Научно-исследовательская работа. Тема работы «Бионика учиться у природы: новейшие достижения и будущее. Бионика или удивительный мир живой природы Проект по биологии на тему бионика

1. Бион – ячейка жизни.

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

Великий ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи долго наблюдал за полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог на нем, подобно птицам, парить над землей. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Основоположник современной аэромеханики Н. Е. Жуковский потратил много сил для того, чтобы понять, каким образом удается парить в воздухе. Он посвятил этому вопросу специальную книгу. научили человека летать - так появилась авиация. Дальнейшее изучение полета птиц способствовало ее совершенствованию.

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Нужно было во-чтобы то ни стало научиться их обнаруживать. Для этой цели создали специальные приборы - гидрофоны. Они должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Гидрофоны установили на кораблях. Однако вскоре выяснилось, что во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, заглушавший шум подводной лодки. Долго не могли устранить этот недостаток. Наконец, известный физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться… у , которые хорошо слышат при движении в воде. Приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали «слышать» даже на полном ходу корабля. К тому же они позволяли определять направление на источник звука и расстояние до него.

Ученые обратили внимание на то, что медуза за несколько дней до шторма в океане начинает постепенно опускаться на дно. Стали выяснять причины. Оказалось, что у нее есть особое устройство, которое предупреждает о подобных изменениях в водной стихии. Советские ученые сконструировали по его подобию прибор «ухо медузы», заблаговременно информирующий моряков о приближении бури.

Или сложное явление в авиации - флаттер - ритмичное, не поддающееся регулированию колебание крыльев самолета, часто приводящее к их разрушению, особенно при повышенных скоростях. В процессе бионических исследований живой природы обнаружилось, что стрекоза давно «решила» этот технический вопрос: в ее крыльях имеются специальные подвески, предотвращающие флаттер .

Можно привести множество таких примеров.

Мир живой природы развивался и совершенствовался в течение многих миллиардов лет, выработав в себе целый ряд средств, которым аналогичны наши технические средства: радиолокационные приборы, летающие аппараты, оптические инструменты, навигационные приспособления.

И сейчас, в век электроники и атомной энергии, человек может очень многое позаимствовать у . Несколько лет назад академик А. И. Берг писал: «Мы часто гордимся достижениями современной науки и техники и имеем для этого серьезные основания. Но сопоставление наших предельных результатов с тем, что достигнуто живыми организмами в процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более скромными» .

В наше время оформилось самостоятельное направление в науке и технике, цель которого - использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. Оно было названо бионикой (от греческого слова «бион» - ячейка жизни).

Можно считать, что бионика находится еще в школьном возрасте. Ведь первая конференция специалистов-биоников, положившая начало ее официальному признанию, состоялась в 1960 г. Сейчас бионикой занимаются, тесно общаясь друг с другом, представители самых разных специальностей - биологи, врачи, физики, инженеры, математики. Круг вопросов, которые исследует бионика, довольно обширен и продолжает расширяться. Учёные – бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике».

Различают:

биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;

техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Задачи, стоящие перед бионикой обширны:

Изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики;

Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки датчиков и систем обнаружения;

Изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

Исследование биологических, морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

2. Основные направления бионики.

2.1 Архитектурно-строительная бионика.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Яркий пример архитектурно-строительной 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. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой.

Стремление к комфорту, к добротному, уютному и красивому жилью присуще человечеству с давних пор. Каждый из нас хочет, чтобы окружающее пространство входило в резонанс с его внутренним миром. Сейчас у каждого из нас есть шанс построить свой идеальный дом. Может это будет , как у героев Чехова. А возможно, коттедж с террасой в американском стиле. Важно то, что он может сочетать в себе все элементы удивительного архитектурного стиля - "бионическая архитектура".

Появлению необычных архитектурных стилей мы обязаны гениям от зодчества. Талант вечно в поиске. Доказательства этому встречаются на каждом шагу в виде памятников архитектуры, разбросанных по всему миру. На протяжении многих лет стили сменяют друг друга, каждый из них неповторим. Современность предлагает новый подход к архитектуре.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Сейчас многие столицы мира украшены зданиями в бионическом стиле. То там, то здесь возникают новые "живущие" сооружения. Голландия и Австралия, Китай и Япония, Канада и даже Россия могут похвалиться бионическими шедеврами.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так 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 .

