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).

Біонічні форми відрізняються складністю конструкцій та нелінійними формами.

Виникнення терміну.
Поняття «біоніка» (від грец. «Біос» – життя), з'явилося на початку ХХ ст. У глобальному сенсі воно позначає галузь наукового знання, засновану на відкритті та використанні закономірностей побудови природних форм для вирішення технічних, технологічних та художніх завдань на основі аналізу структури, морфології та життєдіяльності біологічних організмів. Назва була запропонована американським дослідником Дж. Стілом на симпозіумі 1960 року в м. Дайтоні - "Живі прототипи штучних систем - ключ до нової техніки", - в ході якого було закріплено виникнення нової, незвіданої галузі знання. З цього моменту перед архітекторами, дизайнерами, конструкторами та інженерами виникає низка завдань, спрямованих на пошук нових засобів формоутворення.
У СРСР до початку 1980 р., завдяки багаторічним зусиллям колективу фахівців лабораторії ЦНІЕЛАБ, що проіснувала до початку 1990 р., архітектурна біоніка остаточно склалася як новий напрямок в архітектурі. У цей час виходить підсумкова монографія великого міжнародного колективу авторів та співробітників цієї лабораторії за загальною редакцією Ю. С. Лебедєва «Архітектурна біоніка» (1990 р.)
Таким чином, період із середини ХХ ст. на початок ХХI ст. в архітектурі ознаменувався підвищенням інтересу до складних криволінійних форм, відродженням, вже на новому рівні, поняття «органічна архітектура», своїм корінням сягає кінця XIX - початок XX століття, до творчості Л. Саллівана і Ф. Л. Райта. Вони вважали, що архітектурна форма, як і живої природі, має бути функціональною і розвиватися як би «зсередини назовні».

Проблема гармонійного симбіозу архітектурного та природного середовища.
Технократичний розвиток останніх десятиліть давно підпорядкував собі спосіб життя. Крок за кроком людство вийшло зі своєї екологічної ніші проживання планети. Фактично ми стали жителями штучної «природи», створеної зі скла, бетону та пластику, сумісність якої з життям природної екосистеми неухильно прагне нуля. І чим сильніше штучна природа захоплює живу, тим виразнішою стає потреба людини в природній, природній гармонії. Найбільш вірогідним способом повернення людства «в лоно природи» відновлення рівноваги між двома світами є розвиток сучасної біоніки.

Хмарочос-кіпаріс в Шанхаї. Архітектори: Maria Rosa Cervera & Javier Pioz.

Сіднейська опера. Архітектор: Jørn Utzon.

Навчальний центр Rolex. Архітектори: японське архітектурне бюро SANAA.

Архітектурна біоніка - це інноваційний стиль, що бере все найкраще від природи: рельєфи, контури, принципи формоутворення та взаємодії з навколишнім світом. У всьому світі ідеї біонічної архітектури успішно втілені відомими архітекторами: хмарочос-кіпаріс у Шанхаї, Сіднейська опера в Австралії, будівля правління NMB Bank – Нідерланди, навчальний центр Rolex та музей плодів – у Японії.

Музей фруктів. Архітектор: Itsuko Hasegawa.


Інтер'єр музею фруктів.

За всіх часів існувала спадкоємність природних форм в архітектурі, створеній людиною. Але, на відміну формалістського підходу минулих років, коли архітектор просто копіював природні форми, сучасна біоніка спирається на функціональні і важливі особливості живих організмів - здатність до саморегуляції, фотосинтез, принцип гармонійного співіснування тощо. буд. природи, які вступають із нею у конфлікт. Подальший розвиток біоніки передбачає розробку та створення екодомів – енергоефективних та комфортних будівель із незалежними системами життєзабезпечення. Конструкція такої будівлі передбачає комплекс інженерного обладнання. При будівництві використовуються екологічні матеріали та будівельні конструкції. В ідеалі, будинок майбутнього - це автономна система, що самозабезпечується, органічно вписується в природний ландшафт і існуюча в гармонії з природою. Сучасна архітектурна біоніка практично злилася з поняттям «екоархітектура» і пов'язана з екологією.

Формоутворення, що переходить із живої природи до архітектури.
кожне жива істотана планеті є досконалою працюючою системою, пристосованою до навколишнього середовища. Життєздатність таких систем – результат еволюції багатьох мільйонів років. Розкриваючи секрети влаштування живих організмів, можна отримати нові можливості в архітектурі споруд.
Формоутворення в живій природі характеризується пластичністю і комбінаторністю, різноманітністю як правильних геометричних форм і фігур - кіл, овалів, ромбів, кубів, трикутників, квадратів, різного роду багатокутників, так і нескінченним безліччю надзвичайно складних і напрочуд красивих, легких, міцних та економічних конструкцій , Створені в результаті комбінування цих елементів. Подібні структури відображають складність та багатоетапність еволюції розвитку живих організмів.
Основними позиціями для вивчення природи в ракурсі архітектурної біоніки є біоматеріалознавство та біотектоніка.
Об'єктом вивчення в біоматеріалознавстві є різні дивовижні властивості природних структур та їх "похідних" - тканин тваринних організмів, стебел та листя рослин, ниток павутиння, вусиків гарбузів, крил метелика тощо.
З біотектонікою все складніше. У цій галузі знання дослідників цікавлять не так властивості природних матеріалів, як самі принципи існування живих організмів. Головні проблеми біотектоніки полягають у створенні нових конструкцій на основі принципів та способів дії біоконструкцій у живій природі, у здійсненні адаптації та зростання гнучких тектонічних систем на основі адаптації та зростання живих організмів.
В архітектурно-будівельній біоніці багато уваги приділяється новим будівельним технологіям. Так у галузі розробок ефективних та безвідходних будівельних технологій перспективним напрямом є створення шаруватих конструкцій. Ідея запозичена у глибоководних молюсків. Їх міцні черепашки складаються з жорстких і м'яких пластинок, що чергуються. Коли жорстка пластинка тріскається, деформація поглинається м'яким шаром і тріщина не йде далі.

Технології архітектурної біоніки.
Наведемо як приклад кілька найпоширеніших сучасних напрямів розробки біонічних будівель.
1. Енергоефективний Будинок – споруда з низьким споживанням енергії або з нульовим споживанням енергії із стандартних джерел (Energy Efficient Building).
2. Пасивний Дім (Passive Building) - споруда з пасивною терморегуляцією (охолодження та опалення за рахунок використання енергії довкілля). У таких будинках передбачено застосування енергозберігаючих будівельних матеріалів та конструкцій та практично відсутня традиційна опалювальна система.
3. Біокліматична архітектура (Bioclimatic Architecture). Один із напрямків у стилі hi-tech. Головний принцип біокліматичної архітектури - гармонія з природою: "... щоб птах, залетівши в офіс, не помітив, що він усередині нього". В основному, відомі численні біокліматичні хмарочоси, в яких нарівні із загороджувальними системами, активно застосовується багатошарове скління (double skin technology), що забезпечує шумоізоляцію та підтримку мікроклімату разом з вентиляцією.
4. Розумний дім(Intellectual Building) - будівля, в якій за допомогою комп'ютерних технологій та автоматизації оптимізовано потоки світла та тепла в приміщеннях та конструкціях, що захищають.
5. Здоровий Дім (Healthy Building) - будівля, в якій, поряд із застосуванням енергозберігаючих технологій та альтернативних джереленергії, пріоритетними є природні будівельні матеріали (суміші із землі та глини, дерево, камінь, пісок тощо). Технології «здорового» будинку включають системи очищення повітря від шкідливих випарів, газів, радіоактивних речовин і т.д.

Історія використання архітектурних форм у архітектурній практиці.
Архітектурна біоніка з'явилася невипадково. Вона стала результатом попереднього досвіду використання у тому чи іншому вигляді (найчастіше - асоціативному і наслідувальному) певних властивостей чи характеристик форм живої природи в архітектурі - наприклад, у гіпостильних залах єгипетських храмів у Луксорі та Карнаці, капітелях та колонах античних ордерів, інтер'єрах готичних соборів і т.д.

Колони гіпостильної зали храму в Едфу.

До біонічної архітектури найчастіше відносять будівлі та архітектурні комплекси, які органічно вписуються в природний ландшафт, будучи ніби його продовженням. Наприклад, такими можна назвати споруди сучасного швейцарського архітектора Петера Цумтора. Нарівні з натуральними будівельними матеріалами, він працює з існуючими природними елементами - горами, пагорбами, газонами, деревами, практично не видозмінюючи їх. Його споруди ніби ростуть із землі, а часом настільки зливаються з навколишньою природою, що їх не відразу можна виявити. Так, наприклад, терми у Швейцарії збоку здаються просто зеленим майданчиком.

Терми у Вальсі. Архітектор: Peter Zumthor.

