Как сделать супер-автомобиль при помощи рыбы

  • 8 сентября 2014
Рыба-парусник преследует стайку мелкой рыбешки Правообладатель иллюстрации Thinkstock

Рыба-парусник способна передвигаться в воде быстрее, чем гепард по земле. Секрет ее скорости помог Фрэнку Стивенсону привнести магию природы в автомобильный дизайн, рассказывает корреспондент BBC Future.

Как бы отреагировал ваш начальник, если бы ему пришлось отчитываться перед бухгалтерией за дорогое чучело рыбы, которое вы купили в отпуске? Вряд ли бы это вызвало у него восторг. Но начальник у Фрэнка Стивенсона не самый типичный, его место работы тоже довольно необычное, да и упомянутая рыба, в конце концов, не банальная треска.

Стивенсон – главный дизайнер компании McLaren Automotive, известной своими быстрыми и дорогими автомобилями. Будучи в отпуске на Карибских островах, он увидел на стене гостиницы чучело рыбы-парусника. Сотрудник гостиницы с гордостью сообщил Стивенсону, что рыбу было поймать непросто – очень уж она быстрая. Заинтригованный конструктор начал искать информацию о парусниках, чтобы понять, как им удается развивать большую скорость.

На обратном пути в Лондон Стивенсон заехал в Майами и пошел к местным рыбакам. Ему повезло: один из них только что поймал парусника. Конструктор купил рыбу, тут же отправил к таксидермисту и распорядился прислать готовое чучело в английское графство Саррей, в лабораторию аэродинамики McLaren. Там специалисты принялись изучать секреты сверхскоростного океанского обитателя.

В целом автопроизводители в последнее время все чаще обращаются к природе в поисках новых конструкторских решений.

Парусник – это меч-рыба с турборежимом: по итогам замера скорости одной особи выяснилось, что на стометровке она в два раза быстрее Усейна Болта. Такая подвижность нужна для того, чтобы парусник мог догнать мелких и быстрых рыбешек, которыми питается.

Анализ показал, что элементы чешуи парусника создают при движении микроворонки, и в итоге рыба передвигается как бы в собственном пузыре воздуха, а не в гораздо более плотной воде. Снижение сопротивления среды позволяет паруснику набирать очень высокую скорость.

Эволюция дизайна

Конструкторы McLaren воспроизвели текстуру чешуи парусника на внутренних поверхностях воздухозаборников своего гиперкара McLaren P1. В итоге объем поступающего к двигателю воздуха возрос на 17%, что улучшило характеристики автомобиля: он оборудован гибридным двигателем суммарной мощностью 903 л.с., и этому мотору требуется много воздуха - как для создания горючей смеси, так и для охлаждения.

Правообладатель иллюстрации McLaren
Image caption Похож на рыбу? Нарушены ли авторские права природы?

Создатели P1 также скопировали небольшие парные отростки, расположенные ближе к хвостовому плавнику парусника – рыба использует их для того, чтобы убирать завихрения потока водно-воздушной смеси, в которой она передвигается. По словам Стивенсона, это конструкторское решение улучшило аэродинамику машины.

Конструктор отмечает, что у природы были миллионы лет на то, чтобы довести дизайн до совершенства – поэтому он и пытается интегрировать такие решения в свои проекты. "Это попросту разумно, - говорит Стивенсон. - Как ящерица ходит по потолку? Если вам удастся это выяснить, то можно применить схожую технологию в автомобильных покрышках – чтобы машина не скользила на мокрой дороге".

Природа начала оптимизировать гидродинамику задолго до того, как этой отраслью заинтересовались люди. Инженеры компании Mitsubishi Heavy Industries недавно разработали систему воздушного снижения трения, которая отодвигает воду от корпуса судна и снижает сопротивление почти на 80%: газ имеет гораздо меньшую плотность, чем вода, и поэтому судно передвигается с меньшими затратами энергии.

Рыба-парусник использует похожую технологию - и на земле ее можно применить с не меньшей пользой, чем в воде.

Вдохновленные рыбой-кузовком

Конструкторское бюро McLaren напоминает гибрид научной лаборатории, художественной мастерской и репетиционной комнаты для музыкантов. Задача проста: вывести конструкторов из зоны комфорта, чтобы помочь им мыслить нестандартно. "Когда я работаю у себя в офисе, можно подумать, что я изучаю биологию, а не автоконструкторское дело", - признается Стивенсон.

Правообладатель иллюстрации Wikimedia Commons
Правообладатель иллюстрации Mercedes Benz

Компания McLaren не одинока в своем трепетном отношении к бионике. Бионический концепт-кар Mercedes появился в результате изучения рыбы-кузовка с ее шестиугольными пластинками на коже, которые работают как своего рода доспехи, одновременно прочные и подвижные. Почти кубическая форма тела кузовка при этом обладает на удивление низким коэффициентом лобового сопротивления (это показатель сопротивления среды, которое объект встречает при движении) – и скопированный с рыбы автомобиль поставил по этому параметру рекорд. Инженерам также удалось снизить расход топлива на 20%, а выбросы окиси азота – на 80%.

Пытаясь создать безаварийный автомобиль, японский автопроизводитель Nissan разработал небольших роботов под названием Eporo, источником вдохновения для которых также стали наблюдения за морскими обитателями. "Нам достаточно было обратиться к матери-природе, чтобы обнаружить самую совершенную систему предотвращения столкновений в мире – поведенческую модель косяка рыб", - говорит Тору Футами, главный инженер отдела разработки новых технологий. Перемещение рыб, которые движутся в косяках и при этом массово избегают столкновений, легло в основу программного алгоритма роботов.

"Алгоритм очень простой, - говорит Сусуму Фудзита, еще один из создателей Eporo, и поясняет: - Рыбы следуют трем правилам: не удаляйтесь слишком далеко, не приближайтесь слишком близко и не врезайтесь друг в друга". Пользуясь накопленными при конструировании роботов знаниями, Nissan разработал для своих автомобилей системы умного торможения (IBA) и предупреждения о лобовом столкновении (FCW). На этой основе можно создать полностью автономные машины, которым не нужна разметка, светофоры и даже указатели поворота.

Можно даже отказаться от некоторых привычных деталей и узлов. "У нас есть системы, которые в теории позволяют обойтись без щеток стеклоочистителей. У животных ведь на глазах никаких щеток нет", - заявляет Стивенсон.

Конечно, бионика изучает не только рыб. Роботы Eporo, к примеру, оснащены системой лазерного измерения расстояния, которую Nissan разработал для одного из прошлых проектов. Основана она на принципах ориентации шмеля в пространстве: шмель способен обнаруживать препятствия в радиусе двух метров в секторе 180 градусов. Если робот Eporo видит такое препятствие, он может вывернуть колеса под прямым углом и избежать столкновения.

Бионика все сильнее интересует автомобильные компании, но секреты природы применяются и вне дорог. Недавно в НАСА решили провести опрос общественного мнения по поводу того, как должен выглядеть скафандр будущего. На создание одного из предложенных вариантов авторов вдохновила чешуйчатая кожа рыб и рептилий.

Конструкторы, похоже, понимают, что природа пока что во многом умнее их. Поэтому они не стесняются обращаться к самым неожиданным источникам вдохновения – например, к чучелу рыбы в карибской гостинице.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Новости по теме