Пчела и бионика, уникальная архитектура сот
Результаты изучение энтомологических, анатомических устройств пчелы и проявление ее жизнедеятельности существенно обогатило многие разделы чистой и прикладной науки, не только в биологии, но и в математике, электротехнике, строительном деле и архитектуре.
Сваммердам первым измерил углы внешнего шестиугольника и установил, что они равны между собой, а углы в ромбах, составляющих пирамидальное основание, неодинаковы. Возник вопрос: как при минимальных затратах строительного материала обеспечить сооружение наибольшей емкости, способное выдержать при испытании на разрыв максимальный груз, размещаемый в этой емкости? Об этом Рене Реомюр и просил подумать знаменитого математика Кенига, который перевел вопрос на математический язык: дан 6-сторонний сосуд, оканчивающийся тремя ромбовидными плоскостями. Каков должен быть тупой угол ромбов основания?
Кениг нашел способ исчисления и вычислил. Получилось 109°26'. Это и был размер тупых углов в ромбах основания ячеек пчелиных сот. Архитектура сотов уникальна. Они состоят из ячеек - геометрически правильных призм. Каждая стенка одной ячейки служит стенкой и для другой. Это позволяет пчелам максимально использовать площадь и экономить материал. Шестигранная форма придает ячейке большую прочность. Хотя соты вертикальны, ячейки в них расположены с 12°-м наклоном вверх. Это исключает вытекание меда из ячеек и предохраняет личинки от выпадения.
Изумительна техническая точность пчел - непревзойденных природных строителей. По словам Чарлза Дарвина, далее такой степени совершенства в природной архитектуре естественный отбор идти не мог. Сооружая соты, пчелы предвосхитили открытия великих математиков. Архитекторы не раз обращались к пчелиным постройкам и находили новые технические решения. Строители и теперь проявляют большой интерес к ячеистым деталям и конструкциям.
Биологическая целесообразность экономно организованного гнезда слилась с архитектурно-геометрическим совершенством, сконцентрировав опыт ушедших в прошлое поколений. Семьи пчел - это живая модель, принципы работы которой приобретают все большее значение для теории и практики конструирования саморегулирующихся систем, а также для более глубокого понимания природы инстинкта.
Оптимальные варианты пчелиных ячеек нашли применение в современном блочном строительстве. Принцип воплотился в «сотопласте» - сделанной из легчайшей и прочной массы сети шестиугольных ячеек, заполненных легким пластмассовым изоляционным материалом. Применяется в областях с сложными сейсмическими условиями. В районах с сильными ветрами стали строить шестиугольные кварталы, где ломанные линии улиц защищают летом от пыльных бурь, зимой - от метелей.
Известно, что пчелы ориентируются в полетах по солнцу, по его местоположению на небе. Биологи разобрались в механизме восприятия пчелами света, а это помогло конструкторам построить прибор Гейдингера, на показания которого летчики могут положиться в зоне полюсов, где обычные компасы отказывают.
Танцы пчел получили название пчелиного языка. А грамматику этого языка многие ученые считают полезной при разработке кодов общения с обитателями других планет. Вот как далеко дерзания биоников! Семья пчел - живой прообраз системы, которая, в отличие от других форм, действует, не пожирая и не уничтожая ни травки, ни листика. Система работает, развивается, размножается как солнечная машина, высокоэкономичная и умножающая резервы жизни. Когда наука прояснит неразгаданные секреты этой системы, семья пчел окажется кладезем идей, имеющих непредсказуемое будущее.
Башкирский агроуниверситет, Уфа