Біоніка цікаві факти. Презентація з біології "Біоніка-жива майстерня природи". Природні прототипи технічних винаходів

Минулого року, під час виконання мого проекту на тему: «Моя школа №2 майбутнього», я зіткнувся з тим, як багато в сучасному світібудинків, будівель, споруд, що гармонійно зливаються з природою. І я почав пошук в Інтернеті таких проектів, і на свій подив зробив для себе відкриття, що є така наука, яка дозволяє з'єднати живу природуз технікою, називається вона – біоніка.Біоніка (від грецького BION – живе) – наука, яка допомогла людині застосувати закони природи у технологічному прогресі. Прикладів цього багато, я переконався у цьому. Тепер прогулюючись містом, я точно знаю, де в якій споруді були застосовані знання про природу, наприклад, труби котельні за аналогією збігаються зі стеблом рослин, які при поривах вітру не ламаються.Крім того, я дізнався, що біоніку розрізняють за видами:

Біологічна біоніка, в якій людина вивчає природу, як все влаштовано в ній, чому і для чого саме так влаштовано;

Теоретичну біоніку, яка з допомогою математичних прикладів може розрахувати пристрій природи;

Технічну біоніку, яка застосовує теоретичну біоніку для побудови якогось креслення, наприклад, робота.

Взагалі, як я зрозумів, біоніка поєднала кілька наук – це біологія, креслення, фізика, хімія, математика, електроніка та ін. міг би літати. До речі, перший літальний апарат з крилами, що махають, зміг побудувати Леонардо да Вінчі. Креслення збереглися донині, а жив він у 15 столітті.Наука ця зовсім не нова, як ми бачимо з прикладів, людина у будь-якому своєму творі черпає натхнення з живої природи. Я також спробую створити свій проект, використовуючи знання біології.Вважаю, обрану мною тему є актуальною, бо, на мій погляд, люди повинні жити в гармонії та берегти природу для майбутнього покоління.

Методика дослідження

З розповідей Айгюль Мінірасимівни на уроках Навколишнього світу, я зробив висновок, що людина останнім часом варварськи ставилася до навколишнього середовища, не правильно використовувала природні ресурсивирубував ліси. Але коли я почав працювати на тему «Біоніка», побачив і переконався, що люди можуть жити, не нашкодивши природі та тваринам. Я вам розповім, з чого це зрозумів.

Архітектурна біоніка

Отже, трохи з історії, першим використав природні форми у будівництві Антоніо Гауді на початку 19 століття. Лише 1960 року на раді вчених у Дайтоні біоніку визнали як окрему науку. Вона має свій символ (див. дод.) – скальпель і паяльник, з'єднані знаком інтеграла. Скальпель – символ біології, паяльник – техніки, інтеграл – знак нескінченності.Як я говорив вище застосування біоніки в будівництві багато, але я вам покажу, на мій погляд найцікавіші:Архітектор Гауді задумав його в 1883 році, будівництво повинне закінчитися в 2026 році, через сто років після його смерті.Як бачимо, колони схожі дерева з гілками, які міцно тримають дах будівлі.Його дах оформлений у вигляді крил, які відкриваються та закриваються, захищаючи будівлю від яскравих сонячних променів. На створення цього проекту автора надихнуло поряд озеро Мічиган з численними човнами і вітрилами.Основою будівлі є екзоскелетна структура, завдяки якій повітря проходить крізь усю будівлю.Збудований у 2004 році. На мій погляд, це гармонійне злиття з природою. Будівля у вигляді труби плавно огинає нерівності ландшафту.Схожий на молюска, викинутого на берег. Оболонка будівлі нагадує шкіру тварини, яка переливається на сонце.Я вважаю цю будівлю майбутнього. Водорості всередині прозорого скла,

забезпечені поживними речовинами та вуглекислим газом. Саме вони виробляють біогаз за допомогою якого будівля забезпечується енергією та теплом.Є символом Австралії, з трьох боків оточений водою. Нагадує величезний корабель, що летить на всіх вітрилах на зустріч із вітром.Як бачимо з перелічених вище прикладів, будівлі справді або символізують живу природу, або воєдино злилися з місцевим ландшафтом. Цей факт підтверджує, що біоніка існує в архітектурі та будівництві, мало того вона робить світ навколо гармонійним та красивим нашому погляду.

Біоніка у дизайні

Застосування біоніки у дизайні дуже багато. Дизайнери прагнуть у сучасному світі зробити навколишній простір більш природним до людини, щоб було комфортно жити, відпочивати, працювати… Я знайшов кілька варіантів, як дизайнери застосовують знання про біоніку на ділі, ось деякі з них, більш менш прості:

Стілець у формі застиглого дубового листа, мені здається, він дуже зручний і красивий.

Абажур у формі гарбуза, по-домашньому затишний.

Інтер'єр оформлений у вигляді мальовничого лісу.

Я вибрав цей приклад не просто, мені здається це ідеальний варіант, тому що людина приходить додому відпочивати, і ось, виявляється, по середині галявини в лісі, навіть цей маленький столик нагадує деревце з гілками, зелений і білий коліррозслаблюють, роблять повітря прозорим. Навколо жива зелень робить атмосферу затишною.Завдяки відкриттю такої науки як біоніка люди почали черпати натхнення з природи. Поряд з будинком дерево, що стоїть, може навести на створення столу, стільця, шафи і т.д. Таким чином, до нас у будинок приходить настрій, затишок, кольори, які тішать наш погляд. Ми мимоволі відтворюємо навколо себе частинку природи, милий серцю куточок у кам'яних джунглях, живемо в гармонії з довкіллямне порушуючи балансу.

Чудотехніка. Складне у простому

Я розповідав раніше, як люди ще в давні часи підглядали за живими організмами і намагалися зробити щось схоже, наприклад, крила, спів птахів, знаряддя за формою, що нагадує бивні і т.д.Так ось з того часу нічого не змінилося, людина й досі вивчає та підглядає за будовою живих істот, повторює все, що корисно для людей. У 1948 році ясним літнім днем ​​винахідник Жорж де Местраль прогулювався зі своїм собакою. Після прогулянки він помітив у себе на штанах та на вихованці колючки, потім вирішив їх подивитися під мікроскопом і побачив безліч гачків, які зачепилися за нитки одягу та шерсть. Після де Местраль задумав зробити застібку, конструкція якої працювала б за таким принципом. Він порадився зі спеціалістами з тканин, але багато хто його не зрозумів. Все ж таки знайшовся один ткач і зіткав вручну дві смужки (одну з гачками, іншу з петлями). Ось так з'явилася знайома нам усім застібка-липун, яку ми щодня застібаємо та розстібаємо на куртці, шапці, взутті.

Проект

Ознайомившись із цією темою, я приступив до створення свого об'єкта. Навколо велика кількість багатоквартирних будинків. Вони потрібні, тому що люди повинні десь жити і місця багато вони не займають. Тому я маю щось придумати, на зразок такого будинку, запозичивши щось із природи. І на думку мені спала думка - стільники бджіл. Чому ні? Незвичайно та практично. А що щодо форми шестикутника, то люди живу і в круглих будинках, і в трикутних. І я приступив до креслення. І ось що в мене вийшло.Мені здається, що такі будинки треба будувати там, де часто трапляються землетруси. На даху можна встановити сонячні батареї для забезпечення потреб будівлі та для того, щоб узимку сніг не накопичувався, а танув.

