Биомимикрия — штука древняя. Крыло самолета «срисовали» у птиц, застежку-липучку — с репейника, а клейкую ленту — с лапок геккона. Но это и так всем известно.
Сейчас на переднем крае науки творится нечто совсем другое (и местами откровенно жуткое): мертвые пауки работают микрозахватами. Хоботки комаров — соплами для принтеров. Панцири креветок превращаются из отходов в детали роботов. Ученые наконец разобрались, почему сова летает бесшумно, — и теперь дата-центры стали тише. А одноклеточный слизевик, у которого нет ни мозга, ни нервной системы, спроектировал транспортную сеть не хуже инженеров токийского метро.
Раньше у природы только копировали идеи. Теперь ее саму берут в оборот. Добро пожаловать в эпоху некроботов, некропринтеров и бактерий-шпионов. Ниже — семь кейсов современной биомимикрии, от которых немного не по себе. И пара классических историй, которые уже стали хрестоматийными, но все еще впечатляют.
Некроботика
Метод с названием «некроботика» начисто убрал этап, когда биологию переводят в синтетику. Если раньше надо было детально изучить природный объект, а потом попытаться воспроизвести его структуры и материалы искусственно, то теперь в этом нет необходимости Роботом, киборгом или технологией отныне выступает сам оригинал — умерщвленный во славу науки. Все, так сказать, натуральное и биоразлагаемое — так диктует время, да и, собственно, сама природа с ее замкнутыми экосистемами.
Мертвая хватка (паучья)
Одной из самых известных тут стала разработка некроробототехников из Университета Райса (США), которые весьма успешно приспособили мертвых пауков-волков (Lycosidae) для захвата предметов.
Суть проста: в основе опорно-двигательного аппарата членистоногих лежит гидравлика, совсем как у некоторых роботов и машин. Нагнетая давление гемолимфы в теле, паук разгибает ноги, а стравливая его — сгибает. Именно по этой причине у мертвых пауков ножки загнуты внутрь. И именно это свойство позволило ученым управлять пауком, как роборукой.
В ходе эксперимента инженеры использовали внешний источник давления — инъекционный шприц. Сначала они усыпили пауков, продержав их при температуре -4 °С в течение пяти–семи дней. Затем ввели в просому иглу и герметично закрепили ее на теле с помощью клея. Когда клей засох, оставалось только присоедин��ть шприц.
И вуаля — готовый к использованию арахнозахват оказался способен поднимать предметы массой в 1,3 раза выше его собственной! При этом максимальная сила хвата достигала 0,35 миллиньютона, а минимальная — 0,02 миллиньютона. А еще инженеры подняли пенополиуретановый предмет, объем которого в 2,6 раза превышал объем захвата. Предположительно, помогли микроволоски на паучьих лапах.
В перспективе разработка, особенно если ее немного кибернезировать , например, добавив ИИ-настройку, поможет в работе с мелкими, гладкими и хрупкими субстанциями — то есть в микроэлектронике или микрохирургии.
Некроботы из мусорки для фриганов
Если паук-волк, изгибающийся под воздействием вогнанного в просому шприца, — это, как и положено пионеру отрасли, красивый перформативный жест в стиле боди-хоррора, то новая работа исследователей из Швейцарской высшей технической школы Лозанны (EPFL) выглядит куда более приземленно и, что важнее, масштабируемо.
Вместо редких лабораторных объектов они взяли то, что в мире производится в избытке и обычно отправляется в мусор: панцири лангустинов (близких родственников омаров, которых у нас называют «аргентинскими креветками»).
Экзоскелет ракообразных — это уже готовый композит, собранный эволюцией: жесткие защитные пластины сочетаются с гибкими сочленениями, образуя структуру, которую крайне сложно и дорого воспроизвести синтетически, особенно в малых масштабах.
Команда EPFL пошла по пути минимального вмешательства. Панцири массой около трех граммов дооснастили сухожильными элементами, эластомерами и силиконовыми покрытиями — ровно настолько, чтобы превратить их в полноценные робототехнические актуаторы. Получившиеся конструкции оказались способны:
удерживать нагрузку до 680 граммов (более чем в 200 раз больше собственного веса),
работать с частотой до восьми циклов в секунду,
приводить в движение в том числе плавающих роботов.
