Сам Фуллер определяет этот термин так: «Тенсегрити — это способность каркасных конструкций использовать взаимодействия работающих на сжатие цельных элементов с работающими на растяжение составными элементами для того, чтобы каждый элемент действовал с максимальной эффективностью и экономичностью»[10].

В тенсегрити-структурах компоненты сжатия стремятся внутрь, противодействуя компонентам натяжения, тянущим наружу. При условии, что оба силовых компонента равны, структура является стабильной.

Жесткие элементы тенсегрити, подверженные сжатию, не соприкасаясь друг с другом, формируют общую структуру, будучи соединены между собой тонкими, практически невидимыми растяжками, которые являются носителями стягивающих, синтропических (направленных внутрь) сил. Этот принцип Фуллер использовал при разработке проекта телетрансляционной башни высотой 3736 метров для японской телевизионной компании, тогда как высота существующих телебашен обычно не превышает 600 метров.

Образцом тенсегрити-структуры может служить пешеходный мост Курилпа (Kurilpa Bridge) длиной 470 м и шириной 6,5 м, построенный в австралийском городе Брисбен в 2009 году.

Тенсегрити-структуры в природе

Как оказалось, в живой природе также встречаются примеры структур, которые можно описать с помощью тенсегрити-модели. Дело в том, что на живые организмы воздействует не только сила тяжести (гравитация), но и другие силы (например, ветер, осадки, необходимость отталкиваться от поверхности при передвижении и проч.).

Примером могут послужить высокие деревья. Например, сосны достигают высоты 50 метров, но даже у самых высоких из них диаметр ствола не превышает одного метра. При сильном ветре они испытывают достаточно большие продольные нагрузки. Если бы ветру сопротивлялся каждый локальный участок ствола, то деревья ломались бы даже при относительно небольшом ветре. Сосны же (как и другие деревья) при такой большой высоте и относительно небольшой толщине ствола довольно редко ломаются, скорее падают, вывернутые с корнем. Это происходит потому, что продольным нагрузкам сопротивляются силы сбалансированного сжатия-натяжения всего дерева целиком,

Натяжение целостности

Структуры чистого сжатия (мы про них упоминали в главе 6 «Устойчивость») и тенсегрити-структуры по-разному реагируют на внешнее воздействие. Реакцию структуры чистого сжатия на внешнюю силу Томас Майерс иллюстрирует следующим образом: если на угол здания упадёт дерево, то этот угол рухнет, при этом остальное здание может остаться практически нетронутым[11].

Тенсегрити-структуры ведут себя иначе. Тенсегрити можно перевести как «целостность натяжения» или «натяжение целостности». Если к тенсегрити-структуре приложить силу (сжать, надавить, потянуть), то воздействие будет воспринято не локальным участком, а всей фигурой целиком.

Например, если мы надавливаем на тенсегрити-икосаэдр сверху, прижимая к поверхности, или сжимаем с двух сторон, то натяжение нитей увеличивается во всей конструкции. Дело в том, что тенсегрити-структура реагирует не локально, а целостно — вот основное отличие реакции на внешнее воздействие тенсегрити-структур от структур чистого сжатия: увеличение натяжения одного из компонентов тенсегрити-структуры приводит к усилению натяжения всей структуры.

Благодаря эластичности связей, когда один элемент тенсегрити-структуры сдвигается, сдвиг сообщается всей структуре, и все остальные элементы сдвигаются за ним, адаптируются к новой конфигурации.

Линии натяжения

В тенсегрити-структурах при внешнем воздействии на них все компоненты структуры перестраиваются не хаотично, а вдоль линии воздействия.

Наглядно это можно видеть на примере паутины, сотканной пауком. Жёсткость этой конструкции придают, к примеру, ветви деревьев, между которыми натянута паутина. Потяните какую-то одну нить, и натянется вся паутина целиком вдоль приложенной силы, препятствуя её разрушению.

С увеличением внешнего воздействия всё большее количество компонентов структуры устремляется в направлении, заданном приложенной силой, что приводит к увеличению линейной жёсткости конструкции.

Где тонко, там и рвётся

Все компоненты тенсегрити-структуры взаимосвязаны. Если дать нагрузку на определенную часть структуры, то вся структура отреагирует, поглотив её. Если же подействовать на неё чрезмерной силой, то она сломается, но совсем не обязательно в месте воздействия.

Тенсегрити-структуры — менее жёсткие и более упругие, чем системы чистого сжатия. Поскольку в тенсегрити-структурах нагрузка распределяется равномерно по всем линиям натяжения, реакция на воздействие силы в какой-либо одной точке может оказаться непредсказуемой: если приложенная сила невелика, структура может поглотить нагрузку, если же сила существенна, структура может сломаться в какой-либо «ослабленной» точке, которая может находиться на значительном удалении от места приложения силы.

Поговорка «Где тонко, там и рвётся» достаточно точно отражает одно из следствий целостной реакции тенсегрити-структуры на внешнее воздействие. Сила всей тенсегрити-структуры зависит от силы самого слабого звена.

Две модели

Работу опорно-двигательного аппарата можно описать с помощью двух моделей: модели структуры чистого сжатия и тенсегрити-модели.

Структуры чистого сжатия

Когда западная наука начала изучать тело через «расчленение» его на все более мелкие части, то ученые пришли к пониманию тела как совокупности его отдельных частей. С этой точки зрения тело состоит из жестких костей, к которым крепятся более мягкие органы. Так в кирпичной стене каждый кирпич удерживает на себе вес кирпичей, расположенных выше. Аналогично каждый позвонок удерживает на себе позвонки, которые находятся над ним, таз удерживает позвоночник, а ноги — таз. Одни элементы давят на другие и за счёт этого выстраиваются относительно силы гравитации.

«Кирпичи» образуют вертикальную конструкцию, а вокруг кирпичей «наросли» двигающие эти кирпичи мышцы. Они крепятся к скелету и двигают кости относительно друг друга, словно тросы: бицепс сгибает руку в локтевом суставе, трицепс разгибает.

Такое видение соответствует модели чистого сжатия, которая исходит из того, что верхние кости прямолинейно давят на нижние, а в качестве основной силы, воздействующей на тело, рассматривается сила тяжести.

Но попробуйте себе представить кирпичную стенку, которая бы выполняла все разнообразие движений, на которые способен человек! Он бегает и прыгает, испытывая толчки при приземлении, лазает по деревьям, перемещает грузы, плавает, сражается на ринге и проч. Конечно же, любое строение сразу бы рухнуло от таких разнообразных воздействий. Так почему же человеческое тело, подвергаясь столь разноплановым нагрузкам, не разваливается? Ответ на этот вопрос однозначен: человеческое тело нельзя рассматривать исключительно с точки зрения модели чистого сжатия.

Тенсегрити-модель применительно к телу человека

Если человек стоит в обычной позе, то модель чистого сжатия с вертикальной нагрузкой в виде гравитации вполне подходит для его описания.

Но во многих случаях тенсегрити-модель (модель сбалансированного сжатия и натяжения) лучше описывает опорно-двигательный аппарат человеческого тела, чем модель чистого сжатия. С точки зрения тенсегрити наше тело состоит из жёстких костей и эластичных миофасций (вся соединительно-мышечная структура организма). Кости являются компонентами натяжения (натягивают миофасции изнутри наружу), а миофасции — компонентами сжатия (сжимают кости внутрь тела).

В этой модели рассматриваются не отдельные мышцы, а миофасциальные «нити», которые мы не напрягаем и расслабляем (как мышцы в модели чистого сжатия), а натягиваем и ослабляем