Результат

У ході проведеного мною дослідження, я прийшов до того, що нова наука біоніка існує в нашому житті повсюдно і має величезну користь для людей.Ми з моїм науковим керівником Айгюль Мінірасимівна вивчили позитивні та негативні сторони впливу біоніки на зовнішній світ і відобразили це у вигляді даної таблиці.

З таблиці видно, що нова наука надає здебільшого позитивні якостіна природу, на людину.

Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версіяроботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

ВСТУП

Біоніка - напрямок у біології та кібернетиці; вивчає особливості будови та життєдіяльності організмів з метою створення нових приладів, механізмів, систем та вдосконалення існуючих.

Людина часто навчається від природи, створюючи інструменти та прилади, якими природа користується протягом багатьох років, відточуючи свою майстерність у процесі еволюції. Ми часто користуємося такими інструментами як кліщі, молотки, гребінці, щітки та багато іншого і не замислюємося, як вони з'явилися. Спочатку цим творцем була природа. Це вона має безліч інструментів, тільки вони зроблені ще краще, якіснішими і є точнішими, ніж інструменти техніки. Вони виготовлені не з металу, а, наприклад, з хітину, як у комах. Вивчаючи науку – Біоніку – виникали питання. А чи багато хто знає про цю науку? А якими приладами та інструментами, створеними природою, ми користуємося вдома? Чи може людина обійтися без цих інструментів?

Гіпотеза:Ми припустили, що людина часто використовує у своїй повсякденному життіінструменти, створені природою, і може без них обійтися.

Мета роботи: Вивчення інструментів середньої статистичної сім'ї, що перебувають у квартирі.

Завдання дослідження:

1. Подивитися на різноманітність інструментів у квартирі та вивчити, як природа спочатку використовувала даний об'єкт.
2. Визначити з якою метою використовуються інструменти і чи можна без них обійтися.
3. Провести опитування серед тих, хто навчається на знання науки - БІОНІКИ, об'єктів її дослідження та застосування знань на практиці.
4. Створення брошури з метою ознайомлення учнів із наукою – БІОНІКОЮ.

Об'єкт дослідження:інструменти використовувані людиною.

Предмет дослідження: знання про природу, використовувані людиною при створенні інструментів

Методи дослідження:соціологічне опитування, дослідження інструментів, що використовуються людиною, створення брошури.

ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

1.1 Наука - Біоніка - сформувалася в другій половині 20-го століття. Біоніка – «БІОлогія» та «Техніка», що означає «вчитися у природи техніці завтрашнього дня», яка принесе велику користьлюдині та природі, ніж техніка існуюча сьогодні. (інтернет ресурс)

Біоніка має символ: схрещені скальпель, паяльник і знак інтеграла.

Біоніка - наука, прикордонна між біологією та технікою, що вирішує інженерні завдання на основі моделювання структури та життєдіяльності організму

З розвитком авіації вдосконалювалися і літальні апарати. Однак, тривалий час страшним бичем швидкісної авіації був флаттер - вібрації крил, що раптово виникають на певній швидкості, і приводили до того, що літаки найміцніших конструкцій розвалювалися в повітрі за кілька секунд. Після численних аварій конструктори навчилися боротися із цим лихом: крила почали робити з потовщенням на кінці. І вже потім знайшли такі самі хітинові потовщення на кінцях крил метеликів.

Спостерігаючи за ракоподібними і за тим, як вони хапають клешнями, вчені вигадали зручні медичні затискачі, якими користуються і зараз.

Моделювання органу медузи, що вловлює інфразвуки, дозволило створити технічний пристрій, що попереджає за багато годин про настання шторму та вказує напрям, звідки він прийде.

Обтічна форма акули та її зовнішня будова стала зразком сучасних підводних човнів. Кальмар, забираючи воду, з силою її виштовхує. Це допомагає йому рухатися із великою швидкістю. Цей принцип людина застосувала до створення реактивного двигуна [ 2 ].

Кажан під час польоту орієнтується по відображенню безперервно створюваних нею звукових хвиль. Локаційний апарат мишей має більшу точність, ніж створені людиною радіо- та гідролокатори.

Густав Ейфель у 1889 році побудував креслення Ейфелевої вежі. Ця споруда вважається одним із найраніших очевидних прикладів використання біоніки в інженерії. Херман фон Мейєр досліджував кісткову структуру головки стегнової кісткитам, де вона згинається і під кутом входить у суглоб.

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Об'єкт дослідження: наука - БІОНІКА.

2.1 Проведення соціологічного опитування

Для проведення шкільного соціологічного опитування було складено 8 питань із вибором відповіді (Додаток 1.).

Опитування проводилося серед учнів із 5-го по 9-й клас. Усього 126 респондентів. Результати опитування таблиця №1 (Додаток 2)

Перше питання розкривало уявлення про саму науку - біоніку. По формулюванні питання багато учнів зорієнтувалися правильно, відповівши нього - 95.5%. Хоча багато хто стверджував, що не уявляє, що вивчає дана наука. Ми розкрили поняття – БІОНІКА, а потім продовжили відповідати на запитання. Найгірше впоралися п'ятикласники – 63.8%, а найкраще відповіли 9-і класи – 93%. Це говорить про великий багаж знань отриманих за 9 років навчання у школі. Але за відповідями (додаток 2. таблиця №2) можна простежити і побачити, що для найлегше питання було №5, майже всі відповіли правильно. І так само важким питанням виявився №8. Тільки 9 - ки багато хто міг на нього правильно відповісти, тому що вивчили анатомію людини в повному обсязі.

2.2 Вивчення інструментів, що використовуються людиною.

2.2.1Інструмент: Комбіновані кліщі(Додаток 3. табл. №1)

Природний об'єкт: Кліщі мурашиного лева- мурашиний лев живиться личинками комах. Він розриває воронки в піску, якщо в цю пастку потрапляє мураха, то мурашиний лев кидає йому слідом пісок, тим самим заважає вибратися назад. При цьому він використовує свої кліщі як совок для піску. Коли він висмоктує вміст своєї жертви, він викидає порожню оболонку з лійки. Кліщі мурашиного лева можуть сипати пісок, хапати видобуток і впиватися до нього; вони діють як шприц, невеликий всмоктуючий насос або інструмент для кидка. Таким чином, вони представляють вигляд комбінованих кліщів, що має шість функцій.[1]

Використання інструменту:Найчастіше під час роботи використовують кліщі, здатні виконувати чотири функції. Їхні захоплюючі кінці мають рифлені контактні поверхні і тому, наприклад, можуть утримувати лист жерсті. У виїмці цих кліщів є зубчики, які дозволяють обертати трубку. З боків вигини інструменту перетинаються, і це уможливлює перекушування дроту. Також ними можна забивати цвяхи.