Помимо этого некроробототехники сразу заложили в конструкцию круговой производственный цикл. После завершения срока службы биологическая часть просто разлагается, а синтетические компоненты извлекаются и используются повторно. В результате пищевые отходы превращаются в источник деталей, а не в проблему утилизации.
Комариный некропринтинг
Спорим, вы ждали нового эффектного термина! Команда из Университета Макгилла (Канада) к вашим услугам — она решила использовать мертвых насекомых вообще не как роботов, а как рабочие элементы оборудования, окрестив свой подход некропринтингом.
Идея проста и дерзка: взять биологическую структуру, которая эволюционно оптимизирована под микроработу с жидкостями, и превратить ее в сопло для сверхточной 3D-печати. Ну, например, хоботок самки комара.
Прежде чем дойти до комаров, исследователи устроили почти дарвиновский кастинг. Они изучили жала пчел, ос и скорпионов, клыки ядовитых змей, когти многоножек — все, что в природе приспособлено для доставки жидкости в цель. Формально задача у всех одна и та же: провести жидкость через тонкий канал. Но почти все кандидаты оказались непригодны. Одни инструменты были слишком изогнутыми, другие — рассчитанными на резкий импульс, а не на ровный, непрерывный поток, необходимый для печати.
Комариный хоботок оказался редким исключением. Он прямой, длинный, жесткий и при этом микроскопический: внутренний диаметр — всего 20–30 микрон. Именно такую геометрию инженеры годами пытаются получить в искусственных соплах — дорого и с большими допусками.
Команда аккуратно извлекала хоботки уже умерщвленных комаров под микроскопом и устанавливала их на стандартную шприцевую систему подачи чернил, закрепляя УФ-отверждаемой смолой. Получившееся устройство они, как вы уже догадались, назвали 3D-некропринтером.
Результат оказался неожиданно приличным. Разрешение печати составило 18–22 микрона — примерно в два раза лучше, чем у принтеров с самыми тонкими коммерческими металлическими соплами. В тестах печатали микросоты, крошечный кленовый лист и каркасы для выращивания клеток. Это уже не демонстрация ради демонстрации, а задел под биомедицину и микроэлектронику.
Разумеется, природа не всесильна. Комариные сопла плохо переносят высокое давление и не подходят для вязких «пастообразных» чернил. Стеклянные сопла все еще выигрывают по абсолютному разрешению и прочности. Но есть преимущество — дешевизна и доступность. По оценке исследователей, органическое сопло из хоботка обойдется примерно в 80 центов (60 рублей по текущему курсу), тогда как стеклянные и металлические аналоги стоят в десятки раз дороже. В перспективе команда рассматривает гибридный подход: использовать комариный хоботок как сердечник, усиливая его керамическими покрытиями.
Горбатые киты и ветряные турбины
Но хватит угрюмых слов с приставкой «некро» на сегодня. Поговорим лучше о «большой» во всех смыслах биомимикрии — ветряках и китах, одном из интереснейших «классических» проектов последних лет.
Кажется, что киты — это про настоящую мегаломанию. Но стоит сравнить масштабы кита и ветряка, и заблуждение развеивается. Горбатый кит вырастает в среднем до 13–16 метров, а его знаменитые грудные плавники — до 4–5 метров в длину. Современная же ветряная турбина — это уже совсем другая категория: одна лопасть достигает 80–115 метров, а высота всей установки с поднятой лопастью — 200–260 метров. Проще говоря, одна лопасть ветряка — это шесть–восемь горбатых китов, выстроенных в ряд.
Если кит плавает плюс-минус сам по себе, то ветряная электростанция — чрезвычайно дорогая и сложно обслуживаемая машина, где любая ошибка в аэродинамике оборачивается ускоренным износом или авариями. Случаи разрушения лопастей и редукторов регулярно происходят при порывистом ветре и работе на высоких углах атаки (многие наверняка помнят трагическую фотографию).
Грустное
Именно из этой проблемы и возник один из самых известных кейсов биомимикрии, собственно, и породнивший горбатого кита и ветряк.
