🚅 От клюва зимородка до операционной…

В 1990-х годах японский инженер и бёрдвотчер Эйдзи Накацу столкнулся с серьезной проблемой: знаменитый скоростной поезд «Синкансэн» при выходе из туннелей создавал мощную звуковую волну-настоящий аэродинамический удар, который пугал местных жителей. Решение инженер подсмотрел у природы. Он обратил внимание на зимородка-птицу, которая способна на высокой скорости нырять в воду за рыбой, практически не создавая брызг и сопротивления. Ученые скопировали идеальную геометрию вытянутого клюва зимородка и спроектировали по этой модели носовую часть поезда. В результате состав стал двигаться на 10% быстрее, потреблять на 15% меньше энергии, а главное-поезда поехали абсолютно бесшумно.
Этот метод проектирования, при котором инженеры заимствуют идеи у живой природы, называется биомиметикой (или биомиметизмом).

Эволюционный отбор в течение миллионов лет доводил до совершенства форму, аэродинамику и-что критически важно-механизмы защиты живых организмов. Сегодня этот подход совершает революцию в сфере гигиены, эпидемиологии и инфекционной безопасности. Долгое время медицина пыталась бороться с биологическими угрозами исключительно силой-с помощью агрессивной химии и антибиотиков. Но современная санитарная наука приходит к фундаментальному выводу: чтобы создать идеальный щит от вирусов и бактерий, не нужно объявлять природе войну-достаточно внимательно изучить её собственные патенты. Природа действует тоньше человека-она предотвращает саму возможность контакта или уничтожает патогены законами физики.

Взгляните на цветок лотоса. Растаявший в мутной болотной воде, он всегда остается безупречно чистым. Секрет его неуязвимости скрывается на наноуровне: поверхность лепестков покрыта тончайшими восковыми бугорками. Вода не способна смочить их-она собирается в идеальные капли и скатывается, унося с собой любую пыль и споры микробов. Наноструктурированные полимерные покрытия, имитирующие этот «эффект лотоса», сегодня интегрируются в ткань многоразовых хирургических халатов, масок и защитных костюмов для «красных зон» инфекционных больниц. В результате, биологические жидкости (кровь, лимфа, капли мокроты при кашле), которые могут содержать миллионы вирусных частиц, физически не способны впитаться в такую ткань. Они мгновенно собираются в сферы и скатываются с одежды врача под силой собственного веса, сводя к минимуму риск инфицирования персонала. Нанопокрытия также наносятся на стены операционных: бактериальные биопленки просто скатываются с них вместе с влагой, не успевая колонизировать пространство.

Еще более поразительное решение эволюция подарила цикадам и стрекозам. Их крылья остаются стерильными без каких-либо химических антисептиков. Под мощным микроскопом видно, что вся их поверхность усеяна миллионами наноразмерных шипов (наноколонн). Когда бактерия оседает на крыло, эти шипы буквально разрывают ее клеточную мембрану под действием силы тяжести. Принцип механического уничтожения микробов лег в основу модификации поверхностей титановых эндопротезов суставов, зубных имплантатов, а также постоянных медицинских катетеров. Ученые научились вытравливать на титане и силиконе массивы микроскопических игл, идентичных природным. При попытке бактерий колонизировать имплантат их клеточные стенки разрушаются физически. Это открытие полностью меняет стратегию санитарии. Вместо использования антибиотиков и антисептиков, к которым у супербактерий стремительно вырабатывается иммунитет, эпидемиологи внедряют «механобактерицидные» материалы. Они уничтожают патогены физически-у бактерий просто нет эволюционного механизма, чтобы привыкнуть к наточенному лезвию.

Не менее элегантно защищена морская акула. Ее кожа кажется гладкой, но на самом деле состоит из миллионов ромбовидных чешуек с продольными ребрами. Такая геометрия (известная как Sharklet-эффект) создает для микроорганизмов непреодолимый рельеф: им физически не за что зацепиться, чтобы начать размножение и сформировать колонию.

Продолжение 👇