Висновок:Комбіновані кліщі зручні у застосуванні, оскільки замінюють кілька інструментів.

2.2.2 Інструмент:Пінцет(Додаток 3. табл. №2)

Природний об'єкт: Веретенники- Великий кулик із сімейства бекасових з дуже довгим дзьобом і довгими ногами. Своїм довгим 15-сантиметровим дзьобом вони обмацують землю, встромляючи його в м'який ґрунт. При цьому кінчик дзьоба птах у потрібний момент відкриває та закриває. Таким чином, їй легко вистачати маленьких хробаків та іншу видобуток.

Дзьоб - це комбінований інструмент. До захоплення їжі дзьоб стиснутий і служить як копирсаючий і шукає інструмент. Тільки глибоко в землі він відкривається, немов дві стулки пінцета, виконуючи в цьому випадку функцію точно працюючого механізму, що хапає.[1]

Використання інструменту: Гострі кінці пінцету легко проникають під верхній шар предметів. Стиснувши пальцями обидві половинки пінцету, можна захопити навіть найдрібніші предмети. Якщо їх відпустити, пінцет розіжметься і випустить предмет.

Висновок: Пінцет необхідний для роботи з дрібними предметами, оскільки пальці людини не можуть робити точні маніпуляції з такими предметами.

2.2.3Інструмент:Складаний ніж(Додаток 2. табл. №3)

Природний об'єкт:Гнійний жукживе в м'якій землі та гною. Для свого просування він використовує спеціальні лопатки, що знаходяться на його гомілки. Коли вони не потрібні жуку, він може помістити свою ніжку в жолобку гомілки і потім гомілка вкласти в нішу стегна. Таким чином, його інструменти розміщуються, заощаджуючи місце.[1]

Використання інструменту:Складаний ніжскладається з безлічі окремих частин: великого та малого лез, ножиць, штопора, ножа для відкривання пляшок, викрутки, зубочистки тощо. всі ці елементи розміщені у невеликому просторі. Такий ніж можна покласти в кишеню штанів і не поранившись ним. Таким чином, людина розробила цілу систему, що економить простір, як це зробив маленький гнойовий жук зі своїми лопатками, що копають.

Висновок:Складаний ніж вміщає кілька різних інструментів, при цьому дуже компактний і займає мало місця.

2.2.4Інструмент:Дрилі(Додаток 3. табл. №4)

Природний об'єкт:Проса рогохвісту хвойного.Яйцеклад оси рогохвісту хвойного великого, коли готується відкласти яйця, вона повзе по гілці до самого стовбура дерева,

повертає до нього задню частину свого тулуба, випускає з нього яйцеклад і зручно встановлює його. Комаха «просвердлює» у дереві дрібні дірочки приблизно на глибину двох сантиметрів. Якщо дерево хвойне, йому потрібно близько 20 хвилин. Коли дірка готова, оса через свій довгий порожнистий яйцеклад, подібний до свердла, поміщає туди яйця.

Використання інструменту:Для того щоб висвердлити дірки під дюбелі, болти та гвинти, використовують свердла, які за виглядом та принципом дії схожі на яйцеклад оси рогохвосту хвойного великого. На відміну від яйцекладу оси рогохвісту хвойного великого, технічні свердла виконують лише одну функцію - вони можуть лише свердлити.

Висновок:Дриль необхідний і дуже зручний для просвердлювання отворів у різних будівельних матеріалах (дерево, бетон, метал).

2.2.5Інструмент:Застібка липучка(Додаток 3. табл. №5)

Природний об'єкт:Реп'ях.Плоди реп'яха показують, як необхідні, бувають гачки. У плодів реп'яха існує безліч способів поширення насіння самими рослинами. Його плоди, які мають понад 200 гачків, прикріплюються до шерсті тварин. Тварини забирають їх із собою і потім струшують. [1]

Використання інструменту:З їхньою допомогою можна, наприклад, застібати спортивні черевики; у цьому випадку шнурки не потрібні. Крім цього, довжину можна легко регулювати – у цьому одна з його переваг.

Висновок:Липучка дуже зручна. Заощаджує час для застібання взуття та одягу тощо. Навіть малюк може одягти взуття без допомоги дорослого.

2.2.6Інструмент:Технічні присоски(Додаток 3. табл. №6)

Природний об'єкт:Восьминігвинайшов витончений метод полювання на свою жертву: він охоплює її щупальцями та присмоктується сотнями присосок, цілі ряди яких знаходяться на щупальцях. Також вони допомагають йому пересуватися слизькими поверхнями, не з'їжджаючи вниз.[1]

Використання інструменту:Там, де є гладкі поверхні, часто використовують присоски. У побуті їх використовують, перш за все, на кухні та у ванній. Коли гачок із присоскою притискають до кахельної плитки ванної кімнати, створюється вакуумний простір.

Висновок:Технічні присоски дуже зручні в побуті, без застосування цвяхів та клею, можуть тримати різні предмети (гачки для рушників, мильниця, килимки у ванну тощо).

2.2.7Інструмент:Батарейка(Додаток 3. табл. №7)

Природний об'єкт:Електричний вугорможе випускати електричні розряди до 700 вольт, за допомогою яких він може приголомшувати або вбивати ворогів та свій видобуток. Електричний орган, що генерує напругу, складається з особливої ​​мускулатури. Напруга, як і в батареї, створюється потоком іонів і розряджається серією ударів, що швидко наступають одним за одним.[1]

Використання інструментуУ кожному будинку є безліч приладів, які працюють на батарейках (годинник, кишеньковий ліхтарик).

Висновок:Батарейка є незамінною для багатьох електричних побутових приладів, навіть якщо відключили електрику - нас врятує батарейка!

2.2.8 Інструмент:Голка для ін'єкцій(Додаток 3. табл. №8)

Природний об'єкт:Оса.Осине жало. Довжина жала оси вбирається у 3 мм, а товщини 0,001 мм. Якщо осі загрожує небезпека, вона застосовує його для захисту. Жало з легкістю вбирається в шкіру людини, перетворюючись на крихітний кинджал. Одночасно воно є ін'єкційним шприцем.[1]

Використання інструменту:Внутрішньовенні та внутрішньом'язові ін'єкції.

Висновок:У багатьох в домашній аптечці зберігаються ін'єкційні шприци. екстреної допомоги.

ВИСНОВОК

У ході роботи були опитані учні на уявлення про науку -Біоніка. Як з'ясувалося, багато хто не знає цієї науки, але за підказкою у виборі відповіді, може уявити, чим вона займається.

Також були досліджені інструменти, що знаходяться у квартирі та використовуються за призначенням. Ці інструменти та пристосування створила людина, використовуючи знання про природу.

