Бионика наука о чем
Бионика
Полезное
Смотреть что такое «Бионика» в других словарях:
БИОНИКА — [ Словарь иностранных слов русского языка
БИОНИКА — [от био. и (электро) ника], наука, изучающая живые организмы с целью использования результатов познания механизмов их функционирования при конструировании машин и создании новых техничеких систем. Например, данные бионики, полученные при… … Экологический словарь
бионика — Этимология. Происходит от греч. biо жизнь. Категория. Научная дисциплина. Специфика. Изучает принципы функционирования живых систем для использования их в области инженерной практики. Начала свое формирование в 60 х гг. ХХ в. Основным методом… … Большая психологическая энциклопедия
БИОНИКА — БИОНИКА, направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Сформировалась во 2 й половине 20 в. Для решения… … Современная энциклопедия
БИОНИКА — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Большой Энциклопедический словарь
Бионика — наука, начавшая формироваться в 60 х гг. ХХ в. и изучающая при помощи метода моделирования принципы функционирования живых систем для переноса их в область инженерной практики. В частности, существенных достижений удалось достичь при разработке… … Психологический словарь
БИОНИКА — БИОНИКА, и, жен. Раздел кибернетики, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности организмов в целях постановки и решения новых инженерных задач. | прил. бионический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
БИОНИКА — (от греч. bio элемент жизни, букв. живущий), одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технич. систем или устройств. Сформировалась во 2 й пол. 20… … Биологический энциклопедический словарь
бионика — сущ., кол во синонимов: 2 • биокибернетика (1) • биология (73) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Бионика — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Политология. Словарь.
БИОНИКА — БИОНИКА. Наука, изучающая принципы строения и функционирования живых систем для решения инженерных задач: совершенствования и конструирования машин, приборов, технологических процессов. Как самостоятельная наука Б. начала формироваться в 1960 х… … Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам)
Бионика наука о чем
Исследовательские работы и проекты
Бионика: технический взгляд на живую природу
В готовой исследовательской работе по биологии на тему «Бионика: технический взгляд на живую природу» автор проекта дает определение понятия «бионика», рассказывает, когда и при каких обстоятельствах образовалась наука бионика, на стыке каких наук она существует и изучением чего занимается.
Подробнее о работе:
В исследовательском проекте по биологии «Бионика: технический взгляд на живую природу» учащийся 9 класса школы познакомился с разделами и направлениями исследуемой науки бионики, рассмотрел существующие сегодня бионические формы, созданные на основе особенностей строения и функционирования животных и растений, а также выяснил, каким образом человек использует «естественные» изобретения живых организмов при создании искусственных устройств на благо человека. Результатом практической работы стала картотека терминов по исследуемому вопросу.
Оглавление
Введение
1. Что такое бионика?
1.1 Понятие бионика.
1.2 История создания науки.
1.3 Мудрая природа.
1.4 Бионический подход.
1.5 Разделы битники.
1.6 Основные направления работ в бионике.
1.7 Основные направления бионики.
2 Исследовательская часть.
2.1 Современные открытия, «подсмотренные» у природы.
2.2 Анализ полученных знаний по предмету биология и собственного жизненного опыта.
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Человек и сегодня, снова и снова обращается за знаниями к Природе. Это связанно с тем, что люди со временем стали подмечать много преимуществ в творениях природы перед своими техническими изобретениями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства и процессы по сравнению со всеми творениями человечеств. Вот люди и стали больше наблюдать за окружающим миром и находить в нём необходимые для человека полезные вещи.
Мне стало интересно узнать, какая наука помогает людям делать новые изобретения, приоткрывая тайны природы? Какие изобретения«подсмотренные у природы» мы используем в своей жизни.
Цель моей работы: изучение науки бионики, как науки, выявляющей особенностей строения и функционирования отдельных представителей животного и растительного мира и применение их на благо человечества.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Следовательно, из поставленной цели и задач определяем предмет исследования и выдвигаем гипотезу нашего проекта.
Предмет исследования: особенности строения и функционирования некоторых представителей живых организмов и технические изобретения человека.
Гипотеза: мир создан совершенно, не требуя доработки, и человек в большинстве технических достижений лишь копирует свойства уже сотворённого.