З погляду однієї з концепцій біоніки – образу еко-будинку, – до біонічної архітектури можна віднести навіть звичні нам сільські будинки. Вони створені з натуральних матеріалів, а структури сільських селищ завжди гармонійно вписані в навколишній ландшафт (верхня точка селища - церква, низина - житлові будинки і т. д.)

Купол Флорентійського собору. Архітектор: Filippo Brunelleschi.

Виникнення даної галузі в історії архітектури завжди пов'язане з будь-якою технічною новацією: так, зодчий італійського Відродження Ф. Брунеллескі як прототип для конструювання купола Флорентійського собору взяв шкаралупу яйця, а Леонардо да Вінчі копіював форми живої природи при зображенні і конструйовані і навіть літальних апаратів. Прийнято вважати, що першим, хто почав вивчати механіку польоту живих моделей «з біонічних позицій», був саме Леонардо да Вінчі, який намагався розробити літальний апарат із крилом, що махає (орнітоптер).

Галерея у парку Гюель. Архітектор: Antonio Gaudi.

Портал Страстей Христових Собору Святої Сімейства (Sagrada Familia).

Успіхи будівельної техніки у ХІХ-ХХ ст. породили нові технічні змогу інтерпретації архітектури живої природи. Це знайшло своє відображення у творах багатьох архітекторів, серед яких, безумовно, вирізняється Антоніо Гауді – основоположник широкого використання біоформ в архітектурі ХХ ст. Спроектовані та збудовані А. Гауді житлові будівлі, монастир Гюель, знаменитий «Sagrada Familia» (Собор Святої Сімейства, вис. 170 м.) у Барселоні і нині залишаються і неперевершеними архітектурними шедеврами і, водночас, найбільш талановитим та характерним прикладом асиміляції. - їх застосування та розвитку.

Горищне перекриття Casa Mila. Архітектор: Antonio Gaudi.

Арочне склепіння галереї в Casa Batlló. Архітектор: Antonio Gaudi.

А. Гауді вважав, що в архітектурі, як і в природі, немає копіюванню. В результаті його споруди вражають своєю складністю – ви не знайдете у його спорудах двох однакових деталей. Його колони зображують стовбури пальм з корою і листям, сходові поручні імітують стебла рослин, що завиваються, склепінчасті перекриття відтворюють крони дерев. У своїх творах Гауді використовував параболічні арки, гіперспіралі, похилі колони і т.д., створюючи архітектуру, геометрія якої перевершувала архітектурні фантазії і архітекторів, і інженерів. Одним із перших А. Гауді використав також і біоморфологічні конструктивні властивості просторово-вигнутої форми, яка була втілена ним у вигляді гіперболічного параболоїда невеликого сходового прольоту з цегли. При цьому Гауді не просто копіював об'єкти природи, але творчо інтерпретував природні форми, видозмінюючи пропорції та масштабні ритмічні характеристики.
Незважаючи на те, що смисловий ряд протобіонічних будівель виглядає досить переконливо і виправдано, деякі фахівці вважають архітектурною біонікою тільки ті будівлі, які не просто повторюють природні форми або створені з природних матеріалів, а містять у своїх конструкціях структури та принципи живої природи.

Спорудження Ейфелевої вежі. Інженер: Gustave Eiffel.

Проект мосту. Архітектор: Paolo Soleri.

Ці вчені швидше назвали б протобіонікою такі будівлі як 300-метрова Ейфелева вежа інженера-мостовика А. Г. Ейфеля, яка точно повторює будову великої гомілкової кістки людини, проект моста архітектора П. Солері, що нагадує згорнутий лист злаку і розроблений за принципом перерозподілу у стеблах рослин тощо.

Велотрек у Крилатському. Архітектори: Н. І. Вороніна та А. Г. Оспенніков.

У Росії її закони живої природи також були запозичені до створення деяких архітектурних об'єктів “доперебудовного” періоду. Прикладами можна назвати Останкінську радіотелевізійну вежу в Москві, Олімпійські об'єкти — велотрек у Крилатському, мембранні покриття критого стадіону на проспекті Миру та універсального спортивно-видовищного залу в Ленінграді, ресторан у Приморському парку Баку та його прив'язка у м. Фрунзе ін.
Серед імен сучасних архітекторів, що працюють у напрямку архітектурної біоніки, виділяються Норман Фостер (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Сантьяго Калатрава (http://www.calatrava.com/#/Selected %20works/Architecture?mode=english), Ніколас Грімшоу (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Кен Янг (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html), Вінсент Калебо ( http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) і т.д.

Якщо будь-який аспект біоніки зацікавив Вас, пишіть нам, і ми розповімо про нього детальніше!
Архітектурне бюро "Inttera".

Минулого року, під час виконання мого проекту на тему: «Моя школа №2 майбутнього», я зіткнувся з тим, як багато у сучасному світі будинків, будівель, споруд, які гармонійно зливаються із природою. І я почав пошук в Інтернеті таких проектів, і на свій подив зробив для себе відкриття, що є така наука, яка дозволяє поєднати живу природу з 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 навколишнім середовищем, не 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.

Стільников Максим

Дослідницька робота на тему "Біоніка - наука найбільших можливостей"

Завантажити:

Попередній перегляд:

Обласна науково-практична конференція

у рамках регіонального молодіжного форуму

«Майбутнє це ми!»

Природничо-науковий напрямок (фізика, біологія)

Дослідницька робота з теми

«Біоніка – наука найбільших можливостей»

МБОУ «ЗОШ №7» м.Петровська Саратовської області

Керівники:

Філяніна Ольга Олександрівна,

Вчитель хімії та біології

Герасимова Наталія Анатоліївна,

Вчитель математики та фізики,

м. Петровськ

квітень 2014 р.

1. Вступ стор. 3-4
2. Від давнини до сьогодення. стор 5-6
3. Розділи біоніки:

3.1. архітектурно-будівельна біоніка; стор 6-8

3.2. біомеханіка; стор.8-12

3.3. нейробіоніка. стор.13-14

4. Великі дрібниці, «підглянуті у природи». стор 14-15

5. Висновок стор. 16

6. Література та використовувані інтернет – ресурси. стор. 16

Птах –

Чинний

За математичним законом

інструмент,

Зробити який,

у людській владі…

Леонардо Да Вінчі.

Ви хотіли б одним стрибком перелітати через автомобілі, рухатися як Людина – Павук, помічати ворогів на відстані кількох кілометрів і згинати руками сталеві балки? Слід гадати, що так, але, на жаль, це неможливо. Поки що нереально...

Людину, з моменту створення світу, цікавило багато чого: чому вода – мокра, чому день змінює ніч, чому ми відчуваємо аромат квітів тощо. Природно, людина намагалася цьому знайти пояснення. Але чим більше він дізнавався, тим ще більше виникало у нього запитань: чи може людина літати як птах, плавати як риба, як тварини «дізнаються» про наближення шторму, про землетрус, що насувається, про майбутнє виверження вулкана, чи можна створити штучний розум?

Запитань «чому» дуже багато, часто ці питання не науково тлумачилися, породжуючи вигадки, забобони. Для цього потрібно мати гарні знання в багатьох областях: у фізиці та хімії, астрономії та біології, географії та екології, в математиці та техніці, в медицині та космосі.

А чи існує наука, яка б об'єднала в собі все, змогла б поєднувати непоєднуване? Виявляється – існує!

Предмет мого дослідження - наука біоніка -БІО логія” та “тих НІКА”.

Мета дослідницької роботи:необхідність виникнення науки біоніки, її можливості та межі застосування.

Для цього можна поставити рядзавдань:

1.Дізнатися, що таке «біоніка».

2. Простежити історію розвитку науки «Біоніки»: від давнини до сучасності та її взаємозв'язок з іншими науками.

3. Виділити основні розділи біоніки.

4. За що треба сказати природі спасибі: відкриті можливості та загадки біоніки.

Методи дослідження:

Теоретичні:

- вивчення наукових статей, літератури на тему.

Практичні:

Спостереження;

Узагальнення.

Практична значимість.

Я думаю, що моя робота буде корисною і цікавою для широкого кола і учнів, і педагогів, тому що всі ми живемо в природі за законами, які вона створила. Людина повинна лише вміло володіти знаннями, щоб втілити у техніці всі підказки природи та розкрити її таємниці.

Від давнини до сучасності

Біоніка – прикладна наука, яка вивчає можливість поєднання живих організмів та технічних пристроїв, – сьогодні розвивається дуже швидкими темпами.

Прагнення мати здібності, що перевершують ті, що подарувала нам природа, сидить глибоко всередині кожної людини – це підтвердить будь-який тренер з фітнесу або пластичний хірург. Наші тіла мають неймовірну здатність до адаптації, але є речі, які їм не під силу. Наприклад, ми не вміємо розмовляти з тими, хто перебуває поза межами чутності, ми не здатні літати. Тому нам потрібні телефони та літаки. Щоб компенсувати свою недосконалість, люди здавна застосовували різні «зовнішні» пристосування, проте з розвитком науки інструменти поступово зменшувалися та ставали дедалі ближчими до нас.

