6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Насколько применимы на практике искусственные жабры для подводного плавания

Насколько применимы на практике искусственные жабры для подводного плавания

Человечество давно мечтает обуздать стихию воды, иметь возможность полноценно слиться с её средой без применения обременяющей габаритной техники. Наш организм не способен вести подводную жизнь в силу своего анатомического строения, но учёные не один десяток лет бьются над задачей создания средства, которое бы позволило в прямом смысле чувствовать себя, как рыба в воде. Пока это с успехом удалось лишь доктору Сальваторе, пересадившему парню акульи жабры, и то лишь в вымышленном мире писателя-фантаста Александра Беляева.

Покорители же водных глубин в реальной жизни вынуждены таскать за собой тяжёлые и совершенно некомпактные баллоны кислорода, без которых никак не обойтись, потому как жабрами, к сожалению, или к счастью, наши тела не оснащены.

Веяния новых технологий всех сфер жизни человека подталкивают разработчиков к стремлению совершить инновационный прорыв и в области оборудования для дайверов. Сравнительно недавно на весь интернет шумела новость о том, что первые искусственные жабры для подводного плавания всё-таки созданы шведскими и южнокорейскими разработчиками.

Реализованный проект вызвал большое количество споров, неоднозначных комментариев и сомнений по поводу безопасности такого девайса.

Искусственные жабры Triton

За основу принципа действия маски разработчики взяли дыхательную систему рыб. Технология, имитирующая работу жабр, позволяет извлекать кислород непосредственно из воды.

Глубина погружения с прибором не должна превышать 4.5 метра, если заплыть глубже, устройство оповестит о недопустимости более глубокого ныряния. Кроме того, если проигнорировать сигналы прибора, дышать станет крайне затруднительно.

Микропористый фильтр, имитирующий жабры, извлекает кислород из воды, отправляя его микрокомпрессору, который сжимает молекулы для содержания в резервуарах. Впоследствии с камеры кислород, преобразованный в воздух, уже может поступать к лёгким дайвера. Вода в микропоры не просачивается, потому как размеры её молекул больше, чем трубочки фильтров.

Компрессор маски питается от маленькой литий-ионной батареи, заряда которой хватает до 45 минут. Перед тем как время пребывания в воде подойдёт к критичной отметке, устройство сигнализирует об этом человеку вибрациями и светодиодным индикатором.

Механизм искусственных жабр

Корпус прибора довольно компактный, что придаёт дайверу максимальную манёвренность. Конечно, по габаритам можно даже и не сравнивать маску с неповоротливыми баллонами акваланга, которые каждый дайвер мечтает сменить на что-нибудь более миниатюрное.

Маска Triton может использоваться как при пресной, так и солёной воде. После морской воды необходимо просто сполоснуть девайс от соли.

Заявленная разработчиками стоимость изделия на платформе 300 долларов.

Реальность применения

Разработчики обещают навсегда забыть о громоздких баллонах с выходом в свет инновационного решения. Оптимизму создателей можно только позавидовать, их смелые заявления по поводу первого во всём мире подобного концепта устройства не имеют под собой твёрдой почвы. Нечто подобное учёные пытались создать достаточно давно, хотя по габаритам все устройства, имитирующие рыбье дыхание, были просто огромны. Всё же лучше аквалангов по практичности применения и надёжности ещё ничего не придумали.

Акваланг практичнее всего

Во-первых, дышать одним лишь кислородом нельзя в принципе, а функцией подмешивания к нему азота девайс не оснащён. Отсюда следует и ограничение глубины погружения, что для большинства дайверов является явным недостатком.

Во-вторых, безопасность прибора достаточно сомнительна. К тому же, где гарантия, что функция оповещения о недопустимой глубине или исходе заряда батареи не выйдет из строя в процессе заплыва, или другие части механизма не дадут сбой? Ведь от внезапной поломки не застрахован ни один девайс.

