Исследовательская работа Бионика Учимся мудрости у природы

Исследовательская работа «Бионика. Учимся мудрости у природы»

Исследовательская работа "Бионика. Учимся мудрости у природы"

Мне очень нравиться изучать такой школьный предмет как окружающий мир. Познавать тайны природы познавательно и интересно.

На уроках окружающего мира в 3 классе мы рассматривали разные темы: из чего состоят предметы, изучали виды животных, знакомимся с законами природы… Н а каждом уроке мы наблюдаем, как люди используют природу и приходим к выводу, что природа – источник жизни людей. Природа дает человека пищу, одежду, кров… Природа источник здоровья человека… Природа вдохновитель на создание произведений искусства…

Кроме того природа открывает перед человеком бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Многие уроки окружающего мира подтверждают то, что природа – гениальный конструктор, инженер, художник и великий строитель. Любое творение природы представляет собой высокосовершенное произведение, отличающееся поразительной целесообразностью, надежностью, прочностью…

Кто первый – природа или люди? Иногда случается, что то или иное изобретение человечества уже давно «запатентовано» природой. То есть изобретатели, создавая нечто, не копируют, а придумывают сами технологию или принцип работы, а позже оказывается, что в естественной природе это уже давно существует, и можно было просто подсмотреть и перенять. Нужно быть очень внимательным, наблюдая за природой. Где-то еще остаются неизученными, прячутся созданные природой изобретения, призванные улучшить нашу жизнь. Мне стало интересно узнать, какая наука помогает людям делать новые изобретения, приоткрывая тайны природы? Какие изобретения (подсмотренные у природы) мы используем в своей жизни.

Целью моей работы стало: изучение науки бионики, как науки, открывающей человеку тайны природы для новых открытий.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Узнать, что такое «Бионика» и изучить историю появления науки «бионика». 3. Познакомиться с основными направлениями бионики и современными открытиями.

4. Найти общие черты и сравнить примеры жизнедеятельности живых организмов и технические изобретения человека. 5. Убедить других в необходимости быть внимательнее и бережливее к окружающему миру.

Предмет исследования: особенности жизнедеятельности живых организмов и технические изобретения человека.

Гипотеза: Зная о некоторых примерах использования человеком особенностей природы, животного и растительного мира, предполагаем, что мир создан совершенно, не требуя доработки, и человек в большинстве технических достижений лишь копирует свойства уже сотворённого.

От того на сколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на Земле, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле.

В ходе исследования применялись следующие методы: — поиск и сбор информации; — анализ;

Практическая значимость. Исследовательская работа способствует повышению интереса к изучению наук естественного цикла. Она будет интересна как обучающимся, так и педагогам. Многие даже не догадываются, как многим привычным и удобным вещам мы обязаны животным или растениям. Собираясь утром, мы не задумываясь, застёгиваем молнии и «липучки». Что говорить про сотовый телефон, который стал важным предметом нашей повседневной жизни. Таких примеров можно привести немало. Мы все живем в обществе, но очень важно и необходимо понимать и учитывать законы, которые созданы природой. Человек должен лишь умело владеть знаниями, чтобы воплотить в жизни все подсказки природы и раскрыть ее тайны . В процессе ознакомления с данной темой мы задумываемся над своим отношением к природе, над тем как следует относиться к окружающему миру, в котором мы живем.

Глава I . Что такое бионика?

1.1. Понятие бионика

Человека, с момента создания мира, интересовало многое: почему вода – мокрая, почему день сменяет ночь, почему мы ощущаем аромат цветов и пр. Естественно человек пытался этому найти объяснение. Но чем больше он узнавал, тем еще больше возникало у него вопросов: может ли человек летать как птица, плавать как рыба, как животные «узнают» о приближении шторма, о надвигающемся землетрясении, о грядущем извержении вулкана, можно ли создать искусственный разум?

Вопросов «почему» очень много, часто эти вопросы не научно истолковывались, порождая вымыслы, суеверия. Для этого нужно обладать хорошими знаниями во многих областях: в физике и химии, астрономии и биологии, географии и экологии, в математике и технике, в медицине и космосе.