В ходе работы над проектом применялись следующие методы:
Методы теоретического уровня:
Метод практического уровня:
Теоретическая значимость работы: расширение кругозора слушателей – понимание того, что окружающие нас вещи, техника, флора и фауна находятся в близком «симбиозе»; охрана Природы – призыв уважительно относиться к природе, так как она уникальная кладовая на феноменальные открытия;
Практическая значимость работы: багаж знаний, для новых инженерных открытий, в науке и технике.
Что такое бионика?
В России, вместо биомиметики, чаще употребляется термин бионика.
История создания науки
Ещё крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460-370гг.до н.э.) писал:«От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремеслах, ученики ласточки в построении жилищ. ».
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи. Великий ученый наблюдал за полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог на нем парить над землей. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляют моделирование орнитоптера[5].
В 1960 году в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки и название, предложенное американским инженером Джеком Стилом:
«Биология + электроника = Бионика»
Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д.
Новый всплеск развитие этой науки можно объяснить следующими факторами:
Мудрая природа
Человек всегда стремиться позаимствовать у окружающего мира его феноменальные возможности, такие как:
Бионический подход
Разделы бионики
Существует три основных вида бионики:
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
Основные направления работ в бионике
исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения.
Маленькие и четкие воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, отыскивать добычу, совершать передвижения за тысячи км, могут посодействовать в совершенствовании устройств, применяемых в авиации, морском деле и др.
исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.
Например,
Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, разных манипуляторов и т.п. разрабатываются на базе исследования полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т.п.
Анализ структуры кости, обеспечивающей её огромную лёгкость и сразу крепкость, может открыть новые способности в строительстве и т.п.
Исследование структуры кожи быстроходных акваживотных позволило прирастить скорость кораблей.
Основные направления бионики
Бионика имеет несколько направлений:
Архитектурно – строительная бионика:
Например,
полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений.
«Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение». Секрет кроется в их строение, и оно сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Междоузлия стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица.
Нейробионика:
Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток – нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Нейробионику рассматривают с трех позиций:
И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных? «Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стэндфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек».
Микроскопические роботы могут решать массу важных для человечества задач, совершить переворот в медицине, уничтожать вредные отходы и даже готовить необходимую людям инфраструктуру для жизни на других планетах.
Создано искусственное сердце из биологических материалов. Новое научное открытие может положить конец дефициту донорских органов.
Полезное применение нанороботов и наномашин планируется использовать в медицинских технологиях и военных технологиях.
Современные открытия, «подсмотренные у природы»
В быту мы часто используем разнообразные пинцеты. Природным аналогом такого прибора становится острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы применяют тонкий клюв, втыкая его в мягкую почву и доставая оттуда мелких жуков, червяков и прочее.
Многие современные приборы и приспособления оснащены присосками. Например, присосками оснащают специальную обувь мойщиков окон высотных зданий для обеспечения их безопасной фиксации. Это нехитрое приспособление тоже позаимствовано у природы. Квакша, имея на ногах присоски, необычайно ловко держится на гладких и скользких листьях растений, а осьминогу они необходимы для тесного контакта со своими жертвами.
Уже в течение многих лет растение одуванчик использует «парашют» для распространения своих семян. Пушинки одуванчика тормозят падение семян. Струи тёплого воздуха поднимают семена одуванчика и относят их очень далеко от того места, где они выросли. Вот почему их можно увидеть даже на парапетах высоких зданий.
Парашюты, изобретённые человеком, повторяют этот же принцип. Когда ветер подхватывает парашют, его купол создаёт эффект торможения и скорость падения замедляется. Современные парашютисты могут парить в воздухе подобно планеру и управлять парашютом, «сбрасывая» воздух с разных частей купола.
Опорная функция ходульных корней мангровых деревьев легла в основу проекта свайных построек.
Обыкновенный репейник вдохновил швейцарского инженера Жоржа де Местраля на изобретение «липучки».
Список подобных примеров можно долго продолжать:
Анализ полученных знаний по предмету «Биология»и собственного жизненного опыта
У меня в течении 1-9 классов накапливался опыт о жизни царств «Растений» и «Животных». И меня заинтересовал вопрос, а какие сведения об использовании живых моделей в технике, архитектуре и строительстве мы рассматривали на уроках биологии и каждый день в окружающем нас мире.