Благодаря тому, что природа более совершенна и безопасна, по сравнению с теми технологиями, которые изобрело человечество, бионика позволяет создавать не только органичные, экологичные и надежные сооружения, но и значительно экономить энергию и материалы.

Это лишь малая часть того, что можно рассказать о стиле, созданном для человека, стремящегося раскрыть свой внутренний мир, душевный и духовный потенциал. Теперь и архитектура берёт на себя эту непростую задачу.

2.2 Разработка новых материалов.

Современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги. К примеру, еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка. Но в конце ХХ века бионика обрела второе дыхание, современные технологии позволили копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Так, несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины - кевлар.

Исследователи из «Бел лаб» недавно обнаружили в теле глубоководных губок высококачественное оптоволокно, по свойствам очень близкое к самым современным образцам волокон, используемых в телекоммуникационных сетях. Более того, по некоторым параметрам природное оптоволокно оказалось лучше искусственного.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку», которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды .

2.3 Бионика и медицина.

Телеканалом PBS был снят репортаж о новых проектах в области бионики, которые призваны помочь людям с ограниченными возможностями. Репортеры рассказали об аппаратах роботизированных ног, управляемых от батареи на спине, сверхсовременном протезе рук и специальных очках, обеспечивающих “бионическое зрение” .

В автоматизированных ножных протезах используется искусственный интеллект для распознавания жестов человеческих рук, имитируя тем самым естественную человеческую походку.

Бионические протезы рук способны воссоздать даже мелкую моторику кистей, что дает возможность пользоваться такими миниатюрными вещами, как шариковая ручка, ложка, вилка и тому подобными предметами .

2.4 Бионика и техника.

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. Поэтому, 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?

Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро - со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду - и так же успешно преодолевает препятствия .

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.

Заключение.

Предмет бионики известен под разными названиями: например, в Америке обычно используется термин « биомиметика », но иногда говорят о биогенезе . Но суть науки от этого не меняется. Перспективное научно-технологического направление заимствует у природы ценные идеи и реализует их в виде оригинальных конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.

В последнее десятилетие бионика получила значительный импульс к новому развитию. Это связано с тем, что современные технологии переходят на гига- и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика в основном связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. http://bionika.ru/

Приложение.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Научно-исследовательская работа Тема работы «Бионика учиться у природы: новейшие достижения и будущее» Выполнила: Ревчук Надежда Петровна учащаяся 6 класса Муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа 16» г.перми Руководитель: Златина Алевтина Сергеевна учитель биологии, высшей квалификационной категории Муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа 16» г.перми

2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение -3- Бионика в настоящее время и ее перспективы развития -4- Современная бионика (примеры) -6- Заключение -13- Литература и интернет-ресурсы -14-2

3 Введение Свою работу я посвятила изучению такой отрасли науки как, бионика. Бионика- наука, которая основывается на идеях природы и реализации этих идей в реальную жизнь с помощью усовершенствованной техники. Многие люди до сих пор не знают, что же представляет из себя данная отрасль кибернетики. В своей работы я расскажу вам, о этой науке, о том, что с ней связанно и почему она пользуется не малой популярностью среди жителей всего мира. Цели моей работы: 1. Доказать, что бионика является популярной и передовой наукой. 2. Раскрыть понятие бионики. 3. Рассказать о видах бионики и охарактеризовать каждую из них. 4. Показать наглядные примеры прошлого и будущего в данной науке. В последнее десятилетие бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. В то же время, современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. Бионика многообещающее научно-технологическое направление по заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий. Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 г. день открытия в США Международного симпозиума. Учёные бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом «Живые прототипы ключ к новой технике». Бионика как область науки смежна с биологией, физикой, химией, причастна к электронике, навигации, связи и многими другими отраслями науки и техники тонких технологий. 3

