Американские ученые из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) изучили механизмы, которые позволяют птичьим гнездам сохранять прочность без использования связующих материалов. В отличие от хрупких самонесущих конструкций, подобных мосту Леонардо да Винчи, гнезда выдерживают ветер, вибрации и вес птиц благодаря особому способу переплетения элементов. Исследование опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
В 1502 Леонардо да Винчи разработал проект арочного самонесущего моста для султана Османской империи Баязида II. Мост собирался только за счет взаимного давления деревянных брусьев, без гвоздей, веревок или клея.
Конструкция должна была перекинуться через залив Золотой Рог в Константинополе (ныне Стамбул), но так и не была реализована — султан счел проект слишком смелым. Кроме того, его было трудно воплотить с помощью технологий начала XVI века. Собранные по схеме да Винчи уменьшенные копии моста показали, что его конструкция чувствительна к боковым нагрузкам, и может рассыпаться при удалении одного элемента.
В новом исследовании специалисты использовали рентгеновскую томографию, компьютерное моделирование и эксперименты с металлическими стержнями. Они обнаружили, что ключевую роль играет соотношение длины и толщины стержней: чем тоньше и длиннее элементы, тем сильнее они запутываются, создавая устойчивую структуру. При этом трение и гравитация дополнительно укрепляют конструкцию.
“Мы обнаружили, что в гнездах с длинными и тонкими стержнями запутанность распределяется по всей системе, делая ее прочной. Это похоже на то, как переплетенные нити в ткани создают прочность, но в случае птичьих гнезд все происходит в хаотичном порядке”, — объяснил ведущий автор исследования Ёнсу Чон.
Полученные данные могут быть полезны не только для понимания природных конструкций, но и для разработки новых инженерных решений — например, при создании адаптивных строительных материалов или робототехнических систем.
Ранее паразитические черви вдохновили ученых на создание медицинских устройств.