С этой целью было внимательно изучено содержание материала большой энциклопедии «Животный мир» Бейко В.Б, поскольку в животном мире можно намного больше найти «патентов», чем в растительном. Проанализировав материал научной книги, я пришёл к выводу о том, что можно «патенторассматривать» элементы науки бионики при изучении большинства классов «Царства животных». Была составлена картотека «Биология + Техника» из энциклопедии «Животный мир» Бейко В.Б., которую могут использовать педагоги начального и среднего звена.
Таким образом, для повышения интереса к изучению предмета биология можно рассматривать содержание материала с точки зрения науки бионики,как на уроках окружающего мира (начальное звено), биология (среднее звено), так и на внеклассных мероприятиях.
Заключение
В ходе данного исследования были получены первоначальные знания о науке «бионика», об истории появления этой науки и её направлениях.
Автором проанализировано содержание энциклопедии «Животный мир» Бейко В. Б., составлена картотека «Биология + Техника», которая может быть полезна ученикам и педагогам.
И может кто – то из школьников, а также просто читателей заинтересуется наукой бионикой и в каждом листочке, стебле, насекомом и другом биологическом существе найдет решение возникшей в его сознании проблемы.₽
Бионика
Био́ника (от др.-греч. βίον — живущее) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
Содержание
Биомиметика
В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от др.-греч. βίος — жизнь, и μίμησις — подражание) в значении — подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. [1] Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля.
История развития
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.
Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.
Основные направления работ
Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
Моделирование живых организмов
Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей.
И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.
Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них — изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.
Сегодня бионика имеет несколько направлений.
Архитектурно-строительная бионика
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.
Яркий пример шубной архитектурной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.
Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».
Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. Между кварталами — перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов — разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты — аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.
Нейробионика
Бионика наука о чем
Бионика-наука величайших возможностей
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Свой проект я посвятил изучению такой отрасли, «Бионика – наука величайших возможностей». Бионика – наука, которая основывается на идеях природы и реализации этих идей в реальную жизнь с помощью усовершенствованной техники.
С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сможет ли он, например, научится летать по воздуху, как птицы, или плавать под водой, как рыбы? Сначала человек мог только мечтать об этом; создавал сказки о волшебном ковре-самолете или о подводных царствах, где могут жить люди. Конечно, все это были чудесные вымыслы о нереальном, но страстно желаемом. Однако здесь не было одно пустое фантазирование: в каждой такой мечте-фантазии заключалась определенная, целенаправленная идея – научится делать то, что сделала уже природа применительно к другим живым существам.
Если природа это сделала, значит, в принципе это возможно и надо только найти ключ к решению задачи, чтобы научится делать то, что мы видим в природе.
Цель проекта – овладеть инженерными виденьем природы, познакомить его с тем, что является самым главным в бионике, с ее совершенно новым подходом к проблемам жизни и технике, с ее особыми методами и средствами исследования биологических систем.
Определить и дать понятию термину бионика
Рассказать о видах бионики и охарактеризовать каждую из них.
Провести сравнительный анализ исследуемых объектов;
Показать наглядные примеры прошлого и будущего в данной науке.
Подтвердить или опровергнуть гипотезу;
Гипотеза: У природы можно и нужно брать интересные идеи.
Объект исследования: Целенаправленная идея – научится делать то, что сделала уже природа на примере живых существ.
Практическая значимость: Результаты данной работы будут полезны всем людям.
История развития бионики.
Во время раскопок Голефельской пещеры в Швабских Альпах были обнаружены топоры первобытного человека. Приложение № 1. Изучение этих древних рубящих орудий показало, что первым режущим элементом в них был острый камень, напоминающий острый зуб медведя, т.е. являлся прямым подражанием естественному образцу.
Крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460-370гг. до н.э) писал: «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремеслах, ученики ласточки в построении жилищ ….»
В рабовладельческих государствах, как свидетельствуют археологические данные, были в ходу плуги старо-китайской конструкции, которые рыли землю, как свинья или крот. Приложение №2. Анализ форм и принципов действия других древнейших орудий труда также показывает, что по своей конструкции и выполняемым функциям они в значительной степени походили на активные органы животных.
