толк в сборе солнечной энергии.

Крылья бабочки голубой морфо привлекли исследователей благодаря своей способности самоочищаться за счет особой микроструктуры крыла. Грязь и пыль, а также вода просто «скатываются» с поверхности крыльев.

Владимир КАЧАН

Печатается в журнале «Родная прырода»

Выбор редакции

Культура

Александр Радьков: О людях писать сложно

Александр Радьков: О людях писать сложно

«Каждый человек-это космос!»

Общество

До плюс 32! С воскресенья к нам идет новая волна жары

До плюс 32! С воскресенья к нам идет новая волна жары

23 июня температура воздуха была близкой к климатической норме.

Общество

В Театре юного зрителя состоялась премьера спектакля «Альпы. Сорок первый». Фоторепортаж

В Театре юного зрителя состоялась премьера спектакля «Альпы. Сорок первый». Фоторепортаж

Театр юного зрителя представил премьеру спектакля по мотивам повести Василя Быкова.