Крім того, кожен знає, що якщо щось трапиться з його тілом, то лікарі проведуть ремонт, використовуючи найсучасніші медичні технології.

Якщо скласти ці дві прості концепції, ми зможемо отримати уявлення про наступний крок еволюції людини. У майбутньому лікарі зможуть не тільки відновлювати «пошкоджені» або «вийшовши з ладу» організми, вони почнуть активно покращувати людей, робити їх сильніше та швидше, ніж це вдалося природі. Саме в цьому полягає суть біоніки і сьогодні ми з вами стоїмо на порозі появи людини нового типу. Можливо, ним стане хтось із нас…

Прародителем біоніки вважається Леонардо да Вінчі. Його креслення та схеми літальних апаратів були засновані на будові крила птиці. В наш час, за кресленнями Леонардо да Вінчі неодноразово здійснювали моделюванняорнітоптера (від грец. órnis, рід. відмінок órnithos - птах і pterón - крило),махолет , літальний апарат важчий за повітря з махаючими крилами). Серед живих істот маховими рухами крил для польоту користуються, наприклад, птахи.

Із сучасних вчених можна назвати ім'я Осипа М. Р. Дельгадо.

За допомогою своїх радіоелектронних приладів він вивчав неврологічно-фізичні характеристики тварин. І на їх основі намагався розробити алгоритми керування живими організмами.

Біоніка (Від грец. Biōn - елемент життя, буквально - живий), наука, прикордонна між біологією і технікою, що вирішує інженерні завдання на основі моделювання структури та життєдіяльності організмів. Біоніка тісно пов'язана з біологією, фізикою, хімією, кібернетикою та інженерними науками - електронікою, навігацією, зв'язком, морською справою та ін. /БСЕ.1978г./

Формальним роком народження біоніки прийнято вважати 1960 р. Вчені – біоніки обрали своєю емблемою скальпель та паяльник, з'єднані знаком інтеграла, а девізом – «Живі прототипи – ключ до нової техніки».

Багато біонні моделі, перш ніж отримують технічне втілення, починають своє життя на комп'ютері, де складається комп'ютерна програма - біонічна модель.

Сьогодні біоніка має кілька напрямків.

Розділи біоніки

1. Архітектурно-будівельна біоніка.

Яскравий приклад архітектурно-будівельної біоніки – повнааналогія будови стебел злаківта сучасних висотних споруд. Стебла злакових рослин здатні витримувати великі навантаження і при цьому не ламатися під вагою суцвіття. Якщо вітер пригинає їх до землі, вони швидко відновлюють вертикальне положення. У чому секрет? Виявляється, їхня будова подібна до конструкції сучасних висотних.фабричних труб - одним із останніх досягнень інженерної думки.

Відомі іспанські архітектори М.Р. Сервера та Х. Плоз, активні прихильники біоніки, з 1985 р. розпочали дослідження «динамічних структур», а в 1991 р. організували «Товариство підтримки інновацій в архітектурі». Група під їх керівництвом, до складу якої увійшли архітектори, інженери, дизайнери, біологи та психологи, розробила проект «Вертикальне біонічне місто-вежа». Через 15 років у Шанхаї має з'явитися місто-вежа (за прогнозами вчених, через 20 років чисельність Шанхаю може досягти 30 млн осіб). Місто-вежа розраховане на 100 тисяч осіб, в основу проекту покладено «принцип конструкції дерева».

Башта-місто матиме формукипарису висотою 1128 м з обхватом у підстави 133 на 100 м., а в найширшій точці 166 на 133 м. У вежі буде 300 поверхів, і вони будуть розташовані в 12 вертикальних кварталах по 80 поверхів.

До 100-х роковин Великої французької революції в Парижі було організовано всесвітню виставку. На території цієї виставки планувалося спорудити вежу, яка б символізувала і велич Французької революції, і новітні досягнення техніки. На конкурс надійшло понад 700 проектів, найкращим було визнано проект інженера-мостовика Олександра Гюстава Ейфеля. Наприкінці ХІХ століття вежа, названа ім'ям свого творця, вразила весь світ ажурністю та красою. 300-метрова вежа стала своєрідним символом Парижа. Ходили чутки, ніби збудовано вежу за кресленнями невідомого арабського вченого. І лише більш ніж через півстоліття біологи та інженери зробили несподіване відкриття: конструкціяЕйфелевої вежі точно повторює будову великоїгомілкової кістки легко витримує тяжкість людського тіла. Збігаються навіть кути між несучими поверхнями. Це ще один показовий приклад біоніки у дії.

В архітектурно-будівельній біоніці багато уваги приділяється новим будівельним технологіям. Наприклад, у галузі розробок ефективних та безвідходних будівельних технологій перспективним напрямком є ​​створенняшаруватих конструкцій. Ідея запозичена углибоководних молюсків. Їх міцні черепашки, наприклад у широко поширеного "морського вуха", складаються з жорстких і м'яких пластинок, що чергуються. Коли жорстка пластинка тріскається, деформація поглинається м'яким шаром і тріщина не йде далі. Така технологія може бути використана для покриття автомобілів.

2. Біомеханіка

Локатори природи. Живі барометри та сейсмографи.

Найбільш просунуті дослідження в біоніці - це розробка біологічних засобів виявлення, навігації та орієнтації; комплекс досліджень, пов'язаних з моделюванням функцій та структур мозку вищих тварин та людини; створення систем біоелектричного управління та дослідження з проблеми "людина-машина". Ці напрями тісно пов'язані один з одним. Чому ж за сучасного розвитку техніки природа настільки випереджає людини?

Давно відомо, що птахи, риби, комахи дуже чуйно та безпомилково реагують на зміни погоди. Низький політ ластівок віщує грозу. За скупченням медуз біля берега рибалки дізнаються, що можна вирушати на промисел, море буде спокійним.

Тварини - "біосиноптики"від природи наділені унікальними надчутливими "приладами". Завдання біоніки - як знайти ці механізми, а й зрозуміти їх дію і відтворити їх у електронних схемах, прилади, конструкції.

Вивчення складної навігаційної системи риб та птахів, що долають тисячі кілометрів під час міграцій та безпомилково повертаються до своїх місць для нересту, зимівлі, виведення пташенят, сприяє розробці високочутливих систем стеження, наведення та розпізнавання об'єктів.

Багато живих організмів мають такі аналізаторні системи, яких немає в людини. Наприклад, у коників на 12-му членику вусиків є горбок, що сприймає інфрачервоне випромінювання. У акул і схилів є канали на голові і в передній частині тулуба, що сприймають зміни температури в 0,10 С. Пристрій, що сприймає радіоактивне випромінювання, мають равлики, мурахи та терміти. Багато хто реагує на зміни магнітного поля(в основному птахи та комахи, які здійснюють далекі міграції). Сови, кажани, дельфіни, кити та більшість комах сприймає інфра- та ультразвукові коливання. Очі бджоли реагують на ультрафіолетове світло, таргана – на інфрачервоне.

Термочутливий орган гримучої змії розрізняє зміни температури 0,0010 C; електричний орган риб (скатів, електричних вугрів) сприймає потенціали 0,01 мікровольта, очі багатьох нічних тварин реагують на поодинокі кванти світла, риби відчувають зміну концентрації речовини у воді 1 мг/м3 (=1мкг/л).

Є ще багато систем орієнтації в просторі, пристрій яких поки не вивчений: бджоли та оси добре орієнтуються по сонцю, самці метеликів (наприклад, нічний павич очей, бражник мертва голова і т. д.) відшукують самку на відстані 10 км. Морські черепахи та багато риб (вугри, осетри, лососі) відпливають на кілька тисяч кілометрів від рідних берегів і безпомилково повертаються для кладки яєць і нересту до того самого місця, звідки самі почали свій життєвий шлях. Передбачається, що вони мають дві системи орієнтації - далека, за зірками і сонцем, і ближня - за запахом (хімізм прибережних вод).

Кажани, як правило, - це невеликі і, будемо відверті, для багатьох з нас неприємні і навіть відштовхуючі істоти. Але так уже повелося ставитися до них з упередженням, основа якого, як правило, різного роду легенди та повір'я, що склалися ще тоді, коли люди вірили у духів та нечисту силу.

Кажан - унікальний об'єкт для вчених-біоакустиків. Вона абсолютно вільно орієнтується у повній темряві, не натикаючись на перешкоди. Більш того, маючи поганий зір, кажан на льоту виявляє і ловить маленьких комах, відрізняє комара, що летить, від несучої за вітром скриньки, їстівна комаха - від несмачної сонечка.

