Чему можно поучиться у одуванчика?

Множество открытий, сделанных людьми, было подсмотрено ими у природы. Так, человек захотел летать, как птица, мечтал о коврах-самолетах и начал конструировать летательные аппараты. Прошло немало времени, пришлось проделать огромное количество проб и ошибок, пока не появились первые самолеты и дирижабли. Однако, за природой трудно угнаться, она продолжает удивлять многообразием и эффективностью своих технологических решений.

Так, группа ученых Эдинбургского университета недавно опубликовала в журнале Nature результаты своих исследований механизма полета семян одуванчика, который почти в четыре раза эффективнее современных парашютов, и позволяет крошечным семенам рассеиваться на огромные расстояния, порой более километра, просто используя силу ветра.

Все мы любили в детстве дунуть на белый пушистик и наблюдать, как маленькие ажурные «парашютики» долго парят в воздухе и разлетаются все дальше и дальше при малейших порывах ветра. Но почему они летят вверх, а не плавно спускаются вниз, какая сила их поднимает и подолгу держит в воздухе?

Шотландские исследователи разгадали эту загадку, построив вертикальную аэродинамическую трубу, продувая воздух под семенами одуванчика, добавляя дым в образующийся ветер и освещая его зеленым лазером, чтобы показать, как воздух перемещается вокруг семян. Кроме того, они использовали для своих наблюдений высокоскоростную визуализацию и провели компьютерное моделирование процесса.

Парашют семени одуванчика, который называется «паппус», состоит из отдельных щетинок (число которых колеблется от 90 до 100), разделенных воздушными зазорами. Казалось бы, если в современном парашюте прорезать похожие отверстия, то он должен был камнем упасть на землю, но, как показала камера, именно благодаря зазорам, в паппусе возникает подъемная сила, в десять раз превышающая ту, которую обеспечил бы сплошной парашют.

Аэродинамические расчеты, подтвержденные экспериментами, показали, что в данном случае речь идет о совершенно новом, уникальном принципе полета, не применявшийся ранее в инженерных летательных конструкциях, созданных людьми, хотя он нередко используется в природе.

Сущность эффекта полета семян одуванчика состоит в том, что между воздушным потоком, снаружи огибающим паппус, и воздухом, проходящим между щетинками, образуется разность скоростей воздушного потока, в результате которой образуются необычные кольцеобразные турбулентные воздушные вихри, расположенные выше самого «зонтика», так называемые разделенные вихревые кольца, создающие подъемную силу и не дающие семени преждевременно опуститься на землю.

Ученым удалось визуализировать такие кольца вокруг семян одуванчиков на фотографиях.

Как показали исследования, расположение щетинок на паппусе семян одуванчика, их количество, соотношение между толщиной щетинок и зазорами между ними – все это создает необходимую подъемную силу, обеспечивающую стабильный полет при минимальном весе использованного биоматериала.

Итак, эволюция подарила одуванчику уникальный способ распространять свои семена. А понимание механизма полета семян одуванчика может привести к новым инженерным прорывам, например, совершить революцию при создании суперэффективных парашютов или беспилотных летательных аппаратов – дронов, минимально расходующих энергию.

Как утверждает руководитель исследования, профессор Катал Камминс: «Мы нашли естественное решение для полета, которое позволяет минимизировать затраты на энергию и материалы».