Подражая природе, человек не ограничивался только созданием первых орудий труда. Всмотритесь в легкие африканские постройки – вы увидите в них очертания цветков и деревьев. Приложение №3. Древневосточные пагоды напоминают стройные ели с тяжело висящими ветками, Приложение №4, мраморная колона Парфенона – олицетворение стройного ствола дерева Приложение №5, колона египетского храма подобна стеблю лотоса, Приложение №6, готическая архитектура – воплощение в бесстрастном камне конструктивной логики, гармонии и целесообразности живого.
Особенно ярко прослеживается прямое подражание биологическим системам при изучении полета птиц и конструировании летательных аппаратов. Например, в дошедших до нас трудах алхимика Иакова 4 Шотландского, Джона Дамиана (1500) Приложение №7, в тетрадях гениального художника, замечательного инженера, гидравлика и механика Леонардо да Винчи (1452 – 1519) содержится множество схем, эскизов и рисунков летательных аппаратов с машущими крыльями Приложение №8. Но все попытки построить летательный аппарат на принципе машущих крыльев птицы тогда неизменно терпели неудачи. Изобретателям не хватало одной существенной детали – двигателя, достаточно легкого и мощного. Чтобы приводить в движение крылья, в их распоряжении была только мышечная сила человека, заведомо недостаточная для этой цели при существовавших тогда материалах.
Проводя много сотен лет назад арабские врачи, глазные операции, хирурги получили представлении о преломлении световых лучей при переходе из одной прозрачной среды в другую. Изучение хрусталика глаза натолкнуло врачей древности на мысль об использовании линз. Созданием линзы стала прототипом телескопа, микроскопа.
Самый большой вклад в появление и развитие бионических роботов внес Жак де Вокансон создатель механических игрушек. Этот французский механик и изобретатель, в 1727 году открыл свою мастерскую, в которой создавал механические конструкции. Одними из самых его известных работ были медные механические утки, которые могли махать крыльями, клевать корм. Приложение №9
Густав Эйфель, который в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Приложение №10.Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За последние сорок лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости человека в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор за документировал.
Оглядываясь на историю науки, мы можем сегодня назвать пионерами бионики Леонардо да Винчи, Н.А Умова и Н.Е. Жуковского, Густава Эйфеля, Хермана фон Мейера, Джорджа де Мистраль, Жак де Вокансон и другие. Именно они своим творчеством, стали зачинателями нового подхода к изучению живой природы и решению технических проблем.
Бионика – наука междисциплинарная, она сформировалась на базе естественных многочисленных инженерно-технических дисциплин. По существу она синтезирует накопленные знания в биологии и кибернетике, физике и радиотехнике, химии и теории связи, математике и электронике, ботанике и архитектуре, биохимии и механике, психологии и биофизике, этологии и судостроении, зоопсихологии и геологии, нейрофизиологии и аэронавтике, физиологии и метеорологии, нейрологии и приборостроении и др. Также изучающая принципы организации и функционирования биологических систем на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, ценозном уровнях, исследующая процессы преобразования энергии и информации, переработки веществ в живых организмах, экосистемах с целью применения полученных знаний для коренного усовершенствования существующих и создания принципиально новых машин, приборов механизмов, строительных конструкций, экономичных источников энергии, технологических процессов, эффективных энергетических комплексов и химических производств. Бионика образовалась далеко отстоящие друг от друга отрасли человеческого знания и практической деятельности, как БИОлогия и техНИКА. Не случайно бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла. Скальпель – символ творчества биолога, паяльник – инженера, интеграл – математика.
Формально датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960г. – день открытия в Дайтоне (штат Огайо, США)первого американского симпозиума на тему « Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике» Приложение №12.
Существуют три основных вида бионики:
Биологическая бионика, изучающая процессы, происходящие в биологических системах;
Теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов;
Техническая бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
В последнее десятилетия бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. В тоже время, современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами.
Концепция бионики отнюдь не нова. К примеру, еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка. Но в конце 20 века бионика обрела второе дыхание, современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Так, несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины – кевлар Приложение №13.