Ключевая фигура здесь — биолог Фрэнк Фиш (Frank E. Fish), который подробно изучил бугорки (tubercles) на передней кромке грудных плавников горбатых китов. Эксперименты показали, что эти неровности формируют цепочки устойчивых вихрей, которые стабилизируют пограничный слой и задерживают срыв потока. В результате плавник сохраняет управляемость при таких углах атаки, где обычная гладкая лопасть уже теряет подъемную силу.
В 2010-х компания WhalePower (сооснователь — тот же Фрэнк Фиш) запатентовала технологию tubercle leading edge — волнистой передней кромки для лопастей, вентиляторов и турбин.
На практике эффект оказался не революционным, но полезным:
повышение устойчивости при турбулентном ветре,
задержка срыва потока,
снижение шума,
уменьшение пиковых нагрузок на конструкцию,
снижение числа аварий,
мысли о китах, непременно навеваемые где-нибудь на утыканной ветряками равнине.
Слизевики и токийское метро
Еще один интереснейший кейс современной биомимикрии вообще не про форму, материалы или механику. Он про логику организации сложных систем (мы, кстати, про это когда-то писали, но пример слишком хорош, чтобы просто оставить ссылку на статью) .
Главный герой здесь — слизевик Physarum polycephalum. Формально это одноклеточное. У него нет мозга, нервной системы и органов чувств в привычном смысле. Зато есть способность строить разветвленные сети, по которым это существо прокачивает питательные вещества, постоянно перестраивая их под текущие условия.
В 2010 году японские и британские исследователи решили проверить, насколько «разумна» эта сеть. Эксперимент выглядел издевательски просто. На плоской поверхности разложили схему агломерации Токио. В местах расположения крупнейших городов разместили хлопья овса — еду для слизевика. В центр поместили Physarum и оставили его в покое.
Через некоторое время слизевик выстроил сеть протоплазматических трубок. И эта сеть оказалась поразительно похожей на реальную железнодорожную систему Большого Токио. Важно, что это сходство оказалось не только визуальным. Исследователи сравнили получившуюся сеть с реальной транспортной системой по нескольким показателям: длине путей, связности и устойчивости к разрывам. В этих тестах сеть слизевика почти не уступала существующей инфраструктуре, а в некоторых сценариях — например, при «выключении» отдельных узлов — показывала даже бо`льшую устойчивость.
Суть в том, что слизевик (по сути, одна большая клетка) постоянно прокачивает потоки цитоплазмы через свою сеть и «оценивает» каждую ветвь по эффективности. Хорошие маршруты утолщаются, плохие деградируют. Возникает самонастраивающаяся система, которая балансирует между минимальной длиной, надежностью и избыточностью.
Когда поведение слизевика формализовали, стало ясно, что он реализует простую, но эффективную модель распределенной оптимизации. Никакого центра управления, никакой глобальной карты и иных мудреных человеческих решений, только постоянная обратная связь.
Эту логику перенесли в математические модели, которые позже стали использовать для проектирования транспортной инфраструктуры, распределенных систем связи и робототехники. Ключевое достоинство такой модели в том, что система способна перестраиваться в процессе работы и не ломается при локальных сбоях.
Дроны, ЦОДы и совы
История с совами — старая. О том, что эти крылатые коты летают почти бесшумно, биологи говорят десятилетиями. Но биомимикрически этот эффект начали системно разбирать только в последние 15–20 лет — и сейчас мы живем как раз на острие его внедрения.
Ключевой источник шума у крыльев, лопастей и пропеллеров — задняя кромка. Когда воздух, уже ставший турбулентным на поверхности профиля, срывается с гладкой задней кромки, он шумит. В аэродинамике это называют trailing-edge noise.
У совы эта проблема решена сразу несколькими способами. Во-первых, у нее зазубренная (гребенчатая) передняя кромка крыла. Во-вторых, бахромчатая задняя кромка. В-третьих, поверхность пера имеет бархатистую, пористую микроструктуру. В сумме это не убирает турбулентность, но разрушает ее согласованность: вместо крупных вихрей возникает множество мелких, которые значительно тише.
