Помимо непосредственного внедрения в строительство, архитектуру, технологии геодезический купол стал базисом для многих важных научных открытий, в том числе и удостоенных Нобелевской премии (Kroto, 1996). Именно геометрия геодезических куполов была источником вдохновения, позволившего определить внешнюю структуру сферических вирусов (Caspar, 1980), о которых мы поговорим подробнее в следующих главах, а также послужила той «эврикой», которая привела к открытию третьей формы углерода: молекулы фуллерена C60 (Kroto, 1988). Фуллер считал, что устойчивость геодезического купола определяется синергией действующих вместе сил растяжения и сжатия, и что это «встроено в саму его структуру». На примере архитектуры геодезического купола Фуллер на практике доказал жизнеспособность своей синергетической геометрии. На сегодняшний день в мире построено как минимум 100 тыс. геодезических куполов. Однако этой демонстрации и воплощения своей геометрии в материале Фуллеру было недостаточно, он хотел еще более явно продемонстрировать различие и синергию элементов натяжения и сжатия. Так как геодезический купол — это жесткая конструкция, использующая относительно стандартные инженерные и строительные материалы, то функциональные различия элементов сжатия и натяжения в нем не самоочевидны. Именно поэтому еще задолго до встречи со Снельсоном Фуллер искал модель, которая позволила бы проиллюстрировать различие, синергию и взаимозависимость этих двух сил — сжатия и натяжения — в явном виде. До появления тенсегрити-конструкции Снельсона наиболее подходящей демонстрацией синергетического взаимодействия натяжения и сжатия Фуллер считал велосипедное колесо (рис. 1.9) (Fuller, 1961). Велосипедное колесо Гениальность Фуллера заключалась в способности распознавать скрытую глубину и смыслы в самых привычных и обыденных предметах.
То, как Фуллер подметил фундаментальность различий между внутренней структурой стандартных жестких колес и велосипедных колес как совершенно отдельного класса, прекрасно иллюстрирует это. Обычное жесткое компрессионное колесо — колесо телеги с жесткими спицами, как и автомобильное колесо, которое просто смягчено прокладками в виде шин, — это простая компрессионная структура, где нагрузка реакции опоры передается от обода (периметр) к ступице (центр) через жесткую связь. Фуллер обратил внимание, что велосипедное колесо — это принципиально иная структура, которую можно назвать мягким натяжным колесом. В отличие от жесткого колеса телеги центральная ступица (ось) велосипедного колеса, по сути, подвешена между натянутыми спицами, прикрепленными к внешнему ободу колеса. При этом принципиально важно, что поскольку все спицы находятся в натяжении, то они неспособны напрямую передавать компрессионную нагрузку от обода к ступице. В отличие от жесткого компрессионного колеса, где сжатие извне передается напрямую жесткой внутренней компрессионной спице и суммируется с ней в давлении на центр (ступицу); в велосипедном колесе все спицы натянуты, поэтому не могут передать компрессию от обода в центр. А значит, в велосипедном колесе имеет место совершенно другая ситуация. Силы внешней компрессии и внутренние силы натяжения разнонаправленные и поэтому должны вычитаться, а не складываться! Рис. 1.9. (А) Осевой вид велосипедного колеса; (В) Крупный план сжатого обода и спиц; (С) Поперечное сечение, показывающее натянутые спицы, уравновешенные сжатой ступицей и ободом. Примечание редактора Информация к размышлению. Попробуйте приложить эти новые понимания к анализу, например вертикального положения человека. Все мы привыкли думать, что ноги, как и жесткие спицы колеса телеги, напрямую передают нагрузку от обода (подошва стопы) к тазу и поддерживают туловище Так ли это? На самом деле все обстоит ровно наоборот. Ноги — это мягкие элементы, силы в которых передаются по натяжным путям, то есть по фасциям и мышцам. Значит, какая модель более подходящая? Модель велосипедного колеса с натяжными спицами. Но это означает взрывающее мозг откровение: оказывается, не ноги поддерживают туловище, а туловище удерживает ноги за счет своих дополнительных натяжений, не давая им подгибаться при контакте стопы с землей! Поэтому для понимания механики велосипедного колеса потребовалось принципиально иное объяснение. Оказалось, что ступица и обод действуют в синергии как изолированные и прерывистые элементы сжатия, удерживаемые вместе непрерывными натянутыми спицами. Этот баланс работает только совместно и поддерживает целостность всего колеса: элементы натяжения и сжатия отделены друг от друга, но при этом функция каждого из них зависит от стабильности всех других.