Природоподобные
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДОПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ
В статье рассматривается классификация природоподобных материалов и конструкций , используемых в машиностроении и смежных областях . Природоподобные материалы предлагается классифицировать по типу активного компонента , в соответствии с которым они поделены на пять групп : градиентные , капсулированные , газонаполненные , с жидкой матрицей и с биологически-активным компонентом . Природоподобные конструкции в соответствии с принципом формообразования подразделили на сетчатые , сотовые , спиральные и складчатые . Для каждой группы природоподобных конструкций и материалов приведены иллюстрации их природного аналога и примеров природоподобного изделия .
В . А . Зорин , д . т . н ., профессор , Н . И . Баурова , д . т . н ., профессор ,
Е . А . Косенко , к . т . н ., доцент ФГБОУ ВО « Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет ( МАДИ )»
Одним из главных создателей конструкционных материалов является природа . Природные конструкционные материалы отличаются высокой надёжностью , прочностью , экономичностью расхода сырья при разнообразии форм и конструкций .
С древних времен человек , наблюдая за животным и растительным миром , пытался создавать аналогичные конструкции и материалы , которые в наши дни принято объединять под общим термином « природоподобные ». Существует множество легенд о том , что Эйфель , проектируя свою знаменитую башню , в качестве прототипа использовал структуру берцовой кости человека . Сагов , создавая конструкцию почвоадаптированного колеса , использовал в качестве образца копыто верблюда , а застёжкалипучка , созданная Мейраль , является всего лишь упрощённым аналогом обыкновенного репейника . Подобных примеров можно привести множество .
Однако натуральные материалы и конструкции по многим параметрам пока ещё существенно превосходят свои искусственные аналоги . Например , известно , что перья птиц прочнее и при этом существенно легче , чем броня из таких современных материалов , как кевлар , а по своим значениям удельной прочности и длительной стойкости к знакопеременным нагрузкам материал птичьего пера может конкурировать с современными алюминий-магниевыми сплавами .
Многие природные материалы не только характеризуются экстремально высокими физико-механическими свойствами ( высокая приведённая прочность и т . п .), но и обладают уникальными эксплуатационными характеристиками ( длительная стойкость к знакопеременным нагрузкам и т . п .). Например , иглы таких растений , как кактусы , наряду с другими менее важными функциями выполняют основную ― защищают растение . Значение их критического усилия существенно больше , чем аналогичные значения высокопрочных конструкционных материалов .
В последнее десятилетие в инженерных науках интерес к изучению живой природы существенно увеличился , и уже по принципам природных конструкций спроектированы и созданы многочисленные изделия . Например , при проектировании баллонов высокого давления из полимерных композиционных материалов в качестве природного аналога использовали кокон тутового шелкопряда .
В настоящее время в промышленно развитых странах производство изделий с использованием природоподобных материалов и технологий неуклонно растёт , поскольку эти разработки позволяют добиться существенного улучшения качества и снижения веса изделий и конструкций , в том числе работающих в экстремальных условиях , при одновременном увеличении их надёжности и ресурса . Одним из важнейших условий конкурентоспособности природоподобных материалов и конструкций в машиностроении является оптимальное сочетание их технологичности в производстве и применении с высокими эксплуатационными характеристиками ( прочностью , жёсткостью , износостойкостью ) и низкой стоимостью .
В предлагаемой статье представлена классификация природоподобных материалов и конструкций , используемых в строительно-дорожном машиностроении и смежных областях .
В литературе существует большое количество определений природоподобных материалов , конструкций и технологий , которые незначительно отличаются между собой . Природоподобными называют материалы и конструкции , которые частично или полностью воспроизводят принципы и закономерности живой природы , доказавшие свою эффективность сотнями миллионов лет существования жизни на Земле .
Технологии , в которых имитируются процессы , происходящие в живой природе , называют природоподобными . В технических науках термин « природоподобные технологии » имеет более широкое значение и объединяет технологии , которые позволяют снизить негативное влияние отрасли на окружающую среду и направлены на сохранение баланса между техносферой и биосферой .
Тенденции развития природоподобных подходов и технологий в инженерных науках заключены в глубоком анализе процессов , происходящих в природе , и использовании данных принципов и подходов при разработке новых материалов , конструкций и технологий . Основной задачей природоподобных технологий является преодоление конфликта природы и человека , достижение экологического баланса .
Впервые термин « природоподобные технологии » на высшем уровне был употреблён В . В . Путиным 28 сентября 2015 года на 70-й сессии Ген - ассамблеи ООН . Тогда президент сказал : « Нам нужны качественно иные подходы . Речь должна идти о внедрении принципиально новых природоподобных технологий , которые не наносят урон окружающему миру , а