Так в основі винаходу комбінованих кліщівлежить принцип роботи кліщів мурашиного лева.Цей інструмент багатофункціональний і зручний при ремонті квартири. Пінцетповторює дзьоб веретенника, дуже зручний під час роботи з дрібними предметами. Складаний ніжімітує ніжку із лопатками гнойового жука- компактний та багатофункціональний. Він не замінений у поході, поїздці та зберіганні та переносі, дотримується техніка безпеки. Дриль,подібно яйцекладуоси рогохвісту хвойного, необхідна та дуже зручна для просвердлювання отворів у різних будівельних матеріалах (дерево, бетон, метал) при будівництві та ремонті. Застібки липучкитакі ж липкі як плоди реп'яха. Дуже зручні для застібання сумок, взуття та одягу. А особливо вони економлять час мам маленьких дітей, адже малюкові легше впоратися з липучкою на взутті, ніж зі шнурками. У гарному кахлі завжди шкода робити отвір свердлом, вихід із положення технічні присоски.Вони незамінні у ванній, так як міцно прикріплюють гачки, мильниці, полички без клею та цвяхів, як присоски восьминога. Неможливо уявити будь-яку квартиру, будинок без батарейок, їх використовують у годинниках, телефонах, ліхтариках, та чи мало де! А принцип роботи батареї повторює електричний орган. електричного вугра.У багатьох у домашній аптечці зберігаються ін'єкційні шприцидля екстреної допомоги. Не техніка, а природа створює найефективніші та найтонші ін'єкційні шприци, як жало оси. На жаль, техніка не створила ще голок, подібних до жалу, які не гнуться і не ламаються. Якби вдалося створити такі ін'єкційні шприци, то щеплення, наприклад, стали б майже безболісними.

Вивчивши, як людина застосовує знання про природу, створюючи інструменти. І досліджуючи інструменти у квартирі, як їх використовує людина. Ми підтвердили свою гіпотезу. людина часто використовує у своєму повсякденному житті інструменти, створені природою, і може без них обійтися.

За підсумками роботи було створено брошуру, яку можна використовувати під час уроків навколишнього світу. І дати уявлення учням про науку – БІОНІКУ.

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

1. Воронцова З.С. Майстерня природи. - М.: «Образотворче мистецтво», 1981р - 32 листівки.

1. Нахтігаль В.М. Велика серія знань. Біоніка. – М.: ТОВ «Світ книги», 2003 р. – 128 с.

Інтернет сайт:

1. Словники та енциклопедії на АКАДЕМІЦІhttps://dic.academic.ru/
2. http://www.microarticles.ru/

3.https://www.google.ru/search?q=символ+біоніки

Додаток 1.

Питання соціологічного опитування:

1. Як називається наука, мета якої – використовувати біологічні знання для вирішення інженерних завдань та розвитку техніки?

а) конструювання; б) планування; в) біоніка +

1. Що вивчав основоположник аеродинаміки Н.Є. Жуковський? З його досліджень і з'явилася авіація.

а) фізику; б) кораблебудування;

1. Більш досконалим літальним апаратом у природі мають…

а) комахи +;б) рептилії; в) листя дерев

1. За аналогією з принципом, що лежить в основі з ехолокації у кажанів, конструюються.

б) радари; в) інша техніка

1. Які тварини мають електричну активність?

а) риби +;б) миші; в) кроти

1. Застосування біоніки в медицині.

а) створення медикаментів; б) будівництво медичних установ;

1. Яку будову копіюють сучасні багатоповерхові будинки, де проживають люди?

а) стебел злаків +;б) трави; в) кущів

1. Який принцип стоїть в основі будови Ейфелевої вежі?

Додаток 2.

Результати соціологічного опитування

таблиця №1

Порівняльна таблиця результатів соціологічного опитування

таблиця №2

3 .

Біоніка(Від грец. biоn- Елемент життя, буквально - живий), наука, прикордонна між біологією і технікою, що вирішує інженерні завдання на основі моделювання структури і життєдіяльності організмів.

Зовсім недавно народилася наука біоніка (1960 р.), мета якої — допомогти людині перейняти «секрети» у живої природи. Природа створила надзвичайно досконалі живі механізми. Вчених приваблює швидкість і принцип пересування дельфінів, китів, кальмарів, павуків, кротів, кенгуру, мистецтво польоту птахів і комах, особливості органів зору мух, жаб, органів слуху медузи, «секрети» ехолокаторів кажанів, термолокаторів гримучих змій і т.д. і т.п.

Біоніка знайшла застосування у таких сферах діяльності як літако- та кораблебудування, космонавтика, машинобудування, архітектура, навігаційне приладобудування, гірнича справа та ін.

Біоніка у будівництві та промисловості

Розглянемо деякі конкретні досягнення біоніки, які вже реалізовані в практичних цілях.

Пінгвіни пересуваються, ковзаючи снігом, відштовхуючись ластами. Снігохідна машина була розроблена за таким же принципому Горьківському політехнічному інституті. Лежачи на снігу широким днищем вона не утворює колію, не буксує і не вязне.

Суднобудівники в усьому світі давно вже звернули увагу на грушеподібну форму голови кита, більш пристосовану до переміщення у воді, ніж ножі носи сучасних суден. Порівняно зі звичайними суднами китоподібний пароплав виявився економічнішим.

Конусоподібні форми зустрічаються в конструкціях крон і стовбурів дерев, грибів. Саме таку форму мають вугледобувні комбайни. Це оптимальна форма для опору вітровим навантаженням та дії сили тяжіння. Архітектори нерідко використовують конусоподібні конструкції (Останкінська телевежа.)

Споруди, створені природою, набагато досконаліші за те, що поки що вміє робити людина.

Багатий і різноманітний світ тварин, що мешкають під землею. Дощові черв'яки, кроти мають дивовижні пристрої, за допомогою яких вони прокладають підземні ходи.

Вони представляють великий інтерес при створенні підземних агрегатів, що риють. Розроблено, наприклад, оригінальну модель, яка, рухаючись під землею подібно до крота, пробиває тунель з гладкими щільними стінками.

Біоніка взяла від земноводних принцип будови задньої кінцівки. Втіливши це у такому предметі, як ласти.

Це лише невеликий ряд прикладів того, як людина застосовує біологічні моделі. Але тварини мають і багато інших властивостей, які використовуються, або можуть бути використані людиною: ультразвукове бачення кажанів, ехолокація дельфінів (на відстані 20-30 м дельфін безпомилково вказує місце, де впала дробинка діаметром 4 мм).

Гасло біоніки: "Природа знає краще". Що це за наука така? Вже сама назва і такий девіз дають нам зрозуміти, що біоніка пов'язана із природою. Багато хто з нас щодня стикається з елементами та результатами діяльності науки біоніки, навіть не підозрюючи про це.

Ви чули про таку науку, як біоніка?

Біологія – популярне знання, з яким нас знайомлять ще у школі. Чомусь багато хто вважає, що біоніка - один із підрозділів біології. Насправді, це твердження не зовсім точне. Справді, у вузькому значенні слова біоніка - це наука, що вивчає живі організми. Але найчастіше ми звикли асоціювати із цим вченням щось інше. Прикладна біоніка - наука, яка поєднує у собі біологію та техніку.

Предмет та об'єкт біонічних досліджень

Що вивчає біоніка? Щоб відповісти на це питання, слід розглянути структурний поділ самого вчення.