Вперше цією незвичайною здатністю кажанів зацікавився 1793 року італійський учений Ладзаро Спалланцані. Спочатку він намагався з'ясувати, якими способами різні тварини знаходять дорогу у темряві. Йому вдалося встановити: сови та інші нічні істоти добре бачать у темряві. Щоправда, у темряві і вони, як виявилося, стають безпорадними. Але коли він почав експериментувати з кажанами, то виявив, що така повна темрява для них не перешкода. Тоді Спалланцані пішов далі: він просто позбавив зору кількох кажанів. І що ж? Це нічого не змінило в їх поведінці, вони так само чудово полювали комах, як і зрячі. У цьому Спалланцані переконався, коли розкрив шлунок експериментальних мишей.

Інтерес до загадки зростав. Особливо після того, як Спалланцані познайомився з дослідами швейцарського біолога Шарля Жюрін, який у 1799 році дійшов висновку, що кажани можуть обходитися без зору, але серйозне пошкодження слуху для них згубно. Варто було заткнути їм вуха спеціальними мідними трубочками, як вони починали сліпо і безладно натикатися на всі перешкоди, що виникають на їхньому шляху. Поряд з цим на цілій низці різноманітних дослідів було показано, що порушення діяльності органів зору, дотику, нюху та смаку жодного впливу на політ кажанів не надають.

Досвіди Спалланцані були, безперечно, вражаючими, але вони явно випереджали час. Спалланцані не міг відповісти на головне і цілком по-науковому коректне питання: якщо не слух чи зір, то що ж у такому разі допомагає кажанам так добре орієнтуватися у просторі?

Тоді нічого не знали ні про ультразвук, ні про те, що у тварин можуть бути якісь інші органи (системи) сприйняття, а не тільки вуха та очі. До речі, саме в такому дусі і намагалися пояснити деякі вчені досліди Спалланцані: мовляв, кажани мають найтонше почуття дотику, органи якого розташовані, швидше за все, у перетинках їхніх крил...

Справа закінчилася тим, що про досліди Спалланцані надовго забули. Тільки в наш час, через сто років, так звана «спалланцянієва проблема кажанів», як її охрестили самі вчені, була вирішена. Це стало можливо завдяки появі нових засобів дослідження на основі електроніки.

Фізику з Гарвардського університету Г. Пірсу вдалося виявити, що кажани видають звуки, що лежать за порогом чутності людського вуха.

Елементи аеродинаміки.

Засновник сучасної аеродинаміки М. Є. Жуковський ретельно вивчив механізм польоту птахів та умови, що дозволяють їм ширяти повітря. З дослідження польоту птахів виникла авіація.

Ще більш досконалим літальним апаратом у живій природі мають комахи. По економічності польоту, відносної швидкості і маневреності вони мають собі рівних ні живої природі. Ідея створення літального апарату, в основі якого лежав би принцип польоту комах, чекає свого дозволу. Щоб у польоті не виникали шкідливі коливання, на кінцях крил у комах, що швидко літають, є хітинові потовщення. Зараз авіаконструктори застосовують подібні пристрої для крил літаків, тим самим усуваючи небезпеку вібрації.

Реактивний рух.

Реактивний рух, що використовується в літаках, ракетах та космічних снарядах, властивий також головоногим молюскам – восьминогам, кальмарам, каракатиці. Найбільший інтересдля техніки реактивний рушій кальмара. По суті, кальмар має в своєму розпорядженні два принципово різні рушії. При повільному переміщенні він користується великим ромбоподібним плавцем, що періодично згинається. Для швидкого кидка тварина використовує реактивний рушій. М'язова тканина – мантія оточує тіло молюска з усіх боків, об'єм її становить майже половину об'єму його тіла. При реактивному способі плавання тварина засмоктує воду всередину мантійної порожнини через щілину мантійну. Рух кальмара створюється рахунок викидання струменя води через вузьке сопло (воронку). Це сопло забезпечене спеціальним клапаном, і м'язи можуть його повертати, чим досягається зміна напряму руху. Двигун кальмара дуже економічний, завдяки чому він може досягати швидкості 70 км/год, деякі дослідники вважають навіть до 150 км/год.

Глісер формою корпусу схожий на дельфіна. Глісер красивий і швидко катається, маючи можливість, натурально, по-дельфіни грати у хвилях, помахуючи плавцем. Корпус виготовлений з полікарбонату. Двигун при цьому дуже потужний. Перший такий дельфін був побудований компанією Innespace у 2001 році.

Під час першої світової війни англійський флот зазнав величезних втрат через німецькі підводні човни. Необхідно було навчитися їх виявляти та вистежувати. Для цього створили спеціальні приладигідрофони. Ці прилади мали знаходити підводні човни противника по шуму гребних гвинтів. Їх встановили на кораблях, але під час ходу корабля рух води біля приймального отвору гідрофону створював шум, який заглушував шум підводного човна. Фізик Роберт Вуд запропонував інженерам повчитися... у тюленів, які добре чують під час руху у воді. У результаті приймальному отвору гідрофону надали форму вушної раковини тюленя, і гідрофони стали "чути" навіть на повному ході корабля.

3. Нейробіоніка.

Який хлопчик не захоплювався б грою у роботів, не дивився фільм про Термінатора чи Рассомаху. Найвідданіші біоніки це інженери, які конструюють роботів. Існує така думка, що в майбутньому роботи зможуть ефективно функціонувати тільки в тому випадку, якщо вони максимально схожі на людей. Розробники-біоніки виходять з того, що роботам доведеться функціонувати в міських та домашніх умовах, тобто в «людському» середовищі 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, а колеса, гусениці та інше зовсім не підходить для міста. І в кого копіювати конструкцію ніг, якщо не у тварин? Мініатюрний, довжиною близько 17 см, шестиногий робот (гексапод) зі Стенфордського університету вже бігає зі швидкістю 55 см/сек.

Створено штучне серце із біологічних матеріалів. Нове наукове відкриття може покласти край дефіциту донорських органів.

Група дослідників з університету Міннесоти намагається створити принципово новий методлікування 22 млн осіб – стільки людей у ​​світі живе із хворим серцем. Вченим вдалося вилучити м'язові клітини із серця, зберігши лише каркас із серцевих клапанів та кровоносних судин. У цей каркас пересадили нові клітки.

Урочистість біоніки – штучна рука. Вченим з Інституту реабілітації Чикаго вдалося створити біонічний протез, який дозволяє пацієнту не лише керувати рукою за допомогою думок, а й розпізнавати деякі відчуття. Власницею біонічної руки стала Клаудіа Мітчелл, яка в минулому служила в морському флоті США. 2005 року Мітчелл постраждала в аварії. Хірургам довелося ампутувати ліву руку Мітчелл до самого плеча. Як наслідок, нерви, які могли б бути надалі використані для контролю за протезом, залишилися без застосування.

Великі дрібниці, «підглянуті у природи»

Знамените запозичення зробив швейцарський інженер Джордж де
Местраль у 1955 році. Він часто гуляв зі своїм собакою і помітив, що до його вовни постійно прилипають якісь незрозумілі рослини. Дослідивши феномен, де Местраль визначив, що він можливий завдяки маленьким гачкам на плодах дурнишника (реп'яха). В результаті інженер усвідомив важливість зробленого відкриття і за вісім років запатентував зручну «липучку».

Присоски були винайдені щодо восьминогів.

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.

Павутинні нитки – дивовижний витвір природи привернули увагу інженерів. Павутина стала прообразом конструкції мосту на довгих гнучких тросах, поклавши тим самим початок будівництва міцних підвісних мостів.

Зараз розроблено новий типзброя, здатна вводити війська противника в шоковий стан за допомогою ультразвуку. Цей принцип впливу був запозичений у тигрів. Рев хижака містить ультранизкі частоти, які хоч і не сприймаються людиною як звук, надають на нього паралітичну дію.

Голка-скарифікатор, що служить для забору крові, сконструйована за принципом, повністю повторює будову зуба-різця кажана, укус якого безболісний і супроводжується сильною кровотечею.

Звичний нам поршневий шприц імітує кровососний апарат – комара та блохи, з укусом яких знайома кожна людина.

Пухнасті «парашутики» уповільнюють падіння насіння кульбаби на землю, так само, як парашут уповільнює падіння людини.

Висновок.

Потенціал біоніки воістину безмежний.

Людство намагається придивитися до методів природи, щоб потім розумно використовувати їх у техніці. Природа подібна до величезного інженерного бюро, у якого завжди готовий правильний вихідз будь-якої ситуації. Сучасна людина має не руйнувати природу, а брати її за зразок. Маючи різноманітність флори та фауни, природа може допомогти людині знайти правильне технічне вирішення складних питань та вихід з будь-якої ситуації.

Мені було дуже цікаво працювати над цією темою. Надалі я продовжу роботу з вивчення досягнень біоніки.

ПРИРОДА ЯК ЕТАЛОН - І Є БІОНІКА!

Література:

1. Біоніка. В. Мартека, вид – у: Світ, 1967 р.