А существует ли наука, которая объединила бы в себе все, смогла бы сочетать несочетаемое? Оказывается – существует! Это наука бионика — “БИОлогия” и “техНИКА”. Суть бионики состоит в том, чтобы заимствовать у природы ценные идеи и реализовывать их в виде оригинальных конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.

Понятие бионика состоит из частей слов «БИОлогия и техНИКА», что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня» [2] , которая принесет большую пользу человеку и природе».

В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от лат. bios — жизнь, и mimesis – подражание), который дословно можно перевести как «подражание, имитирование природы» [3] . Термин биомиметика впервые ввел в научную лексику американский писатель-натуралист Джанин Бениус.

В России, вместо биомиметики, чаще употребляется термин бионика.

1.2 .История появления науки

Датой рождения бионики как науки считается 13 сентября 1960 года. В США, в г. Дайтон состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки. Учёные избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла (Приложение 1). «Девизом бионики стали слова: «Живые прототипы – ключ к новой технике»» [4] .

Самая удивительная лаборатория — это живая природа . В этой лаборатории на протяжении сотен миллионов лет идет кропотливая работа: благодаря наследственности и изменчивости организмов в результате естественного отбора совершенствуются те качества и свойства животных и растений , которые лучше всего соответствуют условиям окружающей среды. Так постепенно достигается поразительная приспособленность к окружающим условиям. Человек давно не только удивляется этому совершенству природы и восхищается им, но и учится у природы, подражает ей.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи (Приложение 2). Великий ученый эпохи Возрождения долго наблюдал за полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог на нем, подобно птицам, парить над землей. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Из современных ученых можно назвать имя Хосе Дельгадо (Приложение 3). С помощью своих радиоэлектронных приборов он изучал «неврологическо физические характеристики животных. И на их основе пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами» [5] .

1.3.Основные направления бионики и современные открытия

Стремление обладать способностями, превосходящими те, что подарила нам природа, сидит глубоко внутри каждого человека – это подтвердит любой тренер по фитнесу или пластический хирург. Наши тела обладают невероятной способностью к адаптации, но есть вещи, которые им не под силу. Например, мы не умеем разговаривать с теми, кто находится вне пределов слышимости, мы не способны летать. Поэтому нам нужны телефоны, и самолеты. Чтобы компенсировать свое несовершенство, люди издавна применяли различные «внешние» приспособления, однако с развитием науки инструменты постепенно уменьшались и становились все ближе к нам.

Сегодня бионика имеет несколько направлений:

1.Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов, созданных по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям.
Яркий пример архитектурно-строительной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений (Приложение 4). «Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение». В чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Междоузлия стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица.

1. Биомеханика . Давно известно, что птицы, рыбы, насекомые очень чутко и

безошибочно реагируют на изменения погоды. Изучение сложной навигационной системы рыб и птиц, преодолевающих тысячи километров во время миграций и безошибочно возвращающихся к своим местам для нереста, зимовки, выведения птенцов, способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов.

Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике — это разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека; создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме «человек-машина». Эти направления тесно связаны друг с другом. (Приложение 5).

Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что у них есть две системы ориентации — дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя — по запаху (химизм прибрежных вод).

2. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток – нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Какой мальчишка не увлекался бы игрой в роботов, ни смотрел фильм про Терминатора или Рассомаху. Самые преданные бионики это инженеры, которые конструируют роботов. Разработчики — бионики исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных? «Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек» [6] . (Приложение 6).

Микроскопические роботы могут решать массу важных для человечества задач, совершить переворот в медицине, уничтожать вредные отходы и даже готовить необходимую людям инфраструктуру для жизни на других планетах.

Создано искусственное сердце из биологических материалов. Новое научное открытие может положить конец дефициту донорских органов.

Торжество бионики — искусственная рука. Ученым из Института реабилитации Чикаго удалось создать бионический протез, который позволяет пациенту не только управлять рукой с помощью мыслей, но и распознавать некоторые ощущения (Приложение 7).

Полезное применение нанороботов и наномашин планируется использовать в медицинских технологиях и военных технологиях.

1.4. Современные открытия , «подсмотренные у природы».