Біологічна біонікадосліджує природу такою, якою вона є, без спроби втручання. Об'єктом її вивчення є процеси, що відбуваються всередині

Теоретична біоніказаймається вивченням тих принципів, які були помічені в природі, і на їх основі створює теоретичну модель, яка надалі застосовується в технологіях.

Практична (технічна) біоніка- це застосування теоретичних моделей практично. Так би мовити, практичне впровадження природи у технічний світ.

Звідки все починалося?

Батьком біоніки називають великого Леонардо да Вінчі. У записах цього генія можна знайти перші спроби технічного втілення природних механізмів. Креслення да Вінчі ілюструють його прагнення створити літальний апарат, здатний рухати крилами, як у польоті птиці. Свого часу такі ідеї були надто зухвалими, щоб стати затребуваними. Вони змусили звернути на себе увагу значно пізніше.

Першим, хто став застосовувати принципи біоніки в архітектурі, був Антоні Гауді-і-Курнет. Його ім'я міцно надруковано в історії цієї науки. Архітектурні споруди за проектами великого Гауді вражали в момент їх спорудження, і таке ж захоплення вони викликають багато років у сучасних спостерігачів.

Наступним, хто підтримав ідею симбіозу природи та технологій, став під його керівництвом почалося широке застосування біонічних принципів у проектуванні будівель.

Твердження біоніки як самостійної науки відбулося лише у 1960 році на науковому симпозіумі в Дайтоні.

Розвиток комп'ютерної техніки та математичного моделювання дозволяють сучасним архітекторам набагато швидше та з більшою точністю втілювати в архітектурі та інших галузях підказки природи.

Природні прототипи технічних винаходів

Найпростішим прикладом прояву науки біоніки є винахід шарнірів. Усім знайоме кріплення, що базується на принципі обертання однієї частини конструкції навколо іншої. Такий принцип використовують морські черепашки, щоб керувати двома своїми стулками і по необхідності відкривати їх або закривати. Тихоокеанські серцевидки-велетні досягають розмірів 15-20 см. Шарнірний принцип у поєднанні їх черепашок добре проглядається неозброєним поглядом. Дрібні представники цього виду застосовують такий самий спосіб фіксації стулок.

У побуті ми часто використовуємо різноманітні пінцети. Природним аналогом такого приладу стає гострий і кліщеподібний дзьоб веретенника. Ці птахи застосовують тонкий дзьоб, встромляючи його в м'який ґрунт і дістаючи звідти дрібних жуків, черв'яків та інше.

Багато сучасних приладів та пристрої оснащені присосками. Наприклад, їх використовують для удосконалення конструкцій ніжок різних кухонних пристроїв, щоб уникнути їх ковзання під час роботи. Також присосками оснащують спеціальне взуття мийників вікон висотних будівель для забезпечення їхньої безпечної фіксації. Цей нехитрий пристрій теж запозичений у природи. Квакша, маючи на ногах присоски, надзвичайно спритно тримається на гладкому і слизькому листі рослин, а восьминогу вони необхідні для тісного контакту зі своїми жертвами.

Можна знайти безліч таких прикладів. Біоніка - це саме та наука, яка допомагає людині запозичувати у природи технічні рішення своїх винаходів.

Хто перший – природа чи люди?

Іноді трапляється, що той чи інший винахід людства вже давно «запатентований» природою. Тобто винахідники, створюючи щось, не копіюють, а вигадують самі технологію чи принцип роботи, а потім виявляється, що у природній природі це вже давно існує, і можна було просто підглянути та запозичити.

Так сталося із звичайною липучою застібкою, яка використовується людиною для застібання одягу. Було доведено, що для зчеплення тонких борідок між собою теж застосовуються гачки, подібно до тих, які є на застібці-липучці.

У будові фабричних труб спостерігається аналогія з порожнистими стеблами злаків. Поздовжня арматура, що використовується в трубах, подібна до склеренхімних тяжів в стеблі. Сталеві кільця твердості - міжвузля. Тонка шкірка із зовнішнього боку стебла - це аналог спіральної арматури у будові труб. Незважаючи на колосальну схожість структури, вчені самостійно винайшли саме такий метод будівництва фабричних труб, а вже пізніше побачили тотожність такої будови з природними елементами.

Біоніка та медицина

Застосування біоніки в медицині дає можливість урятувати життя багатьом пацієнтам. Не припиняючись, ведуться роботи зі створення штучних органів, здатних функціонувати у симбіозі з організмом людини.

Першим пощастило випробувати данця Денніса Аабо. Він втратив половину руки, але зараз має можливість сприймати предмети на дотик за допомогою медиків. Його протез підключений до нервових закінчень потерпілої кінцівки. Сенсори штучних пальців здатні збирати інформацію про дотик до предметів і передавати їх у мозок. Конструкція зараз ще не доопрацьована, вона дуже громіздка, що ускладнює її використання в побуті, але вже зараз можна назвати таку технологію справжнім відкриттям.

Всі дослідження в даному напрямку повністю ґрунтуються на копіюванні природних процесів та механізмів та їх технічному виконанні. Це і є медична біоніка. Відгуки вчених свідчать, що незабаром їх праці дадуть можливість змінювати живі органи людини, що зносилися, і замість них використовувати механічні прототипи. Це справді стане найбільшим проривом у медицині.

Біоніка в архітектурі

Архітектурно-будівельна біоніка - особлива галузь біонічної науки, завданням якої стає органічне возз'єднання архітектури та природи. Останнім часом все частіше під час проектування сучасних конструкцій звертаються до біонічним принципам, запозиченим у живих організмів.

Сьогодні архітектурна біоніка стала окремим архітектурним стилем. Народжувалась вона із простого копіювання форм, а зараз завданням цієї науки стало запозичити принципи, організаційні особливості та технічно їх втілити.

Іноді такий архітектурний стиль називають екостилем. Все тому, що основні правила біоніки – це:

• пошук оптимальних рішень;
• принцип економії матеріалів;
• принцип максимальної екологічності;
• принцип економії енергії

Як бачите, біоніка в архітектурі - це не лише вражаючі форми, а й прогресивні технології, що дозволяють створювати споруду, що відповідає сучасним вимогам.

Характеристики архітектурних біонічних будов

Спираючись на колишній досвід в архітектурі та будівництві, можна сказати, що всі споруди людини неміцні та недовговічні, якщо вони не використовують закони природи. Біонічні будівлі, крім дивовижних форм і сміливих архітектурних рішень, мають стійкість, здатність витримувати несприятливі природні явища і катаклізми.

В екстер'єрі будівель, збудованих у цьому стилі, можуть проглядатися елементи рельєфів, форм, контурів, вміло скопійовані інженерами-проектувальниками з живих, природних об'єктів та віртуозно втілені архітекторами-будівельниками.

Якщо раптом при спогляданні архітектурного об'єкта здасться, що ви дивитеся на витвір мистецтва, з великою ймовірністю перед вами будова в стилі біоніка. Приклади таких конструкцій можна побачити практично у всіх столицях країн та великих технологічно розвинених містах світу.

