Мало хто не чув про роман Бальзака "Шагренева шкіра", де бажання героя виконувалися пропорційно тому, як танула ця сама шкіра - клаптик, отриманий від одного старого-торговця.
Однак мало хто знає, що шагрень - це шкіра акули, унікальний природний матеріал, що допомагає океанської хижачці швидко плавати.
Як герой бальзаківського роману плив за течією свого життя, так і його шагренева шкіра, зберігаючи "зубасті" акули, якої вона раніше належала, просто-напросто з'їли в один момент людини, зникнувши і забравши його життя.
Властивості шагреневої шкіри
Звичайно, Бальзак чи не натякає на акул, його цікавила життя людське, але він точно підмітив основні властивості шагреневої шкіри.
Назву свою цей матеріал придбав від слова "Сагро". Так турки називали кінську шкіру, попередньо висушивши її з зернами, сильно заглиблюються, щоб після сушки і видалення їх виходив зернистий малюнок.
Шагрень дуже красива, міцна і довговічна. З неї робили щити, одяг ковалів, навіть наждачний папір.
Властивості акулячої шкіри пояснюються її пристроєм. У більшості риб і морських тварин поверхню тіла гладка, що дозволяє знижувати рівень опору воді і розвивати велику швидкість, але досить уразлива для зубів морських хижаків.
Інша справа - акула. Її шкіра складається з пластин, немов врослого одним кінцем в тіло, а другий - виступаючи назовні гострої кордоном, немов маленьким зубом, здатним завдати помітної шкоди. Таку луску називають плакоидной. а кожна лусочки має практично всі складові справжнього зуба: гострий край, емаль, навіть нерви і кровоносні судини.
І при цьому саме подібного пристрою шкіра дозволяє акулі пересуватися у воді ще швидше, ніж плавають морські тварини з гладкими шкірних покривів.
Шагренева шкіра і сучасна біологія
Сьогодні, з появою потужних мікроскопів, нанотехнологій, електронної техніки та засобів, що дозволяють вивчати будь-яка речовина на атомному рівні, біологи встановили зв'язок між пристроєм шкіри акули і її стрімким рухом в товщі води.
Гострі пластини, так близько нагадують зуби і здатні пошкодити шкіру людини, погладити акулячу спину, немов наждачку, виявляється, безперервно рухаються.
Кожен зуб-платівка має борозенки на плоскій поверхні і гострий шип на кінці, які значно зменшують турбулентність і набагато знижують опір води.
При русі акули всі ці зуби-пластинки самі приходять в рух і, гармонійно взаємодіючи з молекулами води, дозволяють хижачці швидко пересуватися в своїй водному середовищі, причому безперервно і практично безшумно - адже пластинки шкіри ще і гасять звукові хвилі при переміщенні.
Біологи ставили досліди на роботах, вживляючи акулячі шкірні пластинки в боки, але роботи не стали рухатися швидше.
Пізніше вчені встановили, що дуже важливим, крім речовини, з якого зроблена шкіра, є ще і траєкторія руху тіла. до якого пластинки прикріплюються.
Гідродинамічна функція шагреневої шкіри:
Цікаві досліди на шагренева шкіра доктора Лодер
У США життя акул вивчається давно, тим більше що цих хижаків можна виявити майже по всьому узбережжю країни. Гарвардський професор Джордж Лодер, після численних дослідів і розрахунків, зрозумів зв'язок між акулячої шагреневої шкірою і рухами тварини.
Здогадки перевірялися дослідним шляхом. Здобувши у рибалок в Бостоні кілька спійманих напередодні акул, професор з учнем відокремили фрагменти шкірного покриву з двох сторін хижачки. Потім з'єднали цю плакоідная луску один з одним, підключивши сюди маніпулятор робота, здатний нести лусочки хвилеподібно, як якщо б вони перебували на тілі справжньою акули.
І ось тут пошуки професора Лодер увінчалися успіхом. Він побачив, що при подібному розкладі луска дозволяє рухатися в воді набагато швидше, ніж раніше. Швидкість переміщення гнучкого тіла. повторює рухи акули, збільшується на 12%! Це дуже великий плюс до швидкості під водою.
Зрозуміло, американське військове відомство відразу зацікавилося відкриттям Лодер. І професор міг би стати одним з найвпливовіших вчених Америки, якби не одне АЛЕ.
Корабель або підводний човен, що володіє швидкохідними властивостями акулячої шагреневої шкіри, обов'язково повинні повторювати і її руху вправо-вліво, інакше швидкість не збільшиться.
Але ж всі кораблі будуються з металу, яка здатна рухатися хвилеподібно. В цьому і полягає перешкода використання даної технології. У пошуках рішення і працюють сьогодні вчені-біологи спільно з хіміками і фізиками.
Перше успішне застосування технології "Shark Skin"
Після довгих 30-річних досліджень особливостей обтічної шкіри акул вченими все-таки було знайдено кілька різних застосувань результатами досліджень.
Одним із прикладів є високотехнологічні гідрокостюми для плавання, розроблені для того, щоб збільшити швидкість руху спортсменів в товщі води.
В результаті цього Міжнародною федерацією плавання (FINA) була накладена заборона на використання подібних розробок у водних видах спорту.
Витоки застосування технології "акули шкіра" в авіації
Довгі, розширені поверхні комерційних літаків генерували занадто велику турбулентність, що створювало ефект опору руху, однак особливі властивості акулячої шкіри повинні були допомогти зменшити лобове опору і поліпшити льотні характеристики літака в цілому.
Результати випробувань були вельми суперечливі. Технологія дійсно зменшувала лобове опір, але матеріал був досить важким.
Технологія акулячої шкіри в авіації
Проблема компенсувалася за рахунок поліпшення аеродинаміки літака, що дозволяло економити паливо, зводячи таким чином витрати до первісної цифрі.
Крім цього, при створенні корпусу, дуже важко створити його без складок і зморшок, що згодом зменшувало або зводило нанівець весь необхідний ефект. Ще однією проблемою можна вважати те, що літаки повинні бути повністю позбавлені фарбування і кожні 5 років проходити заміну акулячої обшивки.
Авіабудування - акули повертаються
Нові зразки "акулячих" нанотехнологій, створених за підтримки ЄС, дозволили поліпшити екологічну ефективність повітряного транспорту, в результаті чого він став менш гучним і більш економним.
Проведені випробування підтвердили, що створена поверхню по прототипу шкіри акули витримує умови навколишнього середовища і дозволяє економити паливо мінімум на 1 відсоток. Результати були настільки обнадійливими, що партнери по проекту одноголосно прийняли рішення продовжувати випробування в області даної нанотехнології.
Крім цього, з новою методикою, покриття не містить шкідливих матеріалів. а кількість відходів під час нанесення на корпус літака зменшилася вдвічі!
На сьогоднішній день офіційно відомо, що розробка "Акулячої шкіри" триває, і хоч інноваційна технологія поки перебуває лише на стадії тестування, навіть зараз видно її високий потенціал.
Це лише перші кроки в створенні повноцінного покриття нового покоління для літаків, але вона напевне зіграє важливу роль у створенні нанотехнологій для авіації майбутнього.