вариант для передвижения. Аспиранты Герра месяцами бились над тем, чтобы уменьшить потери при передаче энергии, а заодно и снизить энергозатраты. Но они так и не сумели сконструировать моторизованную лодыжку, которая была бы достаточно компактной и достаточно мощной, чтобы сравняться с обычной.
Герр все-таки отыскал решение, обратившись к одному из самых первых персонажей, изучавшихся в научной литературе о передвижении, – к блохе[11] с ее несравненным катапультирующим механизмом. В 60-е годы ученые показали, что блоха способна придавать себе ускорение в 100 раз большее, чем то, которое могла бы спонтанно развить мышца. Чтобы проделать такой трюк, блоха постепенно напитывает энергией волокнистые пружиноподобные структуры, прикрепленные к мышце, и хранит там эту энергию, пока не придет пора резко оторваться от поверхности. В этот момент вся накопленная энергия высвобождается одновременно. Эта невероятно мощная катапульта гораздо эффективнее тех, которые использовали средневековые рыцари при осаде городов.
Герр понимал, что небольшого моторчика еще недостаточно, чтобы с нужной быстротой генерировать и доставлять энергию, необходимую для того, чтобы при ходьбе нога-протез могла отталкиваться от поверхности с той же силой, что и натуральная нога: сами по себе мышцы блохи тоже не могут вырабатывать достаточно энергии, чтобы катапультировать ее с хвоста собаки на спину. Но Герр понял: если мотор в искусственной ноге будет постепенно закачивать энергию в пружину (подобно тому как блоха закачивает энергию в свои ноги), скорость генерации энергии уже не будет иметь значения. Когда придет время отскакивать от земли, эта пружина сможет единовременно высвобождать всю накопленную энергию, отталкивая ступню от поверхности с такой же «взрывной силой», с какой это делает обычная человеческая лодыжка.
Сэмюэл Ау, главный из герровских аспирантов, занимавшихся этим проектом, несколько месяцев безуспешно пытался сделать подходящий мотор. А потом Герр осознал, что никакие из этих вариантов мотора не опираются на вторичное использование сухожилий, которое наблюдается в реальном лодыжечном суставе. Может быть, следовало добавить больше пружин, которые на сей раз действовали бы параллельно мотору?
И догадка оказалась верной. Дополнительные пружины снижали ту силу, которую должен был развивать мотор, в подражание тому, как икроножная мышца использует ахиллесово сухожилие, получая возможность вырабатывать энергию, не сокращаясь. Чтобы проверить новую систему, Герр сам надел переделанную модель-прототип и начал ковылять по специальной дорожке, на которой эти протезы испытывались у него в лаборатории. С каждым шагом улыбка на его лице становилась всё шире. Герр ускорил движение, стал шагать всё быстрее и быстрее. К тому времени, когда он объявил, что с этой искусственной лодыжкой чувствует себя «точно так же, как если бы шел на нормальной», его ассистенты уже бурно выражали свою радость.
В полной мере задействуя эту перестроенную
Британский ученый Генри Беннет-Кларк в конце 60-х первым подробно охарактеризовал необычайную прыгучесть этого крошечного насекомого. Вместе с коллегой он помещал подопытных блох в миниатюрную ячейку, окруженную множеством тепловых ламп, провоцирующих насекомое на прыжок, и снабженную камерой, которая вела сверхбыструю (по тем временам) съемку. Методом проб и ошибок исследователи сумели запечатлеть 20 «пригодных для дальнейшей работы» прыжков. Для этого пришлось проанализировать десятки тысяч кадров-негативов, полученных при съемке пятисекундных опытов. Как выяснилось, примерно за одну десятую долю секунды до каждого прыжка блоха подбирает под себя задние ноги, пока ее верхняя часть не выпрямляется почти вертикально. Потом – примерно восемь сотых секунды неподвижности. Затем она выгибает назад остальные ноги, толкает свое туловище вверх и бросает себя в воздух. Даже при скорости съемки, позволяющей фиксировать движения каждую миллисекунду, насекомое отрывается от поверхности с такой «взрывной силой», что последующие движения ее ног происходят намного быстрее, чем может зафиксировать такая камера. Но Беннет-Кларк, измеряя длину получившихся на пленке размытых полос, все-таки сумел прикинуть, что при этом блоха придает себе такое огромное ускорение, которое потребовало бы применения силы, примерно в 100 раз превышающей ту, которую могла бы развить мышца за столь краткий промежуток времени.