Не факт, что профессионалы кинутся сейчас менять акваланг на подобные игрушки. Но, возможно, не за горами нечто более грандиозное, что позволит человеку действительно плавать, как рыба в воде. Океан всегда был непостижимой загадкой для человечества, а уж погружаться в воду на неограниченный срок и вовсе фантастическая мечта, но двигаться в этом направлении, совершенствуя предыдущие разработки, учёные не перестают.

Выбор экипировки для подводного плавания. Виды и подводных очков, материал уплотнителя. Критерии, по которым стоит выбирать аксессуар для пловца. Как сделать самостоятельно, если не подходят представленные модели.

Если вы твёрдо решили стать дайвером, то перед вами стоит сложная задача — выбрать экипировку для подводного плавания. Советы профессионалов помогут в выборе оборудования и снаряжения для дайвинга.

Если вы не знаете, какой фонарик для подводного плавания выбрать, то воспользуйтесь советами профессиональных аквалангистов по подбору оптимального фонаря, которые осветит водные глубины для вас.

У дайверов появляются жабры

На днях интернет был взбудоражен сообщением о разработке корейского дизайнера Ебьюна Йона (Jeabyun Yeon). Якобы он создал удивительную маску для ныряльщиков под названием Triton, с помощью которой можно находиться на дне морском без акваланга. Потому что необходимый для дыхания кислород извлекают прямо из воды специальные фильтры маски.

Как поясняет сам Йон на своем сайте, фильтры, расположенные по бокам, выполнены в виде полых трубочек с отверстиями, диаметр которых меньше молекул воды. Компрессор прокачивает воду сквозь трубочки, она разлагается на водород и кислород. Кислород поступает в загубник, из него — ныряльщику, водород — в отходы. Вот такая гениальная простота.

Читать еще:  Ремонт мягкой мебели на дому своими руками. Основные правила ремонта мягкой мебели в домашних условиях. Разборка и удаление старой обивки

Жабры дизайнера Йона

Так будет выглядеть устройство, извлекающее кислород из воды

Как рыба в воде

Понятно, что изобретение корейца подразумевает переворот в подводном плавании. Избавиться от громоздких аквалангов мечтают все ныряльщики. У многих, простите за каламбур, аж дух захватило от грядущей перспективы уже завтра уподобиться рыбам в воде.

Увы, этот самый Triton всего лишь концепт. То есть, недействующая модель, эдакое дизайнерское решение, пока не подкрепленное реальными элементами. Даже если предположить, что действительно можно разложить воду на кислород и водород посредством крошечных дырочек в трубочках, потребуется мощнейший компрессор, способный преодолеть гигантское гидравлическое сопротивление, прокачивая воду сквозь них. Такого насоса нет. Дизайнер ждет, пока появится — достаточно компактный при этом.

Нет и источника питания для привода компрессора. Йон грезит неким крошечным аккумулятором следующего поколения — в 30 раз меньше нынешних, который будет заряжаться в тысячу раз быстрее.

Принципиальная схема кстройства Triton

Специалисты подмечают и другую проблему: в любом случае одним кислородом дышать нельзя. Для длительных погружений на пристойные глубины надо смешать его, к примеру, с азотом. А откуда Triton добудет азот? Такое вообще не предусмотрено. Значит, все-таки придется брать с собой баллоны?

Словом, конкретно от корейской «маски» никакого толка нет. Но это не значит, что революция в дайвинге совсем уж не предвидится. Ученые давно уже взялись за жабры. Правда, они не столь красивы и компактны, как у дизайнера Йона. Но зато реально работают.

Хомячки-дайверы

В экспериментальных устройствах задействованы так называемые мембраны — тонкие силиконовые пленок, способные буквально отцеживать из жидкостей растворенные в них газы.

— Простейшие искусственные жабры — это коробочка, обтянутая мембраной, — говорит пионер подводного движения Уолтер Робб из фирмы «Дженерал электрик». — Поместите ее в воду, и внутрь будет просачиваться кислород, которым можно дышать. А углекислый газ станет выходить наружу.