2. Що таке біоніка. Серія "Науково-популярна бібліотека". Асташенко П.Т. М., Воєніздат, 1963

3. Архітектурна біоніка Ю.С. Лебедєв, В.І.Рабінович та ін.Москва, Будвидав, 1990. 4.

Використані інтернет-ресурси

http://www/cnews/ru/news/top/index. Shtml 2003/08/21/147736;

Bio-nika.narod.ru

www.computerra.ru/xterra

- http://ua.wikipedia.org/ wiki/Біоніка

www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

http://factopedia.ru/publication/4097

http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

http://novostey.com

http://images.yandex.ru/yandsearch

http://school-collection.edu.ru/catalog

Глазкова Настя

З давніх-давен думка людини шукала відповідь на запитання: чи може людина досягти того ж, чого досягла жива природа? Чи зможе він, наприклад, літати, як птах, чи плавати під водою, як риба? Спочатку людина могла лише мріяти про це, але незабаром винахідники почали застосовувати особливості організації живих організмів у своїх конструкціях.

Завантажити:

Попередній перегляд:

1. Вступ……………………………………2
2. Що таке «Біоніка»?................................4
3. Патенти живої природи…………………9
4. Архітектурна бионика………………….16
5. Нейробіоніка…………………………… 29
6. Технічна біоніка……………………...37
7. Заключение…………………………………39
8. Література………………………………….40

Птах – діючий за математичним законом

інструмент, зробити який у людській владі

З усіма його рухами.

Леонардо Да Вінчі.

З давніх-давен думка людини шукала відповідь на запитання: чи може людина досягти того ж, чого досягла жива природа? Чи зможе він, наприклад, літати, як птах, чи плавати під водою, як риба? Спочатку людина могла лише мріяти про це, але незабаром винахідники почали застосовувати особливості організації живих організмів у своїх конструкціях.

Ще найбільший грецький філософ матеріаліст Демокріт (близько 460-370гг.до н.е.) писав:

«Від тварин ми шляхом наслідування навчилися найважливіших справ. Ми учні павука в ткацькому та кравецьких ремеслах, учні ластівки у побудові жител...»

Прочитавши висловлювання Демокріта, я задумалася, а що ж людина для покращення свого життя взяв у природи.

Характерною рисою сучасної науки є інтенсивне взаємопроникнення ідей, теоретичних підходів та методів, властивих різним дисциплінам. Особливо це стосується фізики, хімії, біології та математики. Так, фізичні методи дослідження широко використовуються щодо живої природи, а своєрідність цього об'єкта викликає до життя нові, більш досконалі методи фізичних досліджень.

Наприклад:

• Всі знають, що бабка здатна зависати у повітрі, пересуватися у бічному напрямку або різко подаватися назад. Причому всі маневри вона робить на великій швидкості. Однак мало кому відомо, що підйомна сила бабки втричі більша, ніж у сучасного літака. Використовуючи особливості аеродинаміки бабки, вчені вважають, що можна значно підвищити ефективність та безпеку літальних апаратів. Літаки, розроблені з урахуванням здібностей бабок, зможуть здійснювати крутіші розвороти і будуть менш сприйнятливими до поривів вітру, які, на жаль, ще бувають причиною аварій.
• Гримуча змія вловлює різницю в температурі, що дорівнює тисячній частці градуса?
• ...Деякі риби відчувають стомільярдну частку пахучої речовини в одному літрі води? Це все одно, що вловити присутність 30 г такої речовини в цілому Аральському морі.
• ...Щури відчувають радіацію?
• ... Окремі види мікробів реагують навіть на слабку зміну радіації?
• …Звичайний чорний тарган радіацію бачить?
• …Комар розвиває за укусу питомий тиск до I мільярда кг/см2? Порівняння з 16-кілограмовою гирею, що має основу 4 см2 і дає питомий тиск всього 4 кг/см2, показує, наскільки велика "комарина сила".
• …Глибоководні риби вловлюють зміну щільності струму менш ніж одну стомільярдну частину ампера?
• …Нільська риба мормірус за допомогою електромагнітних коливань “промацує” свій шлях у воді?

Чи не так, дивовижний перелік? І його можна ще й ще продовжити не менш дивовижними прикладами. Дізнавшись усе це, чи могла людина пройти повз привабливу ідею - створити своїми руками те, що вже створила природа?

Завдання мого дослідження:З'ясувати, як людина використовує «природні» винаходи тварин та рослин при створенні штучних пристроїв на благо людини.

Що таке «Біоніка»?

Прародителем біоніки вважається Леонардо да Вінчі.

Його креслення та схема літальних апаратів

Були засновані на будові крила птахів

Креслення Леонардо да Вінчі.

В наш час, за кресленнями Леонардо да Вінчі неодноразово здійснювалося моделювання орнітоптера.

У 1960 році в Дайтоні (США) відбувся перший симпозіум з біоніки, який офіційно закріпив народження нової науки та назву, запропоновану американським інженером Джеком Стілом.

Біологія + електроніка = Біоніка.

Біоніка (від грецького слова «bion» -елемент життя, буквально живий), наука прикордонна між біологією і технікою, що вирішує інженерні завдання на основі моделювання структури та життєдіяльності організмів.

Девіз біоніки: «Живі прототипи – ключ до нової техніки»

У біоніки є символ: схрещені скальпеля, паяльник і знак інтеграла. Цей союз біолога, техніка та математика дозволяє сподіватися, що наукабіоніка проникає туди, куди ще ніхто не проникав, і побачити те, що ще ніхто.

Патенти живої природи.

Відомо, що рослини – «зелені фільтри», що очищають повітря та воду від шкідливих домішок. Вони поповнюють атмосферу киснем, зволожують та іонізують повітря, знижують кількість мікробів.

Хлорофітум-природний кондиціонер.

Створено побутові та промислові електроповітроочисники, за функціями подібні до природних зелених фільтрів.

Вивчення гідродинамічних особливостей будови китів та дельфінів допомогло створити особливу обшивку підводної частини кораблів, яка забезпечує підвищення швидкості на 20–25% за тієї ж потужності двигуна. Називається ця обшивкаламінфло і, аналогічно шкірі дельфіна, не змочується і має еластично-пружну структуру, що усуває турбулентні завихрення та забезпечує ковзання з мінімальним опором.

Дерева – найпотужніші рослинні насоси. Велике значення для переміщення води мають кореневий тиск та транспірація (випаровування води листям), а також сила зчеплення між молекулами води та стінками судин.

Як дерево корінням забезпечує себе поживними речовинами та вологою, так люди намагаються добувати із землі корисні копалини.

Гідрометалургійний метод простий і економічний у порівнянні з вогневим (у доменних печах). У поклади уранової руди накачують карбонат натрію. Потім по шлангах, як рослина корінням, насосом відсмоктують із шахти рідку суміш, що містить уран. Після відстоювання отримують уран більш чистому вигляді, Чим здобутий іншими способами. Також витягують уран і з мідних руд, в яких він міститься в дуже малих кількостях.

Гідрометалургія застосовується при обробці складних руд та рудних концентратів.

Архітектурна біоніка.

Жива природаперестає бути загадковим феноменом. Одне з основних узагальнень сучасної біології полягає в тому, що всі явища життя підпорядковуються законам фізики та хімії і можуть бути пояснені за допомогою цих законів на різних рівнях: молекулярному, при утворенні кристалів, формуванні механічних (конструктивних) тканин і опорних скелетів, загальної системи форм та екологічних зв'язків. Жива природа та архітектура розвиваються в одних і тих же біофізичних умовах земної та космічної сфери та підпорядковуються законам гравітації, інерції, термодинаміки. Їх форми зумовлюються подібною дією температурновлажностных чинників, режимом інсоляції, циклічності метеорологічних явищ тощо. Будівельна діяльність живих організмів так само, як і в архітектурі, пов'язана зі створенням будівельних матеріалів та певним порядком (технологією) виконання робіт.

Архітектура, що стала у процесі свого розвитку великим суспільним явищем, націлена разом із тим задоволення як громадських, а й біологічних потреб людини. І тут через вивчення біологічної організації людини архітектура набуває особливих імпульсів формоутворення, значення яких підвищується в умовах науково-технічної революції, зростання вимог до економії суспільної енергії та інтенсифікації людської праці.

Досвідом світової архітектури останніх трьох десятиліть підтверджується, що архітектурна біоніка здатна вирішувати найрізноманітніші питання архітектури як у роздільній інтерпретації, і у комплексі. Сюди відносяться: уточнення загально-теоретичних питань архітектури, що стосуються принципових сторін її розвитку; вдосконалення теорії систем; подальші напрями диференціації функціональної структури архітектурних форм та архітектурного простору; поглиблення композиційних прийомів – тектоніки, пропорцій, рівноважності, симетрії, ритмів, світла, кольору тощо; вирішення проблеми створення сприятливого мікрокліматув будинках та в інших архітектурних утвореннях; раціоналізація існуючих конструкцій та впровадження нових конструктивних форм; розвиток індустріалізації виробництва на основі уніфікації, стандартизації та збірності архітектурно-конструктивних елементів; створення будівельних матеріалів з новими ефективними комплексними конструктивними та теплоізолюючими властивостями; подальша розробка технології виробництва конструкцій та організації виробництва сповіщення будівель; вдосконалення методики експериментального конструювання на фізичних моделях та ін.