Природа! Чего только нет в ее «патентном бюро»! В современной технике многое напоминает живую природу. Подвесные мосты, самолёты и вертолёты, передвижение на гусеничном ходу, стрелы подъёмных кранов, землеройные машины — всё это подсказала человеку природа.
1. От одуванчика к парашюту. Уже в течение миллионов лет растения используют «парашютики» для распространения своих семян. Пушинки одуванчика тормозят падение семян, и ветер относит их очень далеко от того места, где они выросли. Струи тёплого воздуха поднимают семена одуванчика. Вот почему их можно увидеть даже на парапетах высоких зданий. Парашюты, изобретённые человеком, повторяют этот же принцип (Приложение 8). Когда ветер подхватывает парашют, его купол создаёт эффект торможения и скорость падения замедляется. Современные парашютисты могут парить в воздухе подобно планеру и управлять парашютом, «сбрасывая» воздух с разных частей купола.
2.От пингвина к снегоходной машине. В научно-исследовательской лаборатории механизации Горьковского политехнического института разработали под руководством А.Ф. Николаева снегоходную машину, в основе которой лежит принцип передвижения пингвинов по рыхлому снегу (Приложение 9). Значительные снеговые преграды пингвины преодолевают достаточно своеобразным способом — скользя на брюхе и отталкиваясь от снега ластами, что спасает птицу от проваливания в снежную толщу и одновременно позволяет развивать весьма приличную скорость — до 20 км/ч. Точно так же, лежа на снежной поверхности широким днищем и отталкиваясь от нее колесными плицами, легко скользит по рыхлому снегу новая снегоходная машина «Пингвин», развивая скорость до 50 км/час. В таких машинах давно нуждаются многие отрасли народного хозяйства на Севере нашей страны.
3.От ели к Останкинской башне. Одной из опорных форм в природе является конус. Он присутствует в построении крон и стволов деревьев, стеблей и соцветий, грибов, раковин и т.д. В природе встречаются два вида конуса. Первый-конус основанием вниз. Это форма помогает выдержать ветровые нагрузки и действия силы тяжести. Второй вид конуса основанием вверх. Но чаще в природе проявляется взаимодействие двух конусов. Примером служат кроны многих деревьев, которые внизу начинают развиваться в виде конуса основанием вверх, а заканчиваются вершиной вверх. Архитекторы нередко используют принцип конуса). Так, в конструкции Эйфелевой башни отчетливо виден конус основанием вниз. Принцип конуса вверх лежит в основе построения водонапорной башни в Алжире (Приложение 10).

Источник

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Человек, как известно, великий изобретатель: ни один другой вид на Земле не может похвастаться таким количеством технических приспособлений, позволяющих облегчить повседневную жизнь. Но такие ли уж мы умные на самом деле? Единственные, кто « обскакал» нас в вопросах изобретательности это неразлучная парочка естественный отбор и эволюция.

Именно поэтому в последние годы мы стали все чаще приспосабливать природные задумки под свои цели. Это явление называется в науке биомиметика ( или бионика) – создание механизмов, основные элементы которых мы « подсматриваем» у природы.

Акулья кожа для рекордов по плаванию

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Производители одежды для пловцов давно восхищались умением разного рода морских созданий плавать с невероятной скоростью, многократно превышающей мышечные возможности, за счет превращения турбулентного водного потока в латеральный. Исследовали всех: начиная от дельфинов и заканчивая мелкими рыбешками, но только у акул нашли способ, который можно было воплотить в плавательном костюме.

Дело в том, что на коже акулы при ближайшем рассмотрении можно заметить крохотные рифлёные чешуйки, которые « гасят» сопротивление воды. И вот в 2000 году компания Speedo представила костюм с этим эффектом и произвела фурор: спортсмены, выступавшие купальниках этого типа, завоевали на Олимпийских играх в Сиднее в общей сложности 83 процента от всех медалей и установили 12 мировых рекордов.

Краска с эффектом лотоса

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Так выглядит « эффект лотоса»

Прекрасные лотосы древние индийцы недаром считали воплощением божества. Ведь они ухитрялись оставаться абсолютно чистыми в самых грязных водоемах, кишащих кишечной и прочими палочками. Всеиз-за особой структуры поверхности листа этого водного растения, с которого капли воды скатываются как шарики ртути: она не гладкая, а состоит из микроскопических иголочек, снижая площадь соприкосновения с каплей воды или грязи до минимума.