В 1961 году, спустя считанные месяцы после появления первых мембран, Уолтер уже соорудил «жабры» для хомячков. Они и стали первыми «ихтиандрами». Хотя и не ныряли. Просто жили в коробочке. Но под водой.

Ученые подсчитали: чтобы обеспечить воздухом человека, нужна коробочка, площадь мембранной поверхности которой составляла бы не менее 80 квадратных метров. Многовато. Эдвард Кушлер, последователь Уолтера из университета Миннесоты, попробовал компактно упаковать пленку в кассеты. Максимум, что ему тогда удалось, так это сделать дыхательное устройство для собаки. В роли Муму-Ихтиандра выступил Муггинс — терьер жены Эдварда. С камнем на шее и в квадратном шлеме, соединенном с искусственными жабрами, кобелек провел 3 часа под водой реки Миссисипи. Остался жив.

В 80-е годы японцы из фирмы «Фуджи» сделали уже «человеческие» искусственные жабры. Размером с гроб. Ныряльщик толкал его перед собой. Но извлечь из воды больше 16 процентов кислорода не получалось. А нужно 21 процент.

Рука американской военщины

По газетам и журналам кочуют слухи, будто бы в начале 80-х годов супруги Джозеф и Цилия Бонавентура из Университета Дьюка в Северной Калифорнии создали некое принципиально новое устройство — искусственные жабры, которые извлекали кислород из воды так, как это делают рыбы. А именно — благодаря своему особому гемоглобину. Само устройство размером с книгу крепилось на спине ныряльщика. Якобы его купил Пентагон. И теперь тиражирует в секретных лабораториях для подводных диверсантов. Оказалось, что доля правды тут есть.

— Нам действительно удалось частично сымитировать рыбьи жабры, — рассказала Цилия Бонавентура, которую отыскал корреспондент журнала «Нью сайнтист». — С помощью синтетического аналога гемоглобина. Далее предполагалось сделать следующее: в одной петле устройства извлекать кислород из воды. А в другой — отбирать его уже из «гемоглобина», воздействуя электрическим током. В модельных экспериментах это получалось. Но самого устройства мы не изготовили. У нас купили его чертежи и право на дальнейшие разработки. Но отнюдь не Пентагон, а фирма, которая занималась созданием искусственной крови и аппаратов для ее циркуляции. Жабры ее совсем не интересовали.

Нам теперь морской по нраву дьявол

Похоже, что дальше всех продвинулся израильский изобретатель Алон Боднер со своим устройством, под названием «Как рыба» (LikeAfish ).

— В воде, даже на глубине нескольких сотен метров, растворено примерно 2 процента воздуха, — рассказывал Боднер в интервью израильскому радио. — Именно его я и намерен извлекать. Подчеркну, извлекать не кислород, а воздух, пригодный для дыхания. То есть сразу вместе с азотом.

Алон Боднер вдыхает через трубочку воздух, добытый его «жабрами»

Насколько применимы на практике искусственные жабры для подводного плавания

Люди успешно обучаются тому, что другие животные могут делать естественным путем. Мы научились летать как птицы, карабкаться как обезьяны и «ползать по норам» как кроты. Но одно животное, которое всегда оказывалось вне нашей досягаемости, — рыбы. Изобретение подводного плавания позволило нам дышать под водой, но только на очень небольших глубинах.

Благодаря нашей неспособности победить кессонную болезнь, погружение ниже 70 метров, по-прежнему, остается чрезвычайно опасно для всех, кроме горстки специалистов.

Ультра-глубоководное погружение является столь смертельно опасным, что больше людей побывали на Луне, чем спустились ниже 240 метров с использованием подводного снаряжения.

Теперь изобретатель из США считает, что он разрешил трудную проблему, как сделать возможным для людей погружение до серьезных глубин – нужно всего лишь убедить нас дышать жидкостью, как рыба.

Арнольд Ланде (Arnold Lande), американский кардио-хирург, вышедший на пенсию, запатентовал подводный костюм, который может позволить человеку дышать «жидким воздухом», специальным раствором, высоко обогащенным молекулами кислорода.