В настоящее время ученые пытаются конструировать системы хотя бы с минимальной приспособляемостью к окружающей среде. Современные автомобили оборудованы многочисленными сенсорами, которые измеряют нагрузку на отдельные узлы и могут, автоматически изменить давление в шинах. Однако разработчики и наука только в начале этого длинного пути.
Перспективы интеллектуальных систем завораживают. Идеальная интеллектуальная система сможет самостоятельно совершенствовать собственный дизайн и менять свою форму самыми разнообразными способами, например, добавляя недостающий материал в определенные части конструкции, изменяя химический состав отдельных узлов.
Современная бионика во многом связана с разработкой новых материалов, которые копируют природные. Тот же кевлар появился благодаря совместной работе биологов-генетиков и инженеров, специалистов по материалам. Ученые пытаются найти аналоги органов человеческого тела, чтобы создать, например, искусственное ухо или искусственный глаз и т.д.
В настоящее время существуют технологические открытия, которые базируются на «интеллектуальном потенциале» природы. В октябре 2003 года в исследовательском центре Xerox в Пало Альто разработали новую технологию подающего механизма для копиров и принтеров Приложение №14.В новой печатной схеме Air Jet разработчики скопировали поведение стаи термитов, где каждый термит принимает независимые решения, но при этом стая движется к общей цели, например, построению гнезда. Сконструированная в Пало Альто печатная схема оснащена множеством воздушных сопел, каждое из которых действует независимо, без команд центрального процессора, в то же время они способствуют выполнению общей задачи – продвижению бумаги. В устройстве отсутствуют подвижные части, что позволяет удешевить производство. Каждая печатная схема содержит 144 набора по 4 сопла, направленных в разные стороны, а также 32 тыс.оптических сенсоров и микроконтроллеров.
Почти любая технологическая проблема, которая встает перед дизайнерами или инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами. Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукты и распространяют зерна.
Специалисты по бионике рассуждают именно таким образом. Когда они сталкиваются с некой инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям.
Но самые преданные адепты бионики – это инженеры, которые занимаются конструированием роботов. Сегодня среди разработчиков весьма популярна точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно действовать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Ученые и инженеры исходят из того, что им придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческом» интерьере – с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги (колеса, гусеницы и прочее не подходит для города). Но у кого копировать конструкцию ног, если не у животных и человека.
В направлении создания прямоходящих двуногих роботов дальше всех продвинулись ученые из Стенфордского университета. Они уже почти три года экспериментируют с миниатюрным шестиногим роботом, гексаподом, построенным по результатам изучения системы передвижения таракана. Робот был сконструирован 25 января 2000г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро – со скоростью 55 см/с и также успешно преодолевает препятствия. Приложение №15.
В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая Приложение №16. Также в перспективе ученых создать двуногого робота с человеческой ходьбой.
Очень скоро роботы станут тесной частью общественной жизни. Возможно, будут убирать улицы, строить дома и т.д. Ну а пока сфера робототехники представляет собой активно развивающую и подающую надежды индустрии.
Специалисты из Гарвардского университета впервые представили первого в мире робота-пчелу, который, по мере совершенствования технологий, смог благополучно пройти уже несколько модернизаций, научившись планировать, садиться на листья деревьев и даже плавать. Приложение №17
Частная российская компания, являющаяся производителем автономных сервисных роботов «Промобот», заявила о начале продаж роботов с человеческой внешностью. Компания запустила массовое производство роботов-компаньонов, которые способны копировать человеческие выражения лица. Так, они способны двигать глазами, бровями, ртом и другими синтетическими «мышцами», что само по себе является весьма занимательным фактом. Кроме того, «Промобот» заявляет, что робот компаньон способен не только отвечать на те или иные вопросы, но и может быть полноценно интегрирован в бизнес-процесс. Приложение №18.
Spot Mini (Собака). Робот выглядит как помесь средних размеров собаки с жирафом. Он умеет ходить, бегать, красться на полусогнутых и даже может принести вам чего-нибудь, не откажется и в просьбе прибраться, выбросив в урну мусор, а грязную посуду составив в посудомоечную машину. Весит чудо всего 20 килограмм, вместе с длинной «шеей», которая является также манипулятором. Похоже, он может стать отличным домашним питомцем. Приложение №22.