Ученые долго изучали свойства лотоса и, в итоге, создали краску, с которой вода и грязь скатываются даже лучше, чем с гуся. Покрашенные ею предметы можно мыть раз в пять лет, а то и реже – поверхности вообще не загрязняются из-за микроструктуры краски после засыхания.

Застежка-молния

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Достоверно неизвестно, знал ли об этом изобретатель первой в мирезастежки-молнии, но принцип « зиппера» уже миллионы лет используют птицы для того, чтобы « латать» свои перышки. Наверняка у многих из вас в детстве было подобранное на улице перо какой-нибудь птицы. И мало кто мог устоять перед соблазном проткнуть его, а потом как ни в чем не бывало погладить двумя пальцами: перо на глазах становилось целым.

Так вот птицы, как и производители джинсов и курток, используюмикро-крючочки для создания гладкой и легко восстанавливающейся поверхности.

Компьютерный кровоток

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Специалисты знают, что одна из самых больших инженерных проблем, с которой сталкиваются производители высокомощных процессоров, – это энергоэффективная система охлаждения. Чего только ни придумали, начиная от вентиляторов и заканчивая фреонами, чтобы искусственные « мозги» не перегревались. Но все равно ничего лучше, чем то, что заложила в наши организмы природа, не изобрели.

Пару лет назад корпорация IBM представила новую технологию охлаждения процессоров и производительных компьютерных плат, основанную на принципе кровотока. Новинка получила название Cool Blue и работает следующим образом: в системе под очень большим давлением циркулирует специальная жидкость, которая распределяется по 50 тысячам микроскопических каналов на поверхности процессора.

Если вы еще не поняли, как это, погуглите по запросу « капилляры» – сразу все станет ясно. Охлаждаться процессоры будущего станут так же, как краснеют от мороза ваши щечки. Технология, кстати, очень энергоемкая. Вы ведь тоже не от батарейки работаете.

Яйцо-купол и небоскреб-кипарис

Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у Природы

Но чаще всего бионика используется, пожалуй, даже не в технике и изобретательстве, а в архитектуре. Скелеты животных становятся прообразами каркасов для сложных конструкций, а обыкновенное яйцо – куполом одного из самых красивых соборов в мире. Именно по аналогии с ним, и это документально подтвержденный факт, построил гигантский купол флорентийского собора гениальный архитектор эпохи Возрождения Филиппо Брунеллески.

Собор стоит и по сей день и не протекает, а современные мастера, несмотря на все достижения науки и натурный прототип перед глазами, до сих пор повторить не могут. Впрочем, у них осталось еще много объектов для копирования. В Шанхае, например, собираются строить башню-кипарис на 100 тысяч человек. Башня-город будет иметь ширину всего 166 на 133 метра, а общая площадь составит 2 миллиона квадратных метров.

Принцип позаимствовали у кипариса, корневища которого, как известно, уходят в глубину всего на несколько десятков сантиметров, но за счет сплетений, создающих эффект губки, держатся на поверхности крепко, как никто другой.

Источник



Учимся у природы бионика

В процессе изучения окружающего мира и наблюдения за поведением, внешним строением живых организмов, мы даже не догадываемся, как многим обязаны, именно животным и растениям.

Мы не задумываясь, застёгиваем «молнии» и «липучки» на куртках и обуви. А ведь, именно эти простые, но очень удобные изобретения человек позаимствовал у природы. Изобретение застёжки «молния» было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление. В основе застёжки « липучка» — свойства колючек репейника, которые легко прилипают к различным материалам, образуя прочное соединение.

Именно, благодаря изучению живых существ, были сделаны очень важные и значительные открытия в технике, медицине, электронике и других науках. Нам захотелось узнать какие знания о тайнах природы, человек научился использовать в практической деятельности.

Цель: формирование представления о науке «Бионика» и её взаимосвязи с техникой.

1. Познакомиться с историей создания науки «Бионика».

2. Узнать основные направления бионики.

3. Показать взаимосвязь бионики с техникой.

4. Обозначить важное практическое значение бионики.