Конструкція нового тисячоліття

Ще в 90-х роках іспанською командою архітекторів було створено проект будівлі, що ґрунтується на абсолютно новій концепції. Це 300-поверхова будова, висота якої перевищуватиме 1200 м. Задумано, що пересування по цій вежі відбуватиметься за допомогою чотирьох сотень вертикальних та горизонтальних ліфтів, швидкість яких – 15 м/с. Країною, яка погодилася спонсорувати цей проект, виявився Китай. Для будівництва було обрано найбільш густонаселене місто - Шанхай. Втілення проекту дозволить вирішити демографічну проблему регіону.

Вежа матиме повністю біонічну структуру. Архітектори вважають, що тільки це зможе забезпечити міцність та довговічність конструкції. Прототипом будови є дерево кипарис. Архітектурна композиція матиме не лише циліндричну форму, схожу на стовбур дерева, а й «коріння» – новий вид біонічного фундаменту.

Зовнішнє покриття будівлі - це пластичний та повітропроникний матеріал, що імітує кору дерева. Система кондиціювання цього вертикального міста буде аналогом теплорегулюючої функції шкіри.

За прогнозами вчених та архітекторів, така будівля не залишиться єдиною у своєму роді. Після успішного втілення кількість біонічних будов в архітектурі планети лише збільшуватиметься.

Біонічні будинки навколо нас

У яких відомих творах було використано науку біоніка? Приклади таких споруд неважко знайти. Взяти хоча б процес створення Ейфелевої вежі. Довгий час ходили чутки, що цей 300-метровий символ Франції збудовано за кресленнями невідомого арабського інженера. Пізніше була виявлена ​​повна її аналогія з будовою великої гомілкової кістки людини.

Крім вежі Ейфеля у всьому світі можна знайти безліч прикладів біонічних споруд:

• зводилася за аналогією з квіткою лотоса.
• Пекінський національний оперний театр – імітація водяної краплі.
• Плавальний комплекс у Пекіні. Зовні повторює кристалічну структуру ґрат води. Дивовижне дизайнерське рішення поєднує й корисну можливість конструкції акумулювати енергію сонця та надалі використовувати її для живлення всіх електроприладів, що працюють у будівлі.
• Хмарочос "Аква" зовні схожий на потік падаючої води. Знаходиться у Чикаго.
• Будинок засновника архітектурної біоніки Антоніо Гауді – це одна з перших біонічних споруд. До сьогоднішнього дня він зберіг свою естетичну цінність і залишається одним із найпопулярніших туристичних об'єктів у Барселоні.

Знання, необхідні кожному

Підбиваючи підсумки, можна сміливо заявити: все, що вивчає біоніка, актуально і необхідне розвитку сучасного суспільства. Кожен має ознайомитись із науковими принципами біоніки. Без цієї науки неможливо уявити технічний прогрес у багатьох сферах діяльності. Біоніка – це наше майбутнє у повній гармонії із природою.

Біоніка. І її досягнення

Виконав:

Степін К.С.

Вчитель:
Пономарьова О.М.

Вступ_________________________________________________ 3

Перші застосування біоніки_________________________________ 4

Класичні приклади:

Внутрішня будовастебла трав'янистої рослини...................................... 5

Поширення плодів та насіння.............................................. ................. 5

Клас комахи. Загін двокрилий................................................ ........... 7

Будова та функції відділів головного мозку............................................ 6

Сучасні відкриття:

Скелет глибоководних губок............................................... ...................... 8

Зграї термітів, на благо суспільства............................................ .................. 9

Роботи, що бігають і стрибають .............................................. .................. 9

Заключение______________________________________________ 10

Додаток_____________________________________________ 11

Список литературы________________________________________ 15

Вступ

Біоніка(Від грец. Biōn - елемент життя, буквально - живий) - прикладна наука про застосування в технічних пристроях та системах принципів, властивостей, функцій та структур живої природи. Ідея застосування знань про живу природу для вирішення інженерних завдань належить Леонардо да Вінчі, який намагався побудувати літальний апарат із махаючими крилами, як у птахів: орнітоптер.

Вивчення закономірності формоутворення організмів для побудови на їхню подобу штучних об'єктів зазвичай однозначно відносять до галузі біоніки [новий науковий напрямок кінця 50-х років ХХ ст. Поява цієї науки стало наслідком розвитку кібернетики, біофізики, біохімії, космічної біології, інженерної психології та ін. Симпозіум у Дайтоні (США) у вересні 1960р. дав назву новій науці – біоніка. Гасло симпозіуму: «Живі прототипи – ключ до нової техніки» добре визначає перспективи розвитку біоніки на багато років. .

Розрізняють:

біологічну біоніку, що вивчає процеси, що відбуваються в біологічних системах;

Теоретичну біоніку, яка будує математичні моделі цих процесів;

Технічну біоніку, що застосовує моделі теоретичної біоніки на вирішення інженерних завдань.

Біоніка тісно пов'язана з біологією, фізикою, хімією, кібернетикою та інженерними науками: електронікою, навігацією, зв'язком, морською справою та іншими.

Поява кібернетики, що розглядає загальні принципиуправління та зв'язку в живих організмах і машинах, стало стимулом для ширшого вивчення будови та функцій живих систем з метою з'ясування їх спільності з технічними системами, а також використання отриманих відомостей про живі організми для створення нових приладів, механізмів, матеріалів тощо.

Основні напрямки робіт з біоніки охоплюють такі проблеми:

à вивчення нервової системилюдини та тварин та моделювання нервових клітин (нейронів) та нейронних мереж для подальшого вдосконалення обчислювальної технікита розробки нових елементів та пристроїв автоматики та телемеханіки (нейробіоніка);

à дослідження органів чуття та інших сприймаючих систем живих організмів з метою розробки нових датчиків та систем виявлення;

à вивчення принципів орієнтації, локації та навігації у різних тварин для використання цих принципів у техніці;

à дослідження морфологічних, фізіологічних, біохімічних особливостей живих організмів для висування нових технічних та наукових ідей.

Перші застосування біоніки

Майже будь-яка технологічна проблема, яка постає перед дизайнерами чи інженерами, була давно успішно вирішена іншими живими істотами. Наприклад, виробники прохолодних напоїв постійно шукають нові способи пакування своєї продукції. У той же час, звичайна яблуня давно вирішила цю проблему. Яблуко на 97% складається з води, упакованої аж ніяк не в деревний картон, а в їстівну шкірку, досить апетитну, щоб залучити тварин, які з'їдають фрукт і поширюють зерна.

Фахівці з біоніки міркують саме таким чином. Коли вони стикаються з якоюсь інженерною або дизайнерською проблемою, вони шукають рішення в «науковій базі» необмеженого розміру, що належить тваринам та рослинам.

Приблизно так само вчинив Густав Ейфель, який в 1889 побудував креслення Ейфелевої вежі. Ця споруда вважається одним із найраніших очевидних прикладів використання біоніки в інженерії.