4 После того как бионика получила официальное признание как самостоятельная область знаний, ее позиции существенно укрепились, а область исследований расширилась. Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д. Бионика не слепо копирует природу, она лишь заимствует у нее совершенные конструктивные схемы и механизмы биологических систем, обеспечивающие в сложных условиях существования особую гибкость и живучесть, выработанные живыми системами за время эволюционного развития. Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера. Из современных учёных можно назвать имя Осипа М. Р. Дельгадо. С помощью своих радиоэлектронных приборов он изучал неврологическофизические характеристики животных. И на их основе пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами. В последнее десятилетие бионика получила значительный импульс к новому развитию. Это связано с тем, что современные технологии переходят на гига- и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика в основном связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. Бионика в настоящее время. Перспективы развития этой науки. В последнее десятилетие бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии позволяют копировать 4

5 миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. В то же 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 ХХ 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. В этом обзорном материале перечислены несколько перспективных направлений современной бионики и приведены самые известные случаи заимствований у природы. В настоящее время ученые пытаются конструировать системы хотя бы с минимальной приспособляемостью к окружающей среде. Например, современные автомобили оборудованы многочисленными сенсорами, которые измеряют нагрузку на отдельные узлы и могут, например, 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 и т.д. Но хватит ли у людей наблюдательности и ума, чтобы научиться у природы? Современная бионика во многом связана с разработкой новых материалов, которые копируют природные. Другие разработчики концентрируются на изучении природных организмов. 5

6 Современные открытия 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. В настоящее время существуют технологические открытия, которые базируются на «интеллектуальном потенциале» природы. Например, в октябре 2003 года в исследовательском центре Xerox в Пало Альто разработали новую технологию подающего механизма для копиров и принтеров. В новой печатной схеме AirJet 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, однако 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. 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 6

7 домашних условиях, то есть в «человеческом» интерьере с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, 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? 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. Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/с Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду и так же успешно преодолевает препятствия. 7

8 Монопод ростом с человека способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая (Стенфордский университет) В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. Как известно, человек перемещается путем «падения» с одной ноги на другую и большую часть времени проводит на одной ноге. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы. 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 фрукт и распространяют зерна. Специалисты по бионике рассуждают именно таким образом. Когда они сталкиваются с некоей инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям. Примерно так же поступил Густав Эйфель, который в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. 8

9 Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости 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 задокументировал. Следующее открытие в бионике -Плод дурнишника прицепился к рубашке: Данное знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды. Некоторые конкретные достижения бионики, уже реализованные в практических целях, например: водолазный колокол Галлея, «Костюм ныряльщика», изобретенный Кингертом. Секрет высокой скорости движения 9

10 дельфина разгадали советские ученые В.Е. Соколов и А.Г. Томилин с сотрудниками. Оказалось, антитурбулентность дельфина обеспечивается особенностями строения кожи. Его эпидермис очень эластичен и напоминает лучшие сорта автомобильной резины. Он состоит из тонкого наружного и лежащего под ним росткового (шиловидного) слоев. В ячейки росткового слоя входят упругие сосочки дермы, точно зубцы резиновой щетки для замшевой обуви. Эпидермис и сосочки дермы особенно развиты в лобной части головы и на передних краях плавников, где давление воды максимальное. Ниже сосочков дермы располагаются коллагеновые и эластиновые волокна, а между ними жир. Все вместе действует подобно демпферу, предотвращающему турбулентность и срыв потока. Под давлением подкожный жир меняет форму клеток, а затем восстанавливает ее. Буферность кожи достигается еще и упругостью коллагеновых и эластиновых волокон. Благодаря этим приспособлениям поток, обтекающий тело дельфина, остается ламинарным линейным, без завихрений. Кроме того, на упругой коже дельфинов имеется специальная смазка, обладающая водоотталкивающими свойствами. Поэтому тело дельфина при движении в воде как бы катится по шарикоподшипникам, обеспечивая еще одно преимущество, заменой трения скольжения на трение качения. Когда же дельфины достигают максимальной скорости, и их тело не в состоянии погасить вихри ни демпферными, ни гидрофобными свойствами кожи, кожный покров сам начинает совершать волновые движения в виде складок, продвигающихся по туловищу. Эти волнообразные складки кожи не только гасят вихри, но и уменьшают силу трения в срединной и хвостовой частях тела животного. Что же позаимствовали инженеры из этих сведений? В 1960 г. немецкий инженер М.Крамер изобрел мягкие оболочки «ламинфло» из двух и трех слоев резины толщиной 2, 3 мм. При этом гладкий наружный слой имитировал эпидермис кожи, эластичный средний с гибкими 10