Робот Федор – один из самых известных проектов Фонда перспективных исследований. Он был создан в сотрудничестве с НПО «Андроидная техника» по заказу МЧС России в 2014 году. Давайте разберемся, кто такой антропоморфный робот – робот, который имеет схожее с человеком строение и аналогичные особенности. Приложение № 23.
Внешне робот не стремится к значительному сходству с человеком, хотя у него есть голова, две руки, по пять пальцев на двух кистях и т.д. Его рост 180 см вес 105-160кг (в зависимости от используемых модулей).
Одна из главных особенностей Федора – он способен выполнять многое из того, что умеют люди, но что не под силу большинству других роботов. В частности, он может ходить, как люди, подниматься по лестницам, преодолевать полосу препятствий, водить автомобиль. Неплохо развита моторика рук, и ожидается, что в будущем она будет еще улучшена. Это позволит Федору совершать те же манипуляции, что и человек. На данный момент он работает с различными инструментами – пилой болгаркой и другим оборудованием, используемым пожарными и сотрудниками МЧС для спасения людей.
Робот сможет работать там, где обычные спасатели работать бы не смогли, например, на территориях химического заражения или в зданиях с высоким радиационным фоном. Благодаря хорошей моторике рук, Федор сможет помочь людям на производстве и в других отраслях. Ведутся и проекты по созданию роботов-саперов и в медицинской сфере. Робот умеет делать уколы и накладывать шины. Стоит отметить, что пока тонкую работу он выполняет не самостоятельно, а когда им дистанционно управляет человек, уверен, в будущем, он сможет справляться с такими задачами сам.
Примеры бионических моделей.
Дождевой червь = Буровая тоннель проходческая машина.
Нынешние буровые машины являются увеличенной механической копией дождевых червей. Также как и они, буровые машины «проедают землю и (выпускают ее через заднюю часть), непрерывно двигаясь вперед, оставляя большой тоннель позади себя. Приложение №24
Плавник горбатого кита = Улучшенная лопасть турбины.
Горбатый кит может достигать веса 45 тон и, несмотря на это, он перемещается по воде с невероятной легкостью. Частично это происходит благодаря бугоркам на зазубренном плавнике. Добавив несколько рядов подобных бугорков на лопасть турбины вертолетов и ветряных мельниц, инженеры смогли увеличить мощность, при этом не уменьшив сопротивление и уровень шума. Приложение №25
Акулья кожа = Олимпийские плавательные костюмы. Несмотря на то, что акулья кожа выглядит, как один полноценный материал, на самом деле она покрыта огромным количеством чешуек, которые называются кожные зубики. Покрытие, которое формирует эти зубчики, предотвращают формирование водоворотов при плавании, что в свою очередь позволяет акуле быстрее плыть. Некоторые плавательные костюмы копируют эту технологию природы, чтобы увеличить скорость пловца. Приложение № 27.
Жуки из пустыни Намиб = система сбора и хранения поверхностного стока. Эти жуки могут собирать влагу из тумана, который обычно по утрам приносит в пустыню ветер, дующий с моря. Чтобы собрать влагу, они забираются на гребни высоких дюн, приподнимают свое брюшко по направлению к ветру, после чего опускают свою голову вниз. Данное положение позволяет туману конденсироваться на выступах над крыльев. Далее он стекает вдоль шва над крыльев, и попадает в ротовые органы жука. Влага, которую жук получил благодаря своей способности составляет около 40% веса его тела.Способность этого жука вдохновила людей на создание уникальной техники сбора воды. Создатель данной системы Пак Китэ из Сеульского технического университета. Его изобретение копирует форму и функции панциря жука, чтобы утреннюю росу превратить в питьевую воду для тех, кто живет в местах с ограниченным доступом к воде. Приложение №28.
Светлячки = Мощный светодиод. Несмотря на свой небольшой размер, светлячки излучают яркий свет. Их секрет заключен в их анатомии: у них есть органы свечения, находящиеся на последних брюшных сегментах. Обычно эти органы находятся под прозрачной кутикулой. Они образованны большими фото генными клетками, а они в свою очередь щедро оплетены трахеями и нервами. Под фото генными клетками можно найти отражатели света – это клетки, в которых находятся кристаллы мочевой кислоты. Ученым удалось воссоздать свет, излучаемый органами свечения светлячков. Их светодиод излучает свет на 55 процентов ярче оригинала. Приложение №29.
