Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Рис. 1. Нога человека при ходьбе описывает часть окружности

Щедрая, все знающая и все умеющая природа научила человека строить самолеты, сделала его крылатым, как птица, и быстрым, словно мысль. Она же научила его плавать и мастерски сооружать речные, морские и океанские корабли. И очень может быть, что идею изобретения колеса человеку также подсказала природа. Действительно, присмотритесь повнимательнее, как идет человек (рис. 1). Шагание, как говорят инженеры, — это "прерывистое качение". Человек же в свое время пошел дальше, он создал колесо, способное к непрерывному качению. Рушились царства, сменялись цивилизаций, но круглая форма колеса оставалась неизменной. Гениальное изобретение человека — колесо прочно вошло в нашу жизнь. Найдись ныне какой-нибудь озорник, который вздумал бы вдруг утащить у нас все колеса, и мы оказались бы в крайне затруднительном положении.

По сути, природа была первым политехническим институтом, в котором человек за многие века своей учебы приобрел "высшее" образование в разных областях транспорта. Но все это было давно. А сегодня? Можем ли мы, располагая быстроходными автомашинами, скоростными железнодорожными экспрессами, комфортабельными дизель-электроходами, стремительными воздушными лайнерами, еще чему-нибудь научиться у природы, позаимствовать из ее "инженерной" сокровищницы новые прогрессивные идеи, методы и средства для дальнейшего развития техники транспорта? Оказывается, можем, и вот тому пример.

Не так давно сотрудники Научно-исследовательской лаборатории механизации трудоемких работ Горьковского политехнического института разработали под руководством А. Ф. Николаева оригинальную снегоходную машину, в основе которой лежит принцип передвижения пингвинов по рыхлому снегу. Эти забавные птицы передвигаются весьма своеобразным способом — на брюхе, отталкиваясь от снега ластами, словно лыжники палками. Точно так же, лежа на снежной поверхности широким днищем и отталкиваясь от нее колесными плицами, легко скользит по рыхлому снегу новая снегоходная машина "Пингвин", развивая скорость до 50 км/час.

В таких машинах давно нуждаются многие отрасли народного хозяйства на Севере нашей страны; они окажут неоценимую услугу отважным советским исследователям Антарктиды во время их долгих и трудных походов по снежной пустыне, где обычные тягачи, тракторы и транспортеры не способны развивать достаточно большую скорость: эти машины образуют слишком глубокую колею, часто буксуют и увязают в мелкозернистом, несцементированном, рассыпчатом, как песок, снегу.

Не менее интересна и другая транспортная новинка, позаимствованная у природы.

Рис. 2. Кенгуру и схема перемещения прыгающего автомобиля

У любителей автомобильного спорта и шоферов-профессионалов есть давняя мечта — сесть за руль машины, которая с одинаковой легкостью мчалась бы по шоссе и грунтовой дороге, пересекала бы болота и пески, переносилась бы через канавы и овраги, ручьи и реки... Над осуществлением этой мечты уже не первый год работают ученые и конструкторы ряда стран. И вот, сравнительно недавно, известный инженер В. Турик разработал конструкцию первого в мире бесколесного прыгающего автомобиля. Идею этого изобретения В. Турику подсказал... кенгуру!

Да, да! Мы не оговорились, обычный кенгуру, каких немало водится в Австралии. Этих животных природа приспособила к быстрому бегу прыжками на задних конечностях. У крупных кенгуру длина прыжков достигает 10 м, высота — 3 м. Этих сумчатых млекопитающих практически не догонит ни одно из умеющих бегать животных, они могут даже поспорить с некоторыми автомобилями. И вот еще одна любопытная и чрезвычайно важная деталь: перемещаясь прыжками, кенгуру сохраняет очень высокую маневренность. Все специфические особенности "прыжкообразного" движения кенгуру нашли свое отражение в предложенной В. Туриком конструкции автомобиля-прыгуна (рис.2).

Новая машина может совмещать в себе одновременно функции трактора, автомобиля и тягача. При движении она не образует колею. И, наконец, самое главное — ей не нужна дорога. По высокой проходимости автомобиль-кенгуру можно сравнить лишь с будущими "автолетами". И хотя прыгающий автомобиль еще не создан, можно не сомневаться в том, что новый принцип движения найдет в ближайшее время успешное применение.

Одним из интересных и перспективных направлений современной бионики является разработка шагающих вездеходов. Над их созданием сейчас работают инженеры ряда стран, хотя идея построения таких систем сама по себе не нова.

Рис. 3. 'Стопоходящая машина' П. Л. Чебышева

В конце прошлого века гениальный русский ученый П. Л. Чебышев построил "переступающую машину".

Модель оригинального механизма состоит из четырех, похожих на греческую букву "ламбда", ног. Механические ноги (только они и показаны на рис. 3) соединены так, что их кривошипы образуют обыкновенный параллелограмм, в углах которого находятся шарниры. Каждая нога "стопоходящей машины" — так назвал свое изобретение автор — представляла собой копию ноги кузнечика. Стоило рукой переместить корпус "стопохода" вперед или назад, как машина приходила в движение. Четыре ноги "стопохода" перемещались попарно: вторая с четвертой и первая с третьей. Внешне похожий на плоского кузнечика, "стопоход" шагал...

Однако "стопоходящая машина" не получила практического применения при жизни ее создателя. Не был реализован также патент на шагающий механизм, полученный незадолго до Октябрьской революций двумя талантливыми русскими изобретателями П. Орловским и Н. Гусевым.

Почему же теперь, спустя несколько десятилетий, инженеры вновь вернулись к изобретению П. Л. Чебышева, к патенту П. Орловского и Н. Гусева? Все дело в том, что практика требует создания все новых и новых конструкций вездеходов для работы в труднопроходимых местностях, в горах, песках, снегах, на болотах. Так уже бывало не раз, когда ученые, сталкиваясь с новыми сложными проблемами, возвращались к давно забытым идеям и изобретениям.

Американцы, например, стремятся использовать принципы ходьбы в машинах, предназначенных для военных целей. Над решением этой задачи по контракту, заключенному с Техническим управлением бронетанковых войск США, в настоящее время работает большая группа специалистов. Первый опытный образец бесколесной шагающей машины был создан учеными Мичиганского университета шесть лет назад. У него 8 ног, по 4 с каждой стороны. Ноги машины смонтированы на соединяющем брусе, который Чебышев называл корпусом. Концы ног соединены с лыжами. В сущности, это кривошипно-шатунный механизм, очень похожий на "стопоходящую машину". Разница заключается лишь в том, что великий русский механик и математик при создании своего "стопохода" был более дальновидным и предусмотрительным, нежели американские разработчики шагающей машины. При испытаниях опытный образец американской машины трясло и раскачивало, как корабль в сильный шторм. Причиной этого были возникшие в машине крутящие моменты и инерционные силы, которые конструкторам не удалось сбалансировать.