11 стержнями и демпфирующей жидкостью был аналогичен дерме с коллагенами и жиром, а нижний выполнял функции опорной пластины. Демпфирующая жидкость, перемещаясь между стерженьками, гасила вихри в слое воды ближайшем к корпусу модели. При этом торможение снижалось наполовину, скорость увеличивалась вдвое. А затем подтвердилась возможность снижать сопротивление воды на 40 60%. Р.Пелт (США), выстлав внутреннюю поверхность трубы имитатором дельфиньей кожи (уретановая смола на полиэфирной основе), получил снижение потерь давления при перемещении жидкости на 35%. Тем самым возникла реальная возможность экономично перекачивать на сотни тысяч километров по трубам воду, сжиженные горючие газы, спирт, патоку, жидкие удобрения, гранулы (в виде смеси с водой в соотношении 1:1), кормовую пасту, помидоры и другие овощи, даже живую рыбу. Однако кораблестроители уже думают о создании и развитии подводного грузового и пассажирского транспорта, как более экономичного в энергетическом отношении, защищенного от любой непогоды. Одновременно с этим рассматривается вопрос и о специальных двигателях для подводного транспорта, сходных с ракетными прямоточно-реактивными или турбореактивными установками. Именно так передвигаются головоногие моллюски осьминоги, кальмары, каракатицы. У них, как и у всех подводных обитателей, функции двигателя и движителя совмещены в одном мышечном механизме, что способствует эффективной отдаче энергии, повышению КПД, надежности работы системы. В движителе, основанном на принципе движения кальмара, вода засасывается в камеру, а затем выбрасывается через сопло. Судно при этом движется в противоположном направлении. Движитель кальмара очень экономичен. Кальмары развивают скорость до 70 км/ч. По предположениям ученых они могут двигаться со скоростью вдвое большей. Стартуя из глубины в воздух они пролетают над волнами более 50 м на высоте 7 10 м. В воде они совершают стремительные повороты в горизонтальных и вертикальных 11

12 плоскостях. Все это открывает перед кораблестроителями новые многообещающие перспективы. В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Например, термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры в 0,0010 C; электрический орган рыб (скатов, электрических угрей) воспринимает потенциалы в 0,01 микровольта, глаза многих ночных животных реагируют на единичные кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м3 (=1мкг/л). Многие живые организмы имеют такие анализаторные системы, которых нет у человека. Например, у кузнечиков на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение. У акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры в 0,10 С. Устройство, воспринимающее радиоактивное излучение, имеют улитки, муравьи и термиты. Многие реагируют на изменения магнитного поля (в основном птицы и насекомые, совершающие дальние миграции). Есть те, кто воспринимает инфра - и ультразвуковые колебания: совы, летучие мыши, дельфины, киты, большинство насекомых и т. д. Глаза пчелы реагируют на ультрафиолетовый свет, таракана на инфракрасный и т. д. Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что 12

13 у них есть две системы ориентации дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя по запаху (химизм прибрежных вод). Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. А сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. И бионика здесь занимает особое положение. А во-вторых, в живой природе постоянство форм и структур биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Их функционирование, как правило, периодично. Эта разница между природными и техническими системами очень существенна с инженерной точки зрения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает 13

14 хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд. Из года в год такие опыты продолжаются, они совершенствуются, улучшаясь и становясь лучше. Учёные тщательно работают, пытаясь с помощью бионики достичь в медицине новых высот, среди которых, наконец, то появится возможность подарить людям, утратившим конечности возможность полноценно ощущать жизнь, передвигаться без инвалидного кресла. Бионика в медицине не стоит на месте, несмотря на молодой возраст, эта наука уже смогла достичь небывалых высот, и возможно пройдёт ещё пару лет, когда она сможет решить любые сложные медицинские проблемы, по крайней мере, бионика в медицине может подарить надежду, а это дорого стоит. ЛИТЕРАТУРА Бионика в школе.ц.н.феодосиевич, Г.И. Иванович, Киев, Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., Живие приборы.ю.г.симвков, М., Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., Тайны бионики. И.И.Гармаш, Киев, ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ

