Цивилизация
Сотрудники Ноттингeмского университета (Nottingham Trent University) объявили о создании материала, позволяющего фактически дышать под водой. Механизм работы искусственных жабр ученые во главе с физиком Гленом Макхэйлом подсмотрели у жуков-плавунцов. В отличие от многих насекомых, которые тонут при погружении в воду, представители вида окаймленных плавунцов Dytiscus marginalis умеют плавать под водой.
Плавунец выставляет из воды кончик брюшка, покрытый несмачиваемыми волосками, и набирает в полость под надкрыльями запас воздуха. Образовавшийся воздушный пузырек волоски надежно удерживают под водой. Сюда же, в пузырек воздуха в полости, открываются его дыхательные отверстия — дыхальца.
Но накапливать запас воздуха — не главное предназначение пузырька жука-плавунца.
Он одновременно представляет собой своеобразные жабры, через тонкие стенки которых из окружающей среды путем диффузии поступает кислород, а выделяется в нее углекислый газ.
Воздушными пузырьками для дыхания пользуются и другие водные насекомые (например, водяные клопы), а паук-серебрянка подобными искусственными жабрами оборудует свой дом. Сначала он среди водных растений сплетает паутину, затем доставляет под нее пузырек за пузырьком воздух с поверхности. В образовавшейся воздушной камере паук и живет. Воздух в доме паука всегда остается чистым: свежий кислород поступает путем диффузии, а углекислый газ растворяется в воде. А во время подводных путешествий паук-серебрянка для дыхания успешно использует бесчисленные крохотные пузырьки воздуха, которые прикрепляются к волоскам, покрывающим его тело.
Английские специалисты попытались выяснить, с помощью каких синтетических материалов можно было бы подражать естественному навыку плавунца.
Они создали полый цилиндр из сверхводоотталкивающей пористой пены, свойства которой предварительно тщательно изучили. Внутрь цилиндра поместили устройство, потребляющее кислород. При опускании объекта в аэрированную (продутую воздухом) воду датчики в цилиндре показывали, что кислород поступает внутрь.
Разработка опубликована в Applied Physics Letters. Ее самое очевидное предназначение авторы видят в том, что такой «эффект плавунца» позволил бы миниатюрным машинам функционировать под водой без дополнительных запасов кислорода для топливных элементов.
Создатели искусственных жабр указывают также, что поверхность площадью около 296 квадратных метров обеспечивает достаточно кислорода для выживания человека.
Впрочем, цифра приблизительна. «Какого размера понадобится поверхность, зависит от уровня требующегося кислорода, течения воды и количества газов в ней», — отметил Макхэйл в интервью LiveScience.
Для человека такую поверхность можно было бы собрать в складки ради большей мобильности и удобства в использовании под водой. Однако гофрирование сделает приспособление более эффективным, и, как следствие, кислород, растворенный в окружающей воде, будет исчерпываться быстрее.
«Поверхность можно структурировать по-разному — так, можно взять в пример акул, строение жабр которых помогает быть им первоклассными пловцами», — добавил соавтор исследования Нейл Ширтклиф.
Продолжительность времени, в течение которого механизм или человек смогут оставаться под водой, зависит от того, как быстро из воды исчезнет растворённый в ней кислород. В то же время, если в воде повышен уровень содержания других газов, вроде метана (как часто бывает в застойных водоемах), возникает другое осложнение: газы без труда переместятся в камеру с предназначенным для дыхания воздухом, как и кислород.
Кроме того, как предупредил Макхэйл, измерение уровня углекислого газа в пределах цилиндра пока не проводилось. Его скапливание убьет человека куда быстрее, чем нехватка кислорода. Однако, по словам исследователя, скорость его выведения должна быть весьма высока, так как углекислый газ легко растворяется в воде.
Данная разработка — серьёзный шаг в глубину по сравнению с предыдущими техническими попытками. Последнюю из них в феврале 2006 года представлял специалист по подводному плаванию Алон Боднер. Фактически его прибор понижал давление воды, что приводило к выделению кислорода. Чтобы человек мог нормально дышать, аппарату приходилось перерабатывать 200 литров воды в минуту. Батареи хватало на час.
Если изобретение Боднера фактически заменяет собой акваланг, то выдумка Макхэйла вполне может привести к появлению подводных замков.