Методы исследования: изучение литературы, наблюдение, обобщение.

2.1 История возникновения бионики.

Мастерская природы — нерукотворный источник всего живого на нашей планете. Природа — гениальный конструктор, инженер, художник и великий строитель. Любое творение природы представляет собой высокосовершенное произведение, отличающееся надежностью и прочностью. С давних пор человек стремился заглянуть «внутрь живых моделей», разгадать «секреты» их действия и направлял свой творческий ум на изучение, «подглядывание» за природой и подражание.Многие животные наделены удивительными способностями. Изучение их уникальных свойств позволило науке в ХХ веке сделать резкий рывок вперед. Организмы этих животных послужили образцами для высокоточных приборов, аппаратов и технологий. Заимствование и использование человеком в своих целях оригинальных и необычных изобретений природы, позволило создать новое направление в науке — бионики. Своё название бионика получила от древнегреческого слова "bion» — элемент жизни, ячейка, или элемент биологической системы. Бионика изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов, с целью создания более совершенных технологий и устройств. Ученые-бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике». Основоположником бионики принято считать Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов основаны на строении крыла птицы.

Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 года — день открытия первого американского национального симпозиума на тему: «Живые прототипы искусственных систем — ключ к новой технике» и обозначил новое научное направление, возникшее на стыке биологии и инженерного искусства.

2.2 Направления бионики.

Достижения бионики используются в различных сферах для усовершенствования уже существующих приборов, строительных конструкций, а также создания принципиально новых технологий и устройств. В настоящее время различают три направления в бионике: биологическое; математическое; техническое.

В данной работе мы хотели подробнее остановиться на достижениях в одном из направлений бионике — техническом.

2.3 Техническое направление бионики

2.3.1 Открытия, связанные с полетом птиц.

а) По принципу работы крыльев насекомых созданы ветряные мельницы.

б) Основоположник современной аэродинамики Н.Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить. Он рассчитал подъёмную силу крыла, которая смогла удерживать самолёт в воздухе. Конструкция крыла самолета максимально приближена к форме крыльев крупных птиц. На основании проведённых исследований появилась современная авиация. Долгое время проблемой при строительстве скоростной авиации было внезапно возникающие вибрации крыла. Из-за этого самолет мог развалиться в воздухе за несколько секунд. После тщательного изучения аварийных ситуаций конструкторы нашли необходимое решение — крылья стали делать с утолщением на конце. Похожие утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекоз.

2.3.2 Открытия, связанные с поведением морских обитателей.

а) Изучая особенности строения и поведения морских обитателей, их гидродинамические особенности — учёные стали использовать эти знания при строительстве подводных лодок и морских судов.

Часто говорят: «плавает, как рыба». В действительности, все рыбы плавают по-разному. Лосось плывет со скоростью 18 км/час, скорость акул равна 36–42 км/час. Морское млекопитающее кит свободно плывет со скоростью 40 км/час. Дельфины развивают очень высокую скорость движения, около 56 км/час. В чем же секрет высокой скорости движения дельфина? Исследователи выяснили, вся тайна этого животного заключена в структуре его кожи. В 1960 г. изучая природный кожный покров дельфина в США немецкий инженер Макс Крамер создал опытные образцы покрытий твердых тел в целях снижения силы трения. Мягкая оболочка — «дельфинья кожа» получила название «ламинфло» (от слов «laminar flow» — ламинарное течение, т.е. без завихрения). Сначала она была изготовлена из двух, а затем из трех слоев резины толщиной около 2,5 мм. Она имитировала строение кожи дельфина. Первые же опыты с торпедой и катером, обшитыми такой мягкой оболочкой «ламинфло», были успешны. Торможение снизилось почти наполовину, а скорость увеличилась в двое. Обшивка подводной части судов, выполненная из этого материала, увеличивает их быстроходность на 20%.