Глава 11 37 Бионика Бионика это наука о применении знаний о живой природе для решения инженерных задач при конструировании технических систем. 13 сентября 1960 года на симпозиуме «Живые прототипы искусственных

БИОНИКА. КАК ПРИКЛАДНАЯ НАУКА О СОЕДИНЕНИИ БИОЛОГИИ И ТЕХНИКИ Архипенко А.А, Минка Т.А. (руководитель) Таганрогский авиационный колледж имени В. М. Петлякова Таганрог, Россия BIONICA AS AN APPLIED SCIENCE

Урок 1 тема. Основы бионики в проектировании. Значение моделей и макетов в проектировании Цель: ознакомить с методами дизайнерской бионики; особенностями изготовления моделей и макетов из разных материалов;

Фоменко Елена Григорьевна учитель физики второй квалификационной категории Тема урока: Реактивное движение Цель урока: познакомиться с особенностями и характеристиками реактивного движения, историей его

Без ума от акул СОДЕРЖАНИЕ 4 Кто такие акулы 6 О плавниках и не только 8 Есть, хватать, охотиться 10 Большому куску рот радуется 12 Без труда не вытянешь и рыбку 14 Заходим в воду без страха 16 Общественная

БИОФОРМЫ В ХУДОЖЕСТВЕННОМ КОНСТРУИРОВАНИИ ИЗДЕЛИЙ ТЕМА. Применение биоформ в художественном конструировании изделий Цели: раскрыть понятие «бионика»; ознакомиться с примерами применения биоформ в художественном

ОБРАЗЦЫ письменных работ республиканской олимпиады по биологии (экологии) ПИСЬМЕННАЯ РАБОТА ПО БИОЛОГИИ Вариант 1 ЧАСТЬ I Вам предлагается 5 предложений, в каждое из которых нужно вписать соответствующие

ГБОУ РМ СПО «Саранский техникум энергетики и электронной техники имени А.И. Полежаева» Методическая разработка занятия по биологии Тема: «Бионика» Разработала: преподаватель биологии Шишкина О.А. 2014-2015

Что если бы у растений и насекомых был мозг? Вот это Профессор Кавашима, мозг есть только у людей и у животных? Мозг то, что находится в голове у позвоночных животных. То, что находится в голове у беспозвоночных,

Чувства БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕК ЧУВСТВА Глава 1: Наши чувства Зачем нам нужны наши чувства? Все организмы способны ощутать свое окружение, но у животных и людей развиты несколько очень сложные сенсорные системы,

Одноосный акселерометр Одноосный акселерометр прибор, определяющий величину мгновенной проекции вектора ускорения на ось акселерометра. Ваша задача сделать микроэлектромеханический акселерометр, работающий

Сила трения Цель урока: Обобщить знания учащихся о силе трения. Показать роль силы трения в природе и технике. Санки, скатившись с горы, через некоторое время останавливаются. Это значит, что на тело действовала

Киты Обтекаемое тело китов придает им внешнее сходство с рыбами. Однако киты относятся к млекопитающим: они теплокровны, дышат атмосферным воздухом, самки вскармливают детенышей молоком, и на их теле различимы

Физика 1. На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени. Какой путь пройден телом за вторую секунду? 1) 0 м 2) 1 м 3) 2 м 4) 3 м 2. На брусок массой 5 кг, движущийся по горизонтальной

ОБОРУДОВАНИЕ: иллюстрации с изображением пресмыкающихся, плакат «На суше как дома» из комплекта «Наглядные пособия по окружающему миру для 3 класса» Цели урока По 1-й линии развития (Объяснять мир): 1.