Конструкція Ейфелевої вежі заснована на науковій роботішвейцарського професора анатомії Германа фон Мейєра (Hermann Von Meyer). За 40 років до спорудження паризького інженерного дива професор досліджував кісткову структуру головки стегнової кістки там, де вона згинається і під кутом входить у суглоб. І при цьому кістка чомусь не ламається під вагою тіла. Фон Мейєр виявив, що головка кістки покрита витонченою мережею мініатюрних кісточок, завдяки яким навантаження дивним чином перерозподіляється по кістці. Ця мережа мала строгу геометричну структуру, яку професор задокументував (додаток рис. №1).

В 1866 швейцарський інженер Карл Кульман (Carl Cullman) підвів теоретичну базу під відкриття фон Мейєра, а через 20 років природний розподіл навантаження за допомогою кривих супортів було використано Ейфелем (додаток рис. № 2).

Інше знамените запозичення зробив швейцарський інженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) у 1955 році. Він часто гуляв зі своїм собакою і помітив, що до його вовни постійно прилипають якісь незрозумілі рослини. Втомившись постійно чистити собаку, інженер вирішив з'ясувати причину, через яку бур'яни прилипають до вовни. Дослідивши феномен, де Местраль визначив, що він можливий завдяки маленьким гачкам на плодах дурнишника (так називається це бур'ян). В результаті інженер усвідомив важливість зробленого відкриття і за вісім років запатентував зручну «липучку» Velcro, яка сьогодні широко використовується при виготовленні не тільки військового, а й цивільного одягу (додаток рис. №3).

Класичні приклади

«Внутрішня будова стебла трав'янистої рослини»

У поперечних зрізів стебел трав'янистих рослин - інша будова проти дерев'яними. Наприклад, у поперечному розрізі стебло рослини пухоноса (додаток

Мал. №5-б) має форму кола. Стебло пухоноса порожнисте і в ньому повітроносні порожнини 2, призначені для циркуляції повітря. Склеренхімні тяжі 1 надають міцність рослині при дії на них вітрових навантажень. Шкірка 3 захищає стебло від атмосферних та кліматичних явищ. Серцевина стебла росте швидше, ніж шкірка. Остання ніби стримує її зростання. Серцевина розтягнута, шкірка стиснута. Внаслідок цього в структурі стебла створюються внутрішні напруження. Це і надає пружності стебла.

Біоніки, вивчаючи закономірності формоутворення природи, виробляють оригінальні, економічні будівельні конструкції. Фабрична труба (додаток рис. №5 -в) на поперечному зрізі структурою схожа на стебло пухоноса. Поздовжня арматура 1 надає їй міцність подібно до тяжів в стеблі, порожнечі 2 полегшують конструкції. Центральний круглий отвір у зрізі - димовідвід, спіральна арматура 3. На виготовлення труби, конструкція якої запозичена у природи, використано менше будівельних матеріалів, ніж якби вона була монолітна, витрачено менше фізичної праці. Протистійкість вітрових навантажень у такої труби не гірша за природний аналог.

«Поширення плодів та насіння»

Зразком для форми крил австрійського літака «Таубе» (додаток рис. №6 -а) ще на зорі літакобудування послужило насіння ліани зенонія, що літає (додаток рис. №6 -б). Воно нагадує гарбузове насіння з вигнутими кінцями. Завдяки малій масі насіння має чудові льотні якості. Саме ця обставина привернула увагу винахідника Етриха з Богемії. У 1904 р. він збудував свій перший планер без хвостового оперення. Розмах крил 6 м. Планер міг нести корисне навантаження 25 кг. Протягом наступних років Етріх, запозичуючи природні аналогії, створював нові моделі планерів, удосконалював їх, покращуючи льотні якості.

Пилок злакових рослинмає дві оболонки, наповнені повітрям, щільність якого менша, ніж щільність навколишнього повітря. Це створює пилок підйомну силу, і тому він переміщається повітрям на великі відстані.

Принцип підйомної сили, реалізований у природі, людина використовував у перших створених ним літальних апаратах: повітряній кулі, наповненому гарячим повітрям, в аеростаті, дирижаблі Падаючий волан у бадмінтоні нагадує плід-парашут кульбаби. Можливо, він чи йому подібний плід-парашют підказав Леонардо да Вінчі ідею парашута.

«Клас комахи. Загін двокрилі»

Звернімо увагу на наявність у кімнатної мухи на ногах хеморецепторів – своєрідних мініатюрних біологічних датчиків. У мухи їх чотири типи: одні аналізують склад води, інші визначають цукор, треті досліджують різні солі, четверті свідчать про наявність білкової їжі. Такі ж рецептори є й у її хоботці. Завдяки їм муха завжди знає, що саме у неї під ногами: їжа, питво чи щось неїстівне. Хоботок мухи автоматично відповідає показання шкірних рецепторів. Він витягнувся – і муха починає пити чи їсти. По випрямленню хоботка можна судити, які речовини й у яких концентраціях вловлює комаху. Аналіз речовини проводиться протягом кількох секунд. Таким чином, природа набула найдосконаліших методів хімічного аналізу. Фізики та хіміки можуть скористатися ними, розгадавши до кінця методи, якими користується муха.

У лабораторії геофізики Інституту теплообміну та масообміну АН БРСР із порошку кремнезему створено клейку речовину, що має в'язкість вазеліну. Якщо його нанести на колесо в електромагнітне поле, воно миттєво твердне. Колесо надійно приклеюється до опорної поверхні. При знятті магнітного поляречовина набуває колишнього в'язкого стану. Інженери створили крокуючий робот (додаток рис. №7). Він шукає дефектів на металевій поверхні. До корпусу 5 кріпляться шість ніг 4 кожна з них має два приводи (двигун з передавальними механізмами). Один горизонтального, інший вертикального переміщення. Нога закінчується черевиком з подушкою 3, просоченою клейкою речовиною. Він подається з резервуару до порожніх опор ніг. Шість ніг робота об'єднані у дві групи, по три у кожній. Крокує робот одночасно однією групою ніг, а інша приклеєна до опорної поверхні. По черзі до черевиків то однієї, то іншої групи ніг подається електричний струм - і подушки ніг приклеюються до опорної поверхні.

Робот має око - телекамеру 1, шланг 2 з електрокабелем та трубку для подачі стиснутого повітрядо пневмоприводів.

«Будова та функції відділів головного мозку»

Розкрити принципи роботи мозку, які ще багато в чому залишаються таємницею, означає знайти ключ до проектування ЕОМ майбутнього. Нова наука – нейрокібернетика займається конструюванням штучного мозку. Першої ЕОМ доручали виконувати арифметичні операції. У міру розвитку обчислювальної техніки ЕОМ стала виконувати складніші операції, працювати швидше, розміри її зменшувалися (табл. стор. 8).

Сучасні відкриття

Сучасна біоніка багато в чому пов'язана із розробкою нових матеріалів, що копіюють природні. Той самий кевлар з'явився завдяки спільній роботі біологів-генетиків та інженерів, спеціалістів з матеріалів.

В даний час деякі вчені намагаються знайти аналоги органів людського тілащоб створити, наприклад, штучне вухо (воно вже надійшло у продаж у США) або штучне око (у стадії розробки).