б) Изучая тело медузы, похожее на холодец, ученые нашли у неё много интересного. Для передвижения медуза, с силой выталкивает из своих щупалец воду и таким образом продвигается вперед. Именно этот принцип был использован для движения ракет. Из ее сопла с огромной скоростью вырываются раскаленные газы, толкая ракету в противоположную сторону. Идея использования ракет с реактивным двигателем для космических полётов была предложена в начале ХХ века русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее, находящееся на самом аппарате, и приобретающий скорость в обратном направлении. Идея К.Э. Циолковского была успешно воплощена советскими учёными под руководством академика С.П. Королёва. 4 октября 1957 г. с помощью ракеты был запущен первый в истории искусственный спутник Земли. 12 апреля 1961 г. Юрий Гагарин облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток». Он был первым человеком, который совершил полёт в космическое пространство.

в) Французский исследователь морских глубин Жак-Ив Кусто долго наблюдал за жучком, который тянул за собой в воду пузырек с воздухом. Это был жук – плавунец. Плавунцы живут в воде, жабры у них отсутствуют, а дышат они атмосферным воздухом. Всплывая на поверхность водоема, жук выставляет из воды задний конец брюшка, набирая, воздух в полость. Дыхальца, куда поступает кислород, находятся по краям брюшка. Пока пузырь находится в воде, он насыщается растворенным в ней кислородом.

Благодаря возможности регулировать количество кислорода под надкрыльями, насекомые могут плавать как у поверхности воды, так и опускаться на большую глубину. Это и послужило ученому идеей для создания акваланга. В акваланге дыхательная система автоматически, сама дает человеку воздух с давлением окружающей среды. То есть человек на любой глубине получает воздух с нужным ему давлением. Это дает возможность не только полной автономности под водой, но и возможности длительности плавания. Само название «Акваланг» образовалось в результате сложения слов из двух языков — латинского «аqua» (вода) и английского «lung» (лёгкое).

Работая над этой темой, мы узнали много интересных фактов о воплощение природных "идей" в технические открытия. Бионика — одна из тех наук, которая тесныим образом связана с живой природой. Она помогает человеку, через сознательное изучение и наблюдение за животными и растениями, имитировать их строение, движение, полеты и создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.

Оттого, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле.

Потенциал бионики практически безграничен. Её достижения очень важны для человека. Появляется всё больше областей ее исследования, постоянно расширяются перспективы в создании новых уникальных материалов и приборов.

Источник

Бионика и ее использование в жизни человека. Примера достижений бионики

Бионика (от греч. biōn — элемент жизни, буквально — живущий) – это наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц — орнитоптер.

Лозунг бионики: «Природа знает лучше». Что же это за наука такая? Уже само название и такой девиз дают нам понять, что бионика связана с природой. Многие из нас ежедневно сталкиваются с элементами и результатами деятельности науки бионики, даже не подозревая об этом.

Вы слышали о такой науке, как бионика?

Биология — это популярное знание, с которым нас знакомят ещё в школе. Почему-то многие считают, что бионика — один из подразделов биологии. На самом деле это утверждение не совсем точное. Действительно, в узком смысле слова бионика — это наука, изучающая живые организмы. Но чаще всего мы привыкли ассоциировать с этим учением нечто другое. Прикладная бионика — наука, которая сочетает в себе биологию и технику.

Предмет и объект бионических исследований

Что изучает бионика? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть структурное деление самого учения.

Биологическая бионика исследует природу такой, какая она есть, без попытки вмешательства. Объектом её изучения являются процессы, происходящие внутри биологических систем.

Теоретическая бионика занимается изучением тех принципов, которые были замечены в природе, и на их основе создаёт теоретическую модель, в дальнейшем применяемую в технологиях.

Практическая (техническая) бионика — это применение теоретических моделей на практике. Так сказать, практическое внедрение природы в технический мир.

Откуда всё начиналось?

Отцом бионики называют великого Леонардо да Винчи. В записях этого гения можно найти первые попытки технического воплощения природных механизмов. Чертежи да Винчи иллюстрируют его стремление создать летательный аппарат, способный двигать крыльями, как при полёте птицы. В своё время такие идеи были слишком дерзкими, чтобы стать востребованными. Они заставили обратить на себя внимание значительно позже.

Первым, кто стал применять принципы бионики в архитектуре, был Антони Гауди-и-Курнет. Его имя прочно впечатано в историю этой науки. Архитектурные сооружения по проектам великого Гауди впечатляли в момент их сооружения, и такой же восторг они вызывают через много лет у современных наблюдателей.