Экспериментально это давно подтверждено: ночные совы издают примерно на 18 дБ меньше шума, чем другие птицы при сопоставимой скорости полета.
Переломный момент наступил в 2010-х, когда у заманчивой совиной биологии наконец появилась массовая инженерная цель — ЦОДы, системы охлаждения, дроны. И пошла новая волна исследований.
Работы показывают, что устроенные «по-совиному» крылья и лопасти действительно работают тише без заметной потери производительности. В частности, группа из Xi’an Jiaotong University продемонстрировала, что «совиная» геометрия кромок заметно ослабляет «шум задней кромки» (trailing-edge noise) за счет декорреляции вихрей.
Как раз сейчас технология постепенно выходит за пределы лабораторий — например, тестируется на БПЛА.
Пентагонские бактерии
Если слизевик оптимизирует транспортные сети без мозга, то бактерии способны на другой трюк — координировать коллективное поведение без центра управления. Механизм этот называется quorum sensing (буквально «чувство кворума»).
Устроен он так: каждая клетка выделяет сигнальные молекулы. Пока бактерий мало, ничего не происходит. Когда же концентрация сигнала достигает порога, включаются генетические программы: образование биопленок, биолюминесценция, выработка токсинов, смена метаболизма и т. д.
Инженеры давно используют quorum sensing как основу биосенсоров: бактерии можно заставить реагировать на тяжелые металлы, токсины, радиацию или дефицит питательных веществ, однако без особого успеха — флуоресцентные маркеры требуют микроскопа, а значит, можно ставить точку.
Но оказалось, что нет! В 2025 году команда MIT предложила радикальный обход этого ограничения. Вместо усиления привычных маркеров ученые связали бактериальные сенсоры с синтезом молекул с уникальной гиперспектральной подписью. Такие сигналы не видны глазом, но уверенно считываются гиперспектральными камерами — теми самыми, которые используют в спутниковой съемке и дистанционном зондировании.
В MIT провели квантово-химический скрининг около 20 тысяч природных молекул и выбрали те, что резко выделяются спектрально и требуют минимального числа ферментов для синтеза. В результате:
для Pseudomonas putida использовали биливердин,
для Rubrivivax gelatinosus — бактериохлорофилл.
Гены-репортеры (те самые, которые при включении заставляют клетку производить маркер, тут — молекулу с гиперспектральной подписью) связали с генетическими цепями quorum sensing. Принципиально важно, что репортеры модульны: их можно подключить к любому бактериальному сенсору — от мышьяка до азота в почве.
В полевых тестах бактерии помещали в герметичные контейнеры и размещали в полях, пустынях и на крышах зданий. Их «ответ» уверенно считывался с дронов на дистанции до 90 метров с помощью гиперспектральных камер. Сканирование занимало 20–30 секунд, после чего алгоритмы восстанавливали карту активности.
По сути, речь идет о распределенных сенсорах, которые:
не содержат электроники,
не излучают радиосигналы,
не требуют питания,
принимают решение локально,
но считываются на уровне инфраструктуры.
То есть такие системы невозможно заглушить РЭБ, их трудно обнаружить разведкой, и они масштабируются не установкой датчиков, а размножением клеток. Несложно догадаться, кому особенно интересна такая биомимикрия — в проекте приняла прямое участие американская оборонка.
Вместо вывода
Если собрать рассказанные выше истории вместе, то заметно, что, по сути, почти все они об одном — о том, как мы сегодня стремимся не «подчинять» природу, а органично встраиваться в нее. Теперь нам мало перехвата готовых решений, выработанных эволюцией, — хочется прямого и циклического включения их в инженерный контур. Мы применяем мертвые тела как механизмы, живые клетки — как сенсоры или архитекторы инфраструктур. Граница между «биологическим» и «технологическим» стирается — наступают времена гибридов, киборгов или, если хотите, некротехнологий.
Плохо ли это — использовать то, что уже отработало, еще раз? Вряд ли — ведь этим занимается любая живая экосистема. Как урегулировать все это этически? Пока большой вопрос — но результат точно должен быть гуманнее уничтожения живого.