Скелет глибоководних губок

Інші розробники концентруються вивчення природних організмів. Наприклад, дослідники з Bell Labs (корпорація Lucent) нещодавно виявили у тілі глибоководних губок роду Euplectellas високоякісне оптоволокно. Дослідники з Bell Labs, структурного підрозділу Lucent Technologies, виявили, що в глибоководних морських губках міститься оптоволокно, за властивостями дуже близьке до найсучасніших зразків волокон, що використовуються в телекомунікаційних мережах. Більше того, за деякими параметрами природне оптоволокно може виявитися кращим за штучне.(Додаток рис. №8) .

Відповідно до загальноприйнятої сьогодні класифікації, губки утворюють самостійний тип примітивних безхребетних тварин. Вони ведуть абсолютно нерухомий спосіб життя. Губка роду Euplectella мешкає у тропічних морях. Вона в довжину досягає розмірів 15-20 см. Її внутрішній каркас сітківки утворюють циліндричні стрижні з прозорого діоксиду кремнію. В основі губки знаходиться пучок волокон, який формою схожий на своєрідну корону. Довжина цих волокон – від 5 до 18 см, товщина – як у людського волосся. У ході досліджень цих волокон з'ясувалося, що вони складаються з кількох чітко виділених концентричних шарів із різними оптичними властивостями. Центральна частинаЦиліндр складається з чистого діоксиду кремнію, а навколо неї розташовані циліндри, у складі яких помітна кількість органіки.

Вчені були вражені тим, наскільки близькими виявилися структури природних оптичних волокон до зразків, що розроблялися в лабораторіях протягом багатьох років. Хоча прозорість у центральній частині волокна дещо нижча, ніж у кращих штучних зразків, природні волокна виявилися більш стійкими до механічних впливів, особливо при розриві та згинанні. Саме ці механічні властивості роблять уразливими оптичні мережі передачі - при утворенні тріщин чи розриві в оптоволокні його доводиться замінювати, але це дуже дорога операція. Вчені з Bell Labs наводять наступний факт, що демонструє надзвичайно високу міцність і гнучкість природних оптоволокон - їх можна зав'язувати у вузол, і при цьому вони не втрачають своїх оптичних властивостей. Такі дії зі штучними оптоволокнами неминуче призведуть до поломки або, принаймні, утворення внутрішніх тріщин, що в кінцевому підсумку означає втрату функціональних властивостей матеріалу.

Вчені поки не знають, як можна відтворити в лабораторії подібний витвір природи. Справа в тому, що сучасне оптоволокно отримують у печах з розплавів при дуже високій температуріа морські губки, природно, в ході розвитку синтезують його шляхом хімічного осадження при температурі морської води. Якщо вдасться змоделювати цей процес, він буде, крім іншого, ще й економічно вигідним.

За результатами тестів виявилося, що матеріал зі скелета цих 20-сантиметрових губок може пропускати цифровий сигнал не гірше, ніж сучасні комунікаційні кабелі, при цьому природне оптоволокно значно міцніше за людську завдяки наявності органічної оболонки. Друга особливість, яка здивувала вчених, – це можливість формування подібної речовини при температурі близько нуля градусів за Цельсієм, тоді як на заводах Lucent для цих цілей використовується високотемпературна обробка. Наразі вчені думають над тим, як збільшити довжину нового матеріалу, оскільки скелети морських губок не перевищують 15 см.

Зграї термітів, на благо суспільства

Окрім розробки нових матеріалів, вчені постійно повідомляють про технологічні відкриття, що базуються на «інтелектуальному потенціалі» природи. Наприклад, у жовтні 2003 року в дослідному центрі Xerox в Пало Альто розробили нову технологію механізму подачі для копірів і принтерів.

У пристрої AirJet розробники скопіювали поведінку зграї термітів, де кожен терміт приймає незалежні рішення, але при цьому зграя рухається до загальної мети, наприклад, побудови гнізда.

Сконструйована в Пало Альто друкована схема оснащена безліччю повітряних сопел, кожне з яких діє незалежно, без команд центрального процесора, проте водночас вони сприяють виконанню спільного завдання - просування паперу. У пристрої відсутні рухливі частини, що дозволяє здешевити виробництво. Кожна друкована схема містить 144 набори по 4 сопла, спрямованих у різні сторони, а також 32 тис. оптичних сенсорів та мікроконтролерів (додаток рис. №9).

Роботи, що бігають і стрибають

Але найвідданіші адепти біоніки - це інженери, які займаються конструюванням роботів. Сьогодні серед розробників дуже популярна точка зору, що в майбутньому роботи (докладніше про робототехніку див. тут) зможуть ефективно діяти тільки в тому випадку, якщо вони максимально схожі на людей. Вчені та інженери виходять з того, що їм доведеться функціонувати в міських та домашніх умовах, тобто в «людському» інтер'єрі – зі сходами, дверима та іншими перешкодами специфічного розміру. Тому, як мінімум, вони повинні відповідати людині за розміром та за принципами пересування. Іншими словами, у робота обов'язково мають бути ноги (колеса, гусениці та інше не підходить для міста). Але у кого копіювати конструкцію ніг, якщо не тварин?

У напрямку створення прямохідних двоногих роботів далі за всіх просунулися вчені зі Стенфордського університету. Вони вже майже три роки експериментують із мініатюрним шестиногим роботом, гексаподом, побудованим за результатами вивчення системи пересування таргана.

Перший гексапод був сконструйований 25 січня 2000 р. (додаток рис. №10) Зараз конструкція бігає дуже спритно - зі швидкістю 55 см (більше трьох власних довжин) за секунду - і так само успішно долає перешкоди.

У Стенфорді також розроблено одноногий стрибаючий монопод людського зростання, який здатний утримувати нестійку рівновагу, постійно стрибаючи. Як відомо, людина переміщається шляхом «падіння» з однієї ноги на іншу та більшу частину часу проводить на одній нозі. У перспективі вчені зі Стенфорда сподіваються створити двоногого робота із людською системою ходьби (додаток рис. №11).

Висновок

Концепція біоніки аж ніяк не нова. Наприклад, ще 3000 років тому китайці намагалися запозичити у комах спосіб виготовлення шовку. Але наприкінці ХХ століття біоніка набула другого дихання, сучасні технологіїдозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою точністю. Так, кілька років тому вчені змогли проаналізувати ДНК павуків та створити штучний аналог шовкоподібної павутини – кевлар. У цьому матеріалі я перерахував кілька перспективних напрямків сучасної біоніки та навів найвідоміші випадки запозичень у природи.

Останнім десятиліттям біоніка отримала значний імпульс до нового розвитку. Це пов'язано з тим, що сучасні технології переходять на гіга- та нанорівень і дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою точністю. Сучасна біоніка здебільшого пов'язана з розробкою нових матеріалів, що копіюють природні аналоги, робототехнікою та штучними органами.

Природа відкриває перед інженерами та вченими нескінченні можливості щодо запозичення технологій та ідей. Раніше люди були не здатні побачити те, що знаходиться у них буквально перед носом, але сучасні технічні засобиі комп'ютерне моделювання допомагає хоч трохи розібратися в тому, як влаштований світ довкола себе, і спробувати скопіювати з нього деякі деталі для власних потреб.