Робототехника RAR1300 Sergei Pavlov TTÜ Virumaa Kolledž Мобильные роботы Мобильным роботом может быть движущийся по поверхности, летающий или плавающий в воде робот. Для роботов, двигающихся по поверхности,

Тема: «Смогу ли я построить ракету?!» Обоснование: Меня очень интересует устройство космических летательных аппаратов. Цель: Изготовление ракеты в домашних условиях. Задачи: 1. Выяснить что такое ракета

Ответы на билеты по биологии 9 класс 2017 днр >>> Ответы на билеты по биологии 9 класс 2017 днр Ответы на билеты по биологии 9 класс 2017 днр Вместе с ногтями волосы принадлежат к кожным роговым образованиям.

Контрольные работы по физике 29 группа 4 семестр Решаем один из предложенных вариантов в каждой контрольной работе. Контрольная работа 11 Механические колебания. Упругие волны. Вариант 1 1. Материальная

Тема: Слуховой анализатор. Бояринцева С.В. учитель биологии 2014г. Цели урока: Раскрыть понятие «слуховой анализатор», изучить принцип его действия. Изучить анатомию органов слуха человека. Развить логическое

Выполнила: ученица 1 В класса МБОУ СОШ 26 Ампилова Александра Научный руководитель: Арестова С.В. ПРОБЛЕМА: почему, когда идѐм по земле, мы не падаем, а когда по льду падаем? Почему одни предметы легко

Разработка урока по физике 7 класс «Сила трения». Разработал: Учитель физики Польщикова А.Н. Цели урока: Тема: «Сила трения». образовательные: выяснение причин возникновения трения, определение роли силы

Анатомия и физиология лекции для фармацевтов >>> Анатомия и физиология лекции для фармацевтов Анатомия и физиология лекции для фармацевтов Если к коре мозга или к коже головы приложить 2 электрода и соединить

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение «Средняя общеобразовательная школа «Центр образования «Кудрово» Всеволожского района Ленинградской области Программа рассмотрена УТВЕРЖДАЮ на педагогическом

ИТТ- 10.3.1 Вариант 1 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 1. Тело массой m движется со скоростью. Каков импульс тела? А. Б. В. Г. Д. Е. 2. Тело массой от движется со скоростью. Какова кинетическая энергия тела? А. Б. В.

Жизнь деревьев.- М.: МАХАОН, 2014.- 32с. Где зародилась жизнь на Земле? Какие существуют леса на нашей планете? Что вы знаете о жизни деревьев? Всё это вы сможете узнать, открыв эту книгу серии «Discovery».

Понятие модели. Типы моделей. Понятие адекватной модели. Одним из самых древних путей постижения сложного является абстрагирование, т.е. выделение самых общих и самых важных черт сложного процесса или

Демонстрационный вариант Олимпиада по естествознанию 4 класс ЗИМНИЙ ОЛИМП Фамилия Имя Класс Часть I Задание 1 Загадка Угадайте, что за птица Света яркого боится, Клюв крючком, глаз пятачком Задание 2 Кого

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского Зональная научная библиотека имени В. А. Артисевич представляют виртуальную выставку Природа после захода

ИТТ- 10.3.2 Вариант 2 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 1. Как называется физическая величина, равная произведению массы тела на вектор его мгновенной скорости? 2. Как называется физическая величина, равная половине произведения

Тема 1. Кинематика материальной точки и твердого тела 1.1. Предмет физики. Связь физики с другими науками и техникой Слово "физика" происходит от греческого "physis" природа. Т. е. физика это наука о природе.

1. Рост кости в толщину происходит за счет 1) суставного хряща 2) красного костного мозга 3) желтого костного мозга 4) надкостницы ТЕМА «Опорно-двигательная система» 2. Недостаток кальция и фосфора наблюдается

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СУЗУНСКОГО РАЙОНА «СУЗУНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА 1» 633623, Новосибирская область, Сузунский район, р.п. Сузун ул.ленина 14, т. 8 (38346)

Научно-исследовательская работа Биология Тема работы Великие мелочи, подсмотренные у природы. Что изучает бионика? Выполнили: Каталова Ксения Русская Снежана учащиеся 7в класса школы 33 Руководитель: Клиндухова

Поворотливость судна ЦЕНТР ВРАЩЕНИЯ В понимании свойства поворотливость главную роль играет понимание положения центра вращения судна (PP Pivot Point) При поворотах судно разворачивается вокруг вертикальной