Таким чином, результати досліджень, що проводяться в галузі архітектурної біоніки, виявляються корисними при вирішенні проблем соціального та естетичного вдосконалення архітектури в найрізноманітніших її типологічних галузях: в житлових комплексах, у громадських та промислових будівлях та спорудах, у містобудуванні. Звичайно, все це не означає, що вонав стан вирішити всі ці питання до кінця. Ні, вона не підміняє і не виключає існуючі методи і лише готова допомогти їхньому подальшому прогресу. Разом з тим в окремих областях вона може вплинути на революцію. Архітектурна біоніка, отже, набуває великого значення в подальшому розвитку не тільки практики, а й архітектурної науки.

ІСТОРИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ РОЗВИТКУ АРХІТЕКТУРНОЇ БІОНІКИ

Цікаво простежити, як складалися історичні передумови формування теорії та практики архітектурної біоніки, що підтверджують її правомірність, неминучість розвитку та водночас проливають світло на становлення тих її напрямів, які набули розвитку в наш час.

Протягом історії людина у своїй архітектурно-будівельній діяльності свідомо чи інтуїтивно зверталася до живої природи, яка допомагала йому вирішувати найрізноманітніші проблеми.

Хата американських індіанців і термітник; гніздо птиці ткач; глинобитний будинок африканця

Звичайно, не з наслідування почала людина. Найімовірніше, можна говорити про органічно властиві йому форми трудової будівельної діяльності. Чоловік, як відомо, поступово розвивався від найдавніших приматів ссавців до стану «гомо сапієнс». Але, мабуть, поступове видалення людини у часі від своїх тварин предків, самостійний розвиток людської гілки, формування діяльності за принципом «я сам» згладили органічну безпосередність тваринного походження і перевели її на рівень більш менш осмисленого наслідування живої природи, будівельної діяльність живих організмів.

Оформлення капітелів колон храмів Стародавнього Єгиптуза аналогією з формами кольорів лотоса та папірусу: від акцентування уваги на декоративній стороні(1-4) до тектонічного освоєння(5-6)

Японська архітектура. Розріз будівлі, що нагадує ялинку

Образне уявлення простору живої природи в інтер'єрі готичного собору: собор в Ам'єні (Франція) та алея в лісі (фото Ю. Лебедєва)

Єдність форм архітектури та навколишньої природи. Саввино-Стороживський монастир поблизу Звенигорода під Москвою (ХУ-ХУМ ст.) (фото Ю. Лебедєва)

Радіотелевізійна вежа в Москві, 1922 Інж. В.Г. Шухів. Загальний вигляд та вид зсередини (фото Л.В. Кучинського)

Фахівці з біоніки міркують 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 ґрунтується на науковій роботі швейцарського професора анатомії Хермана фон Мейєра (Hermann Von Meyer). За 40 років до спорудження паризького інженерного дива професор досліджував кісткову структуру головки стегнової кісткитам, 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 сувору геометричну структуру, яку професор задокументував.

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.

Яскравий приклад архітектурно-будівельної біоніки – повна аналогія будови стебел злаків та сучасних висотних споруд. Стебла злакових рослин здатні витримувати великі навантаження і при цьому не ламатися під вагою суцвіття. Якщо вітер пригинає їх до землі, вони швидко відновлюють вертикальне положення. У чому секрет? Виявляється, їхня будова схожа на конструкцію сучасних висотних фабричних труб - одне з останніх досягнень інженерної думки. Обидві конструкції порожнисті. Склеренхімні тяжі стебла рослини відіграють роль поздовжньої арматури. Міжвузля стебел – кільця жорсткості. Уздовж стін стебла знаходяться овальні вертикальні порожнечі. Стіни труби мають таке ж конструктивне рішення. Роль спіральної арматури, розміщеної біля зовнішньої сторони труби в стеблі злакових рослин, виконує тонка шкірка. Однак до свого конструктивного рішення інженери прийшли самостійно, не заглядаючи в природу. Ідентичність будови було виявлено пізніше.

Цей процес використання законів формоутворення живої природи змінював свій характер та межі залежно від об'єктивних та суб'єктивних факторів.

Можна виділити три хронологічні етапи, що передують сучасному та відповідних змін по суті цього процесу.

Перший етап - найбільш древній, що сягає глибини історії можна вважати етапом стихійного використання конструктивних і функціонально-просторових засобів живої природи та результатів «будівельної» діяльності тварин, птахів та комах у створенні сховищ-гнізд, куренів, дольменів або «громадських споруд», якими могли бути менгіри, кромлехи і т.д. Наскільки тут запозичені із природи форми осмислювалися естетично, важко сказати. Безсумнівно, лише одне: вони були, перш за все, функціональними (на своєму рівні і свого роду). Разом з функцією в штучні споруди механічно привносилася і природна форма, тому багато давніх людських споруд - гнізда, курені тощо. - часто важко відбудувати будь-яких тварин або комах, наприклад термітів.

Другий етап - від початку формування архітектури як мистецтва та приблизно до середини XIX ст. Незважаючи на велику протяжність цього періоду за часом, всі його можливі проміжні щаблі об'єднані однією основою - принципом наслідування природи. Це означало головним чином використання форм природи з образотворче-декоративними цілями та копіювання зовнішніх формприроди. Прикладом можуть служити колони єгипетських храмів у Луксорі та Карнаці; коринфські та іонічні капітелі колон грецьких храмів; палаццо Ренесансу та палаци класицизму; образно-художні прийоми формоутворення у російських храмах; капітелі колон і весь їх лад як наслідування мотиву лісу в готичних соборах; народна японська архітектура тощо.

Говорячи про цей період, не можна заперечувати також інтерпретацію деяких конструктивно-тектонічних принципів живої природи. Наприклад, тектоніка колон із періодичністю її діаметрів за висотою інтерпретує тектоніку стовбура дерева; каннелюри колон подібні до каннельованих стебел рослин, що зустрічаються, надають їм додаткову міцність. Логіка переходу однієї форми до іншої в конструктивних вузлах ордерів грецьких храмів повторює, сутнісно, ​​принципи зміни форм по вертикалі стебла рослини, стовбура дерева, скелетів тварин; нервури покриттів готичних храмів виконують таку ж конструктивну функцію, як і нерватура (прожилки) зеленого листя дерева тощо.

Природна тектоніка в архітектурних формах присутня не завжди стихійно, доказом чого є висловлювання Вітрувія, Альберті, Пал-ладіо та ін. Але висловлювані думки, що стосуються конструктивних рішень, здебільшого через обмеженість технічних можливостей не могли бути втілені в життя. Простіше було зробити з каменю чи глини форму, подібну до природної, з художніми цілями, ніж створити конструктивну систему, подібну до природної.

Третій етап – кінець XIX – початок XX ст., що знайшов своє вираження в архітектурі «модерн». На цьому етапі природні принципи одночасно, хоча й різною мірою, виявилися у функціонально-структурних, конструктивних та декоративних рішеннях.

Великий вплив на використання засобів природи на цьому етапі справили бурхливий розвиток біології та небувалі успіхи будівельної техніки (наприклад, винахід залізобетону та початок інтенсивного застосування металевих конструкцій, кераміки тощо).

Саме в архітектурі модерну, як показали останні дослідження російського модерну, одержав початок функціонально-структурний розвиток архітектурних форм за принципом пристосовуваності до функціонально ускладнюваних завдань архітектури та навколишнього середовища. Саме модерн відкрив шлях до найрізноманітніших інтерпретацій архітектурних форм, не пов'язаних будь-якої жорсткої системою, подібною до класичної. Тут також свідомо чи мимоволі втілився природний принцип різноманіття форм за її «стильової» єдності. Саме у модерні знайшли своє застосування нові просторові конструкції, що нагадують природні. І нарешті, використання біоформ з декоративними цілями.

Досягнення біології XIX - початку XX ст., Комплексні, системні принципи розвитку живої природи знайшли відображення і в такій широкій галузі діяльності, як містобудування. Мається на увазі спроба практичного втілення в життя теорії "міста-саду" Е. Говарда в Англії, Німеччині / Росії і т.д. Зростання індустріальних міст змусило задуматися над проблемою економії міських територій, планомірного їх формування, пошуків заходів, що запобігають хаосу, над вирішенням питань, транспорту, розміщення громадських центрів тощо. І тут також не обійшлося без спроби звернення до живої природи. Наприкінці XIX-початку XX ст. було зроблено багато подібних пропозицій: Т. Фріч-місто, що розвивається подібно до раковини молюска по спіралі, 1896; проекти Сант Еліа, Е. Гледен та ін.