Следующим, кто поддержал идею симбиоза природы и технологий, стал Под его руководством началось широкое применение бионических принципов в проектировании зданий.

Утверждение бионики как самостоятельной науки произошло лишь в 1960 году на научном симпозиуме в Дайтоне.

Развитие компьютерной техники и математического моделирования позволяют современным архитекторам намного быстрее и с большей точностью воплощать в архитектуре и других отраслях подсказки природы.

Природные прототипы технических изобретений

Самым простым примером проявления науки бионики является изобретение шарниров. Всем знакомое крепление, основанное на принципе вращения одной части конструкции вокруг другой. Такой принцип используют морские ракушки, для того чтобы управлять двумя своими створками и по надобности открывать их или закрывать. Тихоокеанские сердцевидки-великаны достигают размеров 15-20 см. Шарнирный принцип в соединении их ракушек хорошо просматривается невооружённым взглядом. Мелкие представители этого вида применяют такой же способ фиксации створок.

В быту мы часто используем разнообразные пинцеты. Природным аналогом такого прибора становится острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы применяют тонкий клюв, втыкая его в мягкую почву и доставая оттуда мелких жуков, червяков и прочее.

Многие современные приборы и приспособления оснащены присосками. Например, их используют для усовершенствования конструкций ножек различных кухонных приспособлений, чтобы избежать их скольжения во время работы. Также присосками оснащают специальную обувь мойщиков окон высотных зданий для обеспечения их безопасной фиксации. Это нехитрое приспособление тоже позаимствовано у природы. Квакша, имея на ногах присоски, необычайно ловко держится на гладких и скользких листьях растений, а осьминогу они необходимы для тесного контакта со своими жертвами.

Можно найти множество таких примеров. Бионика — это как раз та наука, которая помогает человеку заимствовать у природы технические решения для своих изобретений.

Кто первый — природа или люди?

Иногда случается, что то или иное изобретение человечества уже давно «запатентовано» природой. То есть изобретатели, создавая нечто, не копируют, а придумывают сами технологию или принцип работы, а позже оказывается, что в естественной природе это уже давно существует, и можно было просто подсмотреть и перенять.

Так произошло с обычной липучей застёжкой, которая используется человеком для застегивания одежды. Было доказано, что в для сцепления тонких бородочек между собой тоже применяются крючочки, подобно тем, которые есть на застёжке-липучке.

В строении фабричных труб наблюдается аналогия с полыми стеблями злаков. Продольная арматура, используемая в трубах, сходна со склеренхимными тяжами в стебле. Стальные кольца жёсткости — междоузлия. Тонкая кожица с внешней стороны стебля — это аналог спиральной арматуры в строении труб. Несмотря на колоссальное сходство структуры, учёные самостоятельно изобрели именно такой метод постройки фабричных труб, а уже позже увидели тождество такого строения с природными элементами.

Бионика и медицина

Применение бионики в медицине даёт возможность спасти жизнь многим пациентам. Не прекращаясь, ведутся работы по созданию искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека.

Первым посчастливилось испытать датчанину Деннису Аабо. Он потерял половину руки, но сейчас имеет возможность воспринимать предметы на ощупь с помощью изобретения медиков. Его протез подключён к нервным окончаниям пострадавшей конечности. Сенсоры искусственных пальцев способны собирать информацию о прикосновении к предметам и передавать её в мозг. Конструкция на данный момент ещё не доработана, она очень громоздкая, что затрудняет её использование в быту, но уже сейчас можно назвать такую технологию настоящим открытием.

Все исследования в данном направлении полностью основываются на копировании природных процессов и механизмов и их техническом исполнении. Это и есть медицинская бионика. Отзывы учёных гласят, что в скором времени их труды дадут возможность менять износившиеся живые органы человека и вместо них использовать механические прототипы. Это действительно станет величайшим прорывом в медицине.

Бионика в архитектуре

Архитектурно-строительная бионика — особая отрасль бионической науки, задачей которой становится органическое воссоединение архитектуры и природы. В последнее время всё чаще при проектировании современных конструкций обращаются к бионическим принципам, позаимствованным у живых организмов.

