Почему у дятла не болит голова: Специалист по перегрузкам

Пока дятел долбит ствол, голова его переживает фантастические перегрузки. При средней частоте ударов 22 раза в секунду перегрузки достигают 1200 g. Осталось понять, что помогает дятлам их переносить, а затем использовать аналогичные решения в технике и транспорте будущего.
Напомним, что в 2006 г. за работу, показавшую, что особый демпферный механизм в черепе защищает голову дятлов от удара, была вручена Шнобелевская премия (читайте: «Веселая наука»). Но вопрос оказался куда более интересным и перспективным. Исследованием удивительных способностей дятла – точнее, определенного вида дятлов, золотолобых Melanerpes aurifons, – занялись американские ученые из Лаборатории биоинженерии Университета Беркли. Тщательное изучение замедленной видеосъемки и данных томографии позволило им сказать, что в общей сложности за поглощение энергии удара у дятла отвечают четыре основных компонента. Ученые сразу стали размышлять о механизмах их работы – и об искусственных аналогах, которые можно создать для демпфирующих систем.


Сверхтвердый клюв ударяет в ствол строго перпендикулярно его поверхности, не сгибается и не вибрирует от удара. Его роль в искусственном демпфере может играть прочная внешняя оболочка – например, стальная.


Черепную коробку и мозг отделяет лишь тонкий слой внутричерепной жидкости, что не позволяет вибрациям набрать достаточно силы для опасного воздействия на мозг. Аналогичную функцию в демпфере может взять на себя второй, внутренний слой металла, отделенный от внешнего стального эластичным слоем.


Гиоид (в искусственном демпфере – эластичный слой, например, резины), прочная и упругая костная структура, поддерживающая язык и охватывающая почти всю голову, распределяя лишнюю энергию вибраций.


Пористые губчатые структуры в составе костей черепа – аналогом их в демпфере может стать заполнение всего пустого объема плотно упакованными стеклянными шариками размерами около 1 мм. Они очень эффективно «распыляют» энергию удара и блокируют передачу опасных вибраций на самую ценную, центральную часть, ради которой все эти системы и существуют – мозг. В случае нашего искусственного демпфера – электроника, защищенная от удара (скажем, начинка «черного ящика» в самолете).


Ученые не ограничились таким формальным описанием и создали миниатюрный прототип подобного демпфера, поместили его в пулю и из газового ружья выстрелили ей в толстый лист алюминия. Перегрузка от удара достигла 60000 g, но демпфер эффективно защитил спрятанную в нем электронную начинку.