Відомі іспанські архітектори М.Р. Сервера та Х. Плоз, активні прихильники біоніки, з 1985 р. розпочали дослідження "динамічних структур", а в 1991 р. організували "Товариство підтримки інновацій в архітектурі". Група під їх керівництвом, до складу якої увійшли архітектори, інженери, дизайнери, біологи та психологи, розробила проект "Вертикальне біонічне місто-вежа". Через 15 років у Шанхаї має з'явитися місто-вежа (за прогнозами вчених, через 20 років чисельність Шанхаю може досягти 30 млн осіб). Місто-вежа розраховане на 100 тисяч осіб, в основу проекту покладено "принцип конструкції дерева".

Башта-город матиме форму кипариса заввишки 1128 м з обхватом біля основи 133 на 100 м, а найширшій точці 166 на 133 м. У вежі буде 300 поверхів, і розташовані вони будуть у 12 вертикальних кварталах по 80 поверхів. Між кварталами – перекриття-стяжки, які відіграють роль несучої конструкції для кожного рівня-кварталу. Усередині кварталів – різновисокі будинки з вертикальними садами. Ця ретельно продумана конструкція аналогічна до будови гілок і всієї крони кипарису. Стояти башта буде на пальовому фундаменті за принципом гармошки, який не заглиблюється, а розвивається на всі боки в міру набору висоти - аналогічно тому, як розвивається коренева система дерева. Вітрові коливання верхніх поверхів зведені до мінімуму: повітря легко проходить крізь конструкцію вежі. Для облицювання башти буде використано спеціальний пластичний матеріал, що імітує пористу поверхню шкіри. Якщо будівництво пройде успішно, планується збудувати ще кілька таких будівель-міст.

Нейробіоніка.

Основними напрямками нейробіоніки є вивчення нервової системи людини та тварин та моделювання нервових клітин-нейронів та нейронних мереж. Це дає можливість удосконалювати та розвивати електронну та обчислювальну техніку.

Нервова системаживих організмів має ряд переваг перед найсучаснішими аналогами, винайденими людиною:

1) Дуже досконале та гнучке сприйняття зовнішньої інформації незалежно від форми, в якій вона надходить (наприклад, від почерку, шрифту, кольору тексту, креслень, тембру та інших особливостей голосу тощо).

2) Висока надійність, що значно перевищує надійність технічних систем (останні виходять з ладу при обриві в ланцюзі однієї або декількох деталей; при загибелі ж мільйонів нервових клітин з мільярдів, що становлять головний мозок, працездатність системи зберігається).

3) Мініатюрність елементів нервової системи: за кількості елементів 10 10 - 10 11 об'єм мозку людини 1,5дм 3 . Транзисторний пристрій з таким самим числом елементів зайняв би обсяг у кілька сотень, а то й тисяч.м3.

4) Економічність роботи: споживання енергії мозком людини не перевищує кількох десятківвт.

5 ) Високий ступіньсамоорганізації нервової системи, швидке пристосування до нових ситуацій, зміни програм діяльності.

Спроби моделювання нервової системи людини і тварин розпочато з побудови аналогів нейронів та їх мереж. Розроблено різні типиштучних нейронів. Створено штучні «нервові мережі», здатні до самоорганізації, т. е. які у стійкі стану при виведенні їх із рівноваги. Вивченняпам'яті та інших властивостей нервової системи – основний шлях створення «думаючих» машин для автоматизації складних процесів виробництва та управління. Вивчення механізмів, які забезпечують надійність нервової системи, дуже важливе для техніки, т.к. вирішення цієї першочергової технічної проблеми дасть ключ до забезпечення надійності низки технічних систем (наприклад, обладнання літака, що містить 10 5 електронних елементів).

Дослідження аналізаторних систем. Коженаналізатор тварин і людини, що сприймає різні подразнення (світлові, звукові та ін), складається з рецептора (або органу почуттів), які проводять шляхи та мозковий центр. Це дуже складні та чутливі освіти, які не мають собі рівних серед технічних пристроїв. Мініатюрні та надійні датчики, що не поступаються за чутливістю, наприклад, оку, який реагує на поодинокі кванти світла, термочутливому органу гримучої змії, що розрізняє зміни температури в 0,001°С, або електричному органу риб, що сприймає потенціали в частині мікровольта, могли б істотно технічного прогресу та наукових досліджень.

Через найважливіший аналізатор - зоровий - в мозок людини надходить більшість інформації. З інженерної погляду цікаві такі особливості зорового аналізатора: широкий діапазон чутливості - від поодиноких квантів до інтенсивних світлових потоків; зміна ясності бачення від центру до периферії; безперервне стеження за об'єктами, що рухаються; адаптація до статичного зображення (для розглядання нерухомого об'єкта очей здійснює дрібні коливальні рухи з частотою 1-150гц). Для технічних цілей цікавить розробка штучної сітківки. (Сітківка - дуже складна освіта; наприклад, око людини має 10 8 фоторецепторів, які пов'язані з мозком за допомогою 10 6 гангліозних клітин.) Один з варіантів штучної сітківки (аналогічної сітківці ока жаби) складається з 3 шарів: перший включає 1800 фоторецепторних осередків, другий - «нейрони», що сприймають позитивні та гальмівні сигнали від фоторецепторів та визначають контрастність зображення; у третьому шарі є 650 «клітин» п'яти різних типів. Ці дослідження дають можливість створити пристрої автоматичного розпізнавання. Вивчення відчуття глибини простору при баченні одним оком (монокулярний зір) дало можливість створити визначник глибини простору для аналізу аерофотознімків.

Ведуться роботи з імітації слухового аналізатора людини та тварин. Цей аналізатор також дуже чутливий - люди з гострим слухом сприймають звук при коливанні тиску в слуховому проході близько 10мкн/м2 (0,0001 дін/см2). Технічно цікаво також вивчення механізму передачі від вуха до слухової області мозку. Вивчають органи нюху тварин з метою створення «штучного носа». електронного приладудля аналізу малих концентрацій пахучих речовин у повітрі або воді [деякі риби відчувають концентрацію речовини в кількамг/м 3 (мкг/л )]. Багато організмів мають такі аналізаторні системи, яких немає в людини. Так, наприклад, у коника на 12-му членику вусиків є горбок, що сприймає інфрачервоне випромінювання, у акул і схилів є канали на голові і в передній частині тулуба, що сприймають зміни температури на 0,1°С. Чутливістю до радіоактивних випромінювань мають равлики та мурахи. Риби, мабуть, сприймають блукаючи струми, зумовлені електризацією повітря (про це свідчить відхід риб на глибину перед грозою). Комарі рухаються замкнутими маршрутами в межах штучного магнітного поля. Деякі тварини добре відчувають інфра- та ультразвукові коливання. Деякі медузи реагують на інфразвукові коливання, що виникають перед штормом. Кажани випромінюють ультразвукові коливання в діапазоні 45-90кгц , Метелики ж, якими вони харчуються, мають органи, чутливі до цих хвиль. Сови також мають «приймач ультразвуку» для виявлення кажанів.

Перспективно, мабуть, пристрій як технічних аналогів органів чуття тварин, а й технічних систем з біологічно чутливими елементами (наприклад, очі бджоли - виявлення ультрафіолетових і очі таргана - виявлення інфрачервоних променів).

Велике значення у технічному конструюванні мають т. зв.персептрони - «самовучаючі» системи, що виконують логічні функції розпізнавання та класифікації. Вони відповідають мозковим центрам, де відбувається переробка прийнятої інформації. Більшість досліджень присвячено розпізнаванню зорових, звукових чи інших образів, т. е. формуванню сигналу чи коду, однозначно відповідного об'єкту. Розпізнавання має здійснюватися незалежно від змін зображення (наприклад, його яскравості, кольору тощо) при збереженні його основного значення. Такі пристрої, що самоорганізуються, працюють без попереднього програмування з поступовим тренуванням, що здійснюється людиною-оператором; він пред'являє зображення, сигналізує про помилки, підкріплює правильні реакції. Вхідний пристрій персептрона - його рецепторне поле, що сприймає; при розпізнаванні зорових об'єктів – це набір фотоелементів.

Після періоду навчання персептрон може приймати самостійні рішення. На основі персептронів створюються прилади для читання та розпізнавання тексту, креслень, аналізу осцилограм, рентгенограм тощо.

Дослідження систем виявлення, навігації та орієнтації у птахів, риб та інших тварин - також одне з найважливіших завдань біоніки., т.к. мініатюрні та точні системи, що сприймають та аналізують, що допомагають тваринам орієнтуватися, знаходити видобуток, здійснювати міграції за тисячікм, можуть допомогти у вдосконаленні приладів, що використовуються в авіації, морській справі та ін. Ультразвукова локація виявлена ​​у кажанів, ряду морських тварин (риб, дельфінів). Відомо, що морські черепахи відпливають у море на кілька тисячкм і повертаються для кладки яєць завжди до того самого місця на березі. Вважають, що вони є дві системи: далекої орієнтації по зіркам і ближньої орієнтації по запаху (хімізм прибережних вод). Самець метелика мале нічне павиче око відшукує самку на відстані до 10км. Бджоли та оси добре орієнтуються по сонцю. Дослідження цих численних та різноманітних систем виявлення може багато дати техніці.