Читать еще:  Хабарское – горнолыжный курорт Нижнегородской области

Идея сразу же вызывает в воображении страшные картины утопления, но наши легкие больше, чем способны принимать кислорода из раствора.

«Первая штука, которой вы должны научиться — преодолевать рвотный рефлекс«, объясняет Ланде, 79-летний изобретатель из Санкт-Луиса, штат Миссури. «Но как только обогащенная кислородом жидкость окажется внутри легких, она будет ощущаться так же, как воздух для дыхания

Ланде разработал подводный костюм, который позволит дайверам вдыхать высоко насыщенные кислородом перфторуглероды (ПФУ — PFCs)тип жидкости, которая может растворить огромное количество газа. Жидкость будет содержаться в закрытом водолазном шлеме, что бы заменить весь воздух в легких, носу и ушной полости.

CO2, который обычно выходит из нашего тела с выдохом, будет «удален» из нашей крови путем присоединения механических жаберных щелей к бедренной вене на ноге.

Используя кислородную суспензию в жидком состоянии, дайверы смогут больше не беспокоиться о декомпрессионной болезни. Это наиболее частая причина фатального состояния, называемого «кессонной болезнью», которое происходит, когда азот, растворенный в крови под огромным давлением большого пласта воды превращается в пузыри во время подъема на поверхность воды. Если не будет угрозы «кессонной болезни», это потенциально может позволить погружаться на гораздо большие глубины, чем это возможно сейчас.

Насыщение легких жидким кислородом похоже на научную фантастику. Эта идея легла в основу научно-фантастического фильма Джеймса Камерона «Бездна» (The Abyss) в 1989 году. Но эта идея уже используется несколькими передовыми американскими клиниками для выхаживания сильно недоношенных детей.

Дети, родившиеся ранее 28 недель, имеют огромные затруднения с дыханием. Часто потому, что их легкие не достаточно развиты, чтобы хорошо приспособиться к вдыханию газообразного воздуха после жидкой среды материнской утробы.

Незрелые альвеолы, которые являются концевой частью дыхательной системы легкого и участвуют в процессе насыщения кислородом крови, испытывают недостаток жизненно-важных поверхностно-активных веществ, которые предотвращают слипание крошечных полостей во время выдоха.

В поисках ответа доктора начали успешно экспериментировать с высоко насыщенным кислородом ПФУ (PFCs).

Профессор Томас Шафер (Thomas Shaffer), специалист в области педиатрии из Делавера, экспериментировал с дыханием жидкостью, начиная с конца 1970-х годов. Он провел большую часть своей ранней карьеры, тестируя действие насыщенного кислородом ПФУ (PFCs) на различных животных.

Помещаем мышь в насыщенную кислородом жидкость и немедленно срабатывает инстинкт, который заставляет животное отчаянно барахтаться. Все, что мышь когда-либо знала, заставляет ее пронзительно визжать, пытаясь избежать вдыхания раствора, что как она думает, должно убить ее.

Тем не менее, когда мы тонем, наступает момент, когда инстинкт не вдыхать жидкость побеждается более сильным инстинктом сделать один последний вздох.

Это отчаянная последняя попытка получить кислород в кровь. Если жидкость, в которой мы находимся, содержит молекулы кислорода, которые успешно перейдут из раствора в наш кровоток, жизнь вернется.

В конце концов, это не вода, которая убивает нас, когда мы тонем. Мы неспособны принимать кислород из воды.

К середине 1990-х годов, Шаффер и несколько других врачей начали использовать методы насыщения легких кислородом из жидкости на недоношенных детях и были поражены результатами.

«Я вижу многих детей, которые имеют менее 5% шансов выжить», объясняет он. «Но когда мы обеспечиваем им дыхание посредством жидкости, мы видим, что почти 60% способно достичь полностью здорового образа жизни«.

Однако эта техника остается редко применимой из-за хронической нехватки инвестиций.