Сегодня архитектурная бионика стала отдельным архитектурным стилем. Рождалась она с простого копирования форм, а сейчас задачей этой науки стало перенять принципы, организационные особенности и технически их воплотить.

Иногда такой архитектурный стиль называют экостилем. Всё потому, что основные правила бионики — это:

  • поиск оптимальных решений;
  • принцип экономии материалов;
  • принцип максимальной экологичности;
  • принцип экономии энергии.

Как видите, бионика в архитектуре — это не только впечатляющие формы, но и прогрессивные технологии, позволяющие создавать сооружение, отвечающие современным требованиям.

Характеристики архитектурных бионических строений

Опираясь на былой опыт в архитектуре и строительстве, можно сказать, что все сооружения человека непрочны и недолговечны, если они не используют законы природы. Бионические здания, помимо удивительных форм и смелых архитектурных решений, обладают стойкостью, способностью выдерживать неблагоприятные природные явления и катаклизмы.

В экстерьере зданий, построенных в этом стиле, могут просматриваться элементы рельефов, форм, контуров, умело скопированные инженерами-проектировщиками с живых, природных объектов и виртуозно воплощенные архитекторами-строителями.

Если вдруг при созерцании архитектурного объекта покажется, что вы смотрите на произведение искусства, с большой вероятностью перед вами строение в стиле бионика. Примеры таких конструкций можно увидеть практически во всех столицах стран и больших технологически развитых городах мира.

Конструкция нового тысячелетия

Ещё в 90-х годах испанской командой архитекторов был создан проект здания, основывающийся на совершенно новой концепции. Это 300-этажное строение, высота которого будет превышать 1200 м. Задумано, что передвижение по этой башне будет происходить с помощью четырёх сотен вертикальных и горизонтальных лифтов, скорость которых — 15 м/с. Страной, согласившейся спонсировать данный проект, оказался Китай. Для строительства был выбран самый густонаселённый город — Шанхай. Воплощение проекта позволит решить демографическую проблему региона.

Башня будет иметь полностью бионическую структуру. Архитекторы считают, что только это сможет обеспечить прочность и долговечность конструкции. Прототипом строения является дерево кипарис. Архитектурная композиция будет иметь не только цилиндрическую форму, похожую на ствол дерева, но и «корни» — новый вид бионического фундамента.

Наружное покрытие здания — это пластичный и воздухопроницаемый материал, имитирующий кору дерева. Система кондиционирования этого вертикального города будет аналогом теплорегулирующей функции кожи.

По прогнозам учёных и архитекторов, такое здание не останется единственным в своём роде. После успешного воплощения количество бионических строений в архитектуре планеты будет только увеличиваться.

Бионические здания вокруг нас

В каких известных творениях была использована наука бионика? Примеры таких сооружений несложно отыскать. Взять хотя бы процесс создания Эйфелевой башни. Долгое время ходили слухи, что этот 300-метровый символ Франции построен по чертежам неизвестного арабского инженера. Позже была выявлена полная её аналогия со строением большой берцовой кости человека.

Кроме башни Эйфеля во всём мире можно найти множество примеров бионических сооружений:

  • возводилась по аналогии с цветком лотоса.
  • Пекинский национальный оперный театр — имитация водяной капли.
  • Плавательный комплекс в Пекине. Внешне повторяет кристаллическую структуру решётки воды. Удивительное дизайнерское решение совмещает и полезную возможность конструкции аккумулировать энергию солнца и в дальнейшем использовать её для питания всех электроприборов, работающих в здании.
  • Небоскрёб «Аква» внешне похож на поток падающей воды. Находится в Чикаго.
  • Дом основателя архитектурной бионики Антонио Гауди — это одно из первых бионических сооружений. До сегодняшнего дня он сохранил свою эстетическую ценность и остаётся одним из самых популярных туристических объектов в Барселоне.

Подводя итоги

Подводя итоги, можно смело заявить: всё, что изучает бионика, актуально и нужно для развития современного общества. Каждый должен ознакомиться с научными принципами бионики. Без этой науки невозможно представить технический прогресс во многих сферах деятельности человека. Бионика — это наше будущее в полной гармонии с природой.

Источник

Adblock
detector