Так, американська компанія Orbital Research, розробник систем навігації, розпочала роботу над інтуїтивною сенсорною системою, яка дозволить уникнути зіткнень автомобілів на землі та літаків у повітрі.

Спроектувати таку систему вчених наштовхнула поведінка тарганів у той момент, коли їх намагаються зловити. Нервова система тарганів постійно контролює всі, навіть найдрібніші зміни, що відбуваються поруч, і при виникненні небезпеки реагує швидко, чітко і, найголовніше, правильно. Вже створено діючу модель радіокерованого авто з "таргановими мізками".

Вчені з Австралійського національного університетудокладно вивчили політ бабки. Вони дійшли висновків, що "незважаючи на дуже маленький мозок, ці комахи здатні виконувати швидкі та точні повітряні маневри, що вимагають стійкості та вміння уникати зіткнення". Нові літальні апарати, сконструйовані за "образом та подобою" хочуть використовувати для дослідження атмосфер планет сонячної системи.

А ось ще якісь унікальні ідеї "підкидає" природа. Як з'ясувалося, павутиння в п'ять разів міцніше стали і на 30% еластичніші за нейлон. З нового матеріалу, "запозиченого" у павуків, вчені пропонують робити ремені безпеки, невагомі дроти, куленепробивні тканини, медичні нитки, автомобільні шиниі навіть штучні зв'язки, адже павутинний білок практично не відторгається організмом, тому що має переважно білкову основу і має унікальні властивості: вона надзвичайно міцна, легка, довго не руйнується під впливом навколишнього середовища, майже не схильна до ураження мікроорганізмами і грибками. Але так як видобувати натуральну павутину в належній кількості досить проблематично, то генетики канадської біотехнологічної компанії Nexia імплантували гени, відповідальні за синтез павутиння павуків, нігерійським козам. І ті стали давати молоко, що містить такі ж білки, що й павутиння. З молока витягають сировину для одержання ниток і тчуть надміцний шовк.

У свою чергу, вчені Лабораторій Белла, науково-дослідного центру Lucent Technologies, виявили, що кристали кальциту, що формують скелет морських зірок класу офіур (змієхвістки), володіють унікальними функціями: вони не тільки служать офіурам панциром, але ще й виконують функції оптичних рецепторів. очі. За словами вчених, вивчення нового біоматеріалу може сприяти вдосконаленню конструкції оптичних елементів для телекомунікаційних мереж. "Перед нашими очима - чудовий приклад того, чого ми можемо навчитися у природи, - сказав віце-президент Лабораторій Белла Федеріко Капассо. - Ці маленькі кристали кальциту є практично ідеальними мікролінзами, значно кращими за ті, що ми можемо виробляти на сьогоднішній день".

А ось приклад, який можна взяти з іншого безхребетного. В одній із лабораторій Міністерства енергетики США вивчають суміш, яку виробляють двостулкові молюски, щоб намертво прилипати до днищ суден. На основі досліджень виготовляють новий клей, який допоможе склеювати окислені металеві пластини, з яких збираються важливі комп'ютерні вузли, або навіть замінити хірургічні шви на тілі людини після операції. Однак для отримання всього 1 г протеїнового клею потрібно 10 тисяч молюсків. У зв'язку з цим вчені розглядають наступний крок своїх досліджень - імплантацію потрібного гена молюска в якусь рослину.

У центрі ж нанотехнологій у Манчестері вчені працювали над "завданням", поставленою примітивно організованою групою ящірок (геконами), які можуть переміщатися практично по будь-якій поверхні. Результати досліджень показали, що на лапках у геккон розташований ряд кератинових волосків розмірами близько 200 нм. Капілярні сили допомагають геккон повзати по вологих поверхнях, а сили Ван-Дер-Ваальса - по сухих. Кожна волосинка зв'язується з поверхнею з силою 10-7 Н. Завдяки високій щільності волосків на лапках гекона сила зв'язку значно збільшується.

Команда з Манчестера вирішила продовжити дослідження, спробувавши сконструювати такий самий масив нановолокон. Не виключено, що масовий випуск геконових лапок можливий за допомогою не настільки дорогих технологій, як, наприклад, електронно-променева літографія. Якщо звернути свою увагу на інших хребетних - китів та дельфінів, то виявиться, що вони "упаковані" в тканину на зразок дуже пружної гуми, яка складається зі складної мережі колагену. Це відкриття дає можливість розпочати виробництво її синтетичного аналога. Якщо одягнути в цей чудо-матеріал морські судна та підводні човни, то підвищиться їх обтічність, зменшиться витрата палива, збільшиться стійкість.

А ось до олімпіади-2004 спеціально було створено новий "акулій" костюм Fastskin FSII американської компанії Speedo. Його поверхня вистелена сотнями найдрібніших зубчиків. Ця "шкіра" була підглянута у акули та додатково прорахована на комп'ютері. Вона знижує тертя про воду, яке, за твердженням компанії, сягає 29% від загального опору, а не 8-10%, як вважали раніше.Мембрана. Як результат – скорочення на 4% загального опору руху та відповідне зростання швидкості пересування у воді. Для професійного спорту цей виграш може виявитися критичним.

Не залишилися осторонь і військові. Так, професор Хоуї Чозет на гроші військових розробляє колісного робота з подібністю до хобота слона, військово-морські сили США фінансують створення роботів-лобстерів, а агентство передових оборонних розробок оплачує будівництво механічних комах.

Технічна біоніка.

Вивчення гідродинамічних особливостей будови китів та дельфінів допомогло створити особливу обшивку підводної частини кораблів, яка забезпечує підвищення швидкості на 20–25% за тієї ж потужності двигуна. Називається ця обшивка ламінфло і, аналогічно до шкіри дельфіна, не змочується і має еластично-пружну структуру, що усуває турбулентні завихрення і забезпечує ковзання з мінімальним опором. Такий приклад можна навести з історії авіації. Довгий час проблемою швидкісної авіації був флаттер - вібрації крил, що раптово і бурхливо виникають на певній швидкості. Через ці вібрації літак розвалювався в повітрі за кілька секунд. Після численних аварій конструктори знайшли вихід – крила почали робити з потовщенням на кінці. Через деякий час аналогічні потовщення були виявлені на кінцях крил бабки. У біології ці потовщення називаються птеростигми. Нові принципи польоту, безколісного руху, побудови підшипників тощо розробляються на основі вивчення польоту птахів і комах, руху стрибаючих тварин, будови суглобів.

У новій друкованій схемі, створеній у дослідному центрі Xerox (Пало Альто), відсутні рухливі частини (вона складається із 144 наборів по 4 сопла в кожному)

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.

Але найвідданіші адепти біоніки - це інженери, які займаються конструюванням роботів. Сьогодні серед розробників дуже популярна думка, що у майбутньому роботи зможуть ефективно діяти лише 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.

Мініатюрний, довжиною близько 17 см, шестиногий робот (гексапод) зі Стенфордського університету вже бігає зі швидкістю 55 см/сек

Перший гексапод був сконструйований 25 січня 2000 р. Зараз конструкція бігає дуже спритно - зі швидкістю 55 см (більше трьох власних довжин) за секунду - і так само успішно долає перешкоди.

Висновок.

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 коштиі комп'ютерне моделювання допомагає хоч трохи розібратися в тому, як влаштований світ довкола себе, і спробувати скопіювати з нього деякі деталі для власних потреб.

У минулому ставлення людини до природи було споживчим. Техніка експлуатувала та руйнувала природні ресурси. Але поступово люди почали дбайливіше ставитися до природи, намагаючись придивитися до її методів для того, щоб розумно використовувати їх у техніці. Ці методи можуть бути зразком для розвитку промислових засобів, безпечних для довкілля.

Природа як зразок - це і є біоніка.

Список літератури.

1. Біоніка у школі. Ц.Н.Феодосійович, Г.І. Іванович, Київ, 1990р.

2. Живі прилади. Ю.Г.Симвков, М., 1986.

3. Таємниці біоніки. І.І.Гармаш, Київ, 1985.

4. Моделювання у біології, пров. з англ., за ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963.

5. Питання біоніки. Зб. ст., відп. ред. М. Р. Гаазе-Рапопорт, М., 1967.

7. Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Біоніка, 2 видавництва, М., 1968.

Інтернет ресурси

http://www.studik.ru

http://www.BankReferatov.ru

http://www.bestreferat.rureferat-42944.html

http://referat.ru/pub/item/9920

http://www.bestreferat.ru/referat-42944.html