«Насыщение легких кислородом посредством жидкости не используется широко, потому что очень мало средств на это от фармацевтических компаний», говорит он. «К сожалению, недоношенные дети не имеют права голоса. Они не приносят денег, так что никто по-настоящему не хочет вкладывать в это свои деньги. Но этот метод работает. Физиологически, насыщение легких кислородом с помощью жидкости вполне выполнимо «.

Недавний разлив нефти в Мексиканском заливе может изменить ситуацию. Хотя фармацевтические компании с неохотой берутся за изучение дыхания жидкостью, авария на нефтяной платформе Deep Water Horizon в Мексиканском заливе , снова разожгла дебаты о том, как обеспечить безопасность дайверов на предельных глубинах.

В настоящее время единственный способ для дайверов работать в течение длительного времени на глубине либо с помощью судна-робота и подводных лодок. Или с помощью водолазных работ с автономными дыхательными аппаратами (saturation diving), где задействована невероятно сложная техника и водолазы должны быть доставлены на поверхность в герметичном контейнере и провести там несколько недель.

Во время водолазных работ с автономными дыхательными аппаратами (saturation diving) наибольшая глубина, которой кто-либо достигал – 701 м. Рекорд с использованием акваланга – 318 м, был установлен в Южной Африке дайвером Нуно Гомесом (Nuno Gomes) в июне 2005 года. У него ушло 14 минут, чтобы спуститься и 12 часов, чтобы вернуться на поверхность.

Причина этих медленных подъемов наша зависимость от сжатого газа, которым мы дышим в воде. Под невероятным давлением миллиардов тонн океана, газы, такие как азот и гелий растворяются в нашей крови, так же, как CO2 растворяется в бутылке содовой.

Подъем из глубины на поверхность воды можно сравнить с открытием бутылки с содовой — газ выходит из раствора и попадает в наши тела. Если мы не даем нашим органам достаточно времени, чтобы изгнать эти газы, поднимаясь медленно, мы умираем.

Читать еще:  Тема обои и их разновидности. Виды и типы обоев. Секреты выбора бумажных моделей

«Преимущество использования жидкости в том, что вы не должны использовать эти высоко сжиженные газы, которые будут растворяться в крови», говорит д-р Ланд, который недавно презентовал свой патент на Первой Международной конференции по прикладной бионике и биомеханике в Венеции. «Вы имеете жидкость, которую можно обогатить таким количеством кислорода, которое вам нужно

Шаффер предварительно экспериментировал с животными и ПФУ на глубине и выработал технику работы. «Я поместил млекопитающих на смоделированную глубину в 1000 футов, а затем уменьшил давление через полсекунды, и у животных не было декомпрессионной болезни», — говорит он.

Сообщается, что подразделения ВМС США «Морские львы» (The US Navy Seals)** также экспериментировали c насыщением легких кислородом посредством жидкости в начале 1980-х также как Шаффер.

** Navy SEALs, SEALs (от Sea-Air Land Troops) — «Морские львы» Подразделения сил специальных операций ВМС, предназначенные для ведения разведки и диверсионных операций на морском и речном побережье и в портах. Оснащены оборудованием для длительного пребывания под водой, обучены приемам высадки с подводных лодок и вертолетов морской авиации. Около 2 тыс. человек.

Жидкость намного более вязкая, чем воздух, и ее трудно вдыхать. Некоторые из «морских львов» сообщали, что получили различные повреждения ребер, вследствие исключительных усилий, с которыми приходилось вдыхать и выдыхать жидкость.

Но Ланде предусматривает использование кирасы, вентиляционного устройства, названного в честь средневековых воинских доспехов, которая сжимает диафрагму и делает дыхание жидкостью легче.

Все, в чем он нуждается в настоящее время – это люди, готовые к участию в развитии его идей и их тестировании в качестве «подопытных кроликов».

«Я уверен, что найдутся добровольцы, готовые участвовать в этом проекте», говорит он. «Мы поднялись на высокие горы, послали людей в космос. Это время, чтобы найти способы изучения океанских глубин.»