Гидролокатор, киты и дельфины. Гидролокаторы были подарены природой китам и дельфина, благодаря чему они ориентируются под водой, находят различия между объектами с расстояния 15 метров, ищут еду и даже друзей. Поэтому люди не могли пройти мимо этого «устройства». Подводные лодки, корабли и другие морские суда оснащены такими же гидролокаторами для навигации, отслеживания целей и предотвращения столкновения с препятствиями. Звуковые волны отскакивают от твердых объектов и возвращаются к гидролокатору, который сообщает информацию об окружающих предметах. Приложение №30.
Закрылки и птицы. Авторами хитрой технологии, которая позволяет самолету удерживаться в воздухе по мере замедления, являются птицы. Их перья делятся на основные и второстепенные и специально адаптированы для полета. У птичьего крыла есть часть, именуемая придаточным крылом, или крылышком, которая помогает им стабилизироваться, используя открывающийся слот. Помните небольшие «флажки», которые появляются у самолета перед посадкой. Это имитация птичьей технологии, и называется она закрылком. Приложение №31.
Инфракрасные лучи и змеи. Почему змеи так опасны и днем, и ночью?. Потому что хитрые ползучие оснащены удивительным органом – своеобразным прибором, видящим тепловые инфракрасные лучи. Две ямки на голове даруют ей потрясающую зоркость. Повысив точность «змеиного метода», ученые создали уникальную тепловизорную диагностику, позволяющую заглянуть в недра земли. А также использовали его при создании приборов ночного видения и медицинских аппаратов. Приложение №32.
Черные ящики и голова дятла. Клюв дятла дробит кору дерева словно молот и дрель, при этом его мозг остается нетронутым. А все потому, что в его клюве располагается множество поглощающих механизмов. От мускульной структуры и поддерживающего языка (гиоида) до взаимодействия черепа и цереброспинальной жидкости, подавляющего вибрацию.Скопировав эти механизмы, инженеры смогли создать различные аппараты, в том числе и те, что защищают черные ящики в самолетах от разрушения в случае авиакатастрофы. Приложение №33.
Светоотражающая разметка. Кошка стала настоящей музой для англичанина Перси Шоу. Как-то раз он обратил внимание на то, как автомобильные фары отражаются в кошачьих глазах, тогда он и придумал первые дорожные отражатели, которые сейчас можно встретить повсюду. Приложение №34.
Звукоизоляция и совы. Как приятно иногда посидеть в тишине, и хорошо, что существуют звукоизолированные помещения, а спасибо мы за это должны сказать совам. Правда, они используют эту особенность в менее мирных целях. Совы должны быть совершенно бесшумными, чтобы беспрепятственно настигать свою жертву. В этом им помогает конструкция перьев. Волокна и крошечные деления изолируют поток воздуха от крыльев, что предотвращает любые громкие звуки, в том числе и хлопанье перьев. Единственный звук, который можно будет услышать – это писк жертвы. Приложение №35.
В результате проведенных исследований мы установили, что бионика имеет огромное значение в жизни человека. Практически каждый ежедневно встречается с открытиями бионики, и эти механизмы значительно облегчают жизнь человека, делают ее удобной и комфортной. Таким образом, мы подтверждаем выдвинутую нами гипотезу – у природы можно и нужно брать интересные идеи.
Уверен, что за этой современной наукой будущее.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ.
1. Тайны бионики. И. И. Гармаш, 1985г.
2. Живые приборы. Ю. Г. Симвков, М., 1986г.
3. Общая биология. С.Г.Мамонтов, М., 2000г.
4. Бионика в школе. Ц.Н. Феодосиевич, Г.И.Иванович, Киев, 1990г.
5. Моделирование в биологии, пер. с анг., под ред. Н.А.Бернштейна,М.,1963г
6. Вопросы бионики. СБ. ст., отв. ред. М.Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967г.
7. КрайзмерЛ. П., Сочивко В. П. Бионика, 2-е изд., М., 1968.
8. Брайнес С. Н., СвечинскийВ. Б. Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М.,