1. Жидкий воздух

Вместо сжатого воздуха дайвер использует высоко насыщенные кислородом перфторуглероды (ПФУ)

2. Шлем

Закрытый шлем обеспечивает заполнение легких, носа и ушных полостей обогащенной кислородом жидкостью

3. Легкие

Молекулы кислорода попадают из жидкости в клетки крови в легких

4. Жабры

Углекислый газ удаляется из крови с помощью искусственных жаберных щелей, прикрепленных к бедренной вене

2 — Закрытый водолазный шлем

3 – Подача жидкости для дыхания

1 — Баллоны с жидкостью

4 – Искусственные жабры;

«Into the abyss: The diving suit that turns men into fish» By Jerome Taylor

Авторы гаджета для дыхания под водой Triton вернули бэкерам около $1 млн

Новостной редактор Rusbase

Шведская компания Triton, разрабатывающая противоречивый гаджет для дыхания под водой, обновила свою краудфандинговую кампанию на Indiegogo и вернула бэкерам проекта почти $900 тысяч.

Об этом компания сообщила на сайте Indiegogo.

Первоначально кампания по сбору средств на гаджет Triton была запущена в середине марта 2016 года. Разработчики устройства позиционировали его как «искусственные жабры», которые позволяют без привычного тяжелого оборудования аквалангистов дышать под водой в течение 45 минут на глубине до 4,5 метров.

В описании гаджета авторы упоминали, что устройство с помощью нанопор выделяет «кислород» из самой воды, предоставляя его затем пользователю для дыхания.

Гаджет, которого не может быть

За полмесяца Triton собрал на Indeigogo около $900 тысяч, однако СМИ довольно быстро обратили внимание на невозможность функционирования подобного гаджета в земных условиях (в том виде, в котором он описывался на Indiegogo), назвав его «чем-то из научной фантастики» (что иронично, учитывая, что подобная технология с похожим дизайном была показана в первом эпизоде киносаги «Звездные войны»).

В частности, эксперты обратили внимание, что для должного обеспечения пользователя кислородом гаджет должен перерабатывать 90 литров воды в минуту, для чего требуется довольно мощный насос. Компактный дизайн устройства, очевидно, подобного насоса не подразумевает.

Другая проблема Triton – это сжатие кислорода для его хранения, которое при заявленных характеристиках и задачах гаджета потребовало бы более мощной батареи, чем позволяет современный уровень развития технологий, цитирует Tech Insider эколога Эндрю Талера (Andrew David Thaler):

«Система батарейного питания Triton должна быть на порядки более эффективной, чем что-либо, присутствующее на рынке. Это заставляет задуматься – почему они подали продукт как навороченные «жабры», а не продали свою батарейную технологию. Это выглядит как решение проблемы холодного термоядерного синтеза только для того, чтобы использовать ее для питания новенькой лампы в форме клоуна», – сказал Талер.

Третья проблема – это система контроля за объемами поступаемого пользователю кислорода, которая также, по мнению экспертов, нереализуема с учетом компактных размеров устройства.

Подробно о технологических проблемах Triton можно прочитать в блоге американского биолога и дайвера Алистера Доува (Alistair Dove).

Бэкеры хотят верить

После появления множества статей с разоблачениями «невозможной» технологии в различных СМИ, 1 апреля авторы Triton решили вернуть бэкерам всю собранную сумму и начать кампанию заново, обновив информацию о самом принципе работы устройства. В частности, теперь в описании гаджета на Indiegogo упоминается, что Triton использует для работы заранее встроенные сменяемые сосуды с «жидким кислородом».

Дезинформацию в изначальном варианте описания в Triton объяснили тем, что беспокоились о защите своей интеллектуальной собственности. Рассказать о своей технологии «жидкого кислорода» более подробно авторы гаджета планируют позже, говорится в обновленном описании на Indiegogo.

Отметим, что несмотря на разразившийся из-за публикаций в СМИ скандал и возвращение всех средств бэкерам, новая кампания Triton за три дня со своего старта собрала более $240 тысяч.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

Принять
Adblock
detector