ВВЕДЕНИЕ Здравствуй, наш юный друг! В прошлом году ты начал изучать ФИЗИКУ науку о природе. Вместе мы рассуждали о времени и пространстве, о движении тел и их взаимодействии. В 6 классе мы продолжим начатый

НОВЕЙШАЯ ТЕХНОЛОГИЯ основанная на естественном процессе вывода жиров из организма научно обоснованный и безопасный метод коррекция контуров тела лечение целлюлита снижение веса Несколько фактов о здоровой

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА 1002 Проектная работа: «Природные патенты Московии». Москва, 2016 г. Авторы: Захаров Игорь, 8 «а» кл., Меняйлов

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа 7 г. Павлово Нижегородской области Научно-исследовательская работа Способы перемещения автономных роботов Работу

Предлагаемое школьное оборудование «Химлабо» обеспечивает: выполнение 40 лабораторных работ в соответствии с программами основной и средней школы (базовый и профильный уровни); не требует дополнительного

52 УДК 629.3.027.2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ ВОЗДУХА В ШИНАХ АВТОМОБИЛЕЙ М. Ю. Есеновский-Лашков, к. т. н., доц. / П. А. Красавин, к. т. н. / И. А. Маланин, ст. преп. / А. О. Смирнов, асп.

Лабораторная работа 3 «Внешнее строение дождевого червя. Передвижение, раздражимость» Цель: Изучить внешнее строение дождевого червя Оборудование: Ванночка, лист бумаги. Ход работы 1.Рассмотрите дождевого

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы "Школа 1877 "Люблино" Творческий проект «Почему самолеты летают?» Автор ученица 1А класса Пискарева Василиса Руководитель Учитель

1 2. Вспомните, как дышат наземные моллюски. Что общего в дыхании наземных моллюсков и пауков? 1 3. Как называется размножение, при котором из отложенных самкой неоплодотворенных яиц развиваются только

Ляшенко Вячеслав Иванович / Lyashenko Vyachselav Ivanovich Научный руководитель Кадомцева Елена Эдуардовна / Kadomtseva Elena Eduardovna Академия строительства и Архитектуры ДГТУ DSTU Academy of civil

Интегрированный урок по физике и физической культуре Преподаватель физики: Лунева Е.Н. Преподаватель физической культуры: Подсевахин А.Ю. Тема: «Физика в физической культуры» Цели урока исследовать взаимодействия

Межрегиональная олимпиада школьников на базе ведомственных образовательных учреждений (2013 г.). Физика. 10 класс Вариант 1 Задача 1 (2 балла). С башни высотой 30 м горизонтально с некоторой скоростью

1 ЛЕКЦИЯ 17 Поляризация электромагнитных волн. Способы получения поляризованных электромагнитных волн. Поляроид. Закон Малюса. Поляризация при рассеянии света. Поляризация при отражении света. Угол Брюстера.

Лекция 0 Стационарное движение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости и его применение. Формула Торричелли. Реакция вытекающей струи. Л-: 8.3-8.4; Л-: с. 69-97

Беседа 5 1 Модели 4-D гироскопов В.Н.Толчина, использующие множественные внутренние удары Совершенно очевидно, что обеспечения постоянного движения 4-D гироскопа с пружиной под действием внутреннего удара,

Вестник Брянского государственного технического университета 04 (4 УДК 68306 46 М Е Лустенков, Е С Фитцова МЕХАНИЗМ С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ УГЛОМ МЕЖДУ ОСЯМИ ВАЛОВ Приведена конструкция и описан принцип работы

7класс Биология база. Тема: Тип Членистоногие Задание 1 Тип Членистоногие К какому классу относят членистоногих, тело которых состоит из трёх отделов: головы, груди и брюшка... [насекомых ракообразных

МОУ «Оршанская средняя общеобразовательная школа» Учитель биологии Петухова И.Ю. 2012г Цель урока Задачи урока Изучить многообразие моллюсков, значение их в природе и жизни человека. Раскрыть особенности

План-конспект урока окружающего мира, проведенного в 1м классе. Тема: «Кто такие рыбы?» Учитель начальных классов Тимофеева О.В. Цель урока: познакомить с признаком рыб, разнообразием рыб. Задачи: 1. Познакомить

Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования детей Эколого-биологический центр г.ейска Муниципальное образование Ейский район КОНСПЕКТ ЗАНЯТИЯ «Животный мир» (с использованием здоровьесберегающей

МБОУ гимназия 12 города Липецка Проект по информатике на тему: «Роботы в жизни человека» Подготовила ученица 5В класса Стюфляева Вера Руководитель учитель информатики Волкова Алла Александровна 1 Мы живѐм

Вариант 161157 1. Тела 1 и 2 двигаются вдоль оси x. На рисунке изображены графики зависимости координат движущихся тел 1 и 2 от времени t. Чему равен модуль скорости 1 относительно тела 2? (Ответ дайте

Проект на тему «ДНК» Выполнила ученица 4 «В» класса Гимназии 1542 Демидович Александра Руководитель проекта: Босая Наталья Васильевна Цели проекта: - узнать, что такое ДНК - как выглядит ДНК - кем была

УДК 629.30 П.Г. Антипов К вопросу идеализации сверхнизкопрофильного колеса Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьёва 152934. г. Рыбинск, ул. Пушкина, дом 53 В настоящее

Развитие содержания образования в классах, реализующих направления: моделирование, прототипирование, прикладная математика приборостроение и радиотехника робототехника и микроэлектроника машиностроение

Транспортные модули для СТС Высокоскоростной пассажирский транспортный модуль Высокоскоростной пассажирский транспортный модуль предназначен для перевозки до 24 пассажиров со скоростью 350 км/ч. и более.

Движение животных в водной среде. Движение, ложноножки, реснички, жгутики, мышечная деятельность, щетинки, хвостовой плавник, реактивное движение, плавательные перепонки Приветствие. Улыбнулись. На столах

Оглавление Физика и естественнонаучный метод познания природы механика Глава I. кинематика 1. система отсчёта, траектория, путь и перемещение... 8 1. Система отсчёта... 8 2. Материальная точка... 9 3.

СОДЕРЖАНИЕ АНАТОМИЯ ДЛЯ ХУДОЖНИКОВ ВВЕДЕНИЕ 6 ТЕХНИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ 7 СКЕЛЕТ ЧЕЛОВЕКА 10 МУСКУЛАТУРА ЧЕЛОВЕКА 13 ФИГУРА ЧЕЛОВЕКА 15 ПРОПОРЦИИ РАЗНЫХ ВОЗРАСТОВ 18 МУЖСКОЙ И ЖЕНСКИЙ СКЕЛЕТ 20 ФИГУРА: РАБОТЫ

УДК 629.111 Веломобиль для инвалидов Handbike Филиал ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» в г. Сызрани Ксендинов Денис, Абайдулин Руслан, студенты. Научный руководитель: Осипов Александр

Скелет 8 кл ФУНКЦИИ СКЕЛЕТА И МЫШЦ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА (КОСТНО-МЫШЕЧНАЯ) АКТИВНАЯ ЧАСТЬ (Мышцы) ПАССИВНАЯ ЧАСТЬ (Скелет) Энергетическая Двигательная Защитная Кроветворная Обменная Опорная Формообразующая

ГБОУ Инженерно-техническая школа им. П. Р. Поповича Старшая дошкольная группа по адресу Ул. 8 Марта, д.15 Аэрокосмическая инженерия «Все дело в крыльях?» Участник: Николаев Артемий Руководитель: Жигарева

МБОУ«Верхнеуслонская гимназия» Верхнеуслонского муниципального района Республики Татарстан «Бионика. Технический взгляд на живую природу».

Работу выполнила: Арефьева Полина, ученица 9 А класса

Руководитель: Арефьева Ю.В., учитель биологии и химии

Верхний Услон, 2016 год

Цели исследовательской работы:

Расширить представление о бионики, ее развитии и значении. Повысить интерес к изучению естественно- математических и технических наук.

Задачи:

Познакомиться с историей возникновения науки «Бионика».
. Показать взаимосвязь физикой, техникой, биологией и другими науками.
Выделить основные направления бионики.
важное практическое значение бионики.
Развивать мотивации изучения естественно-научных дисциплин

Методы исследования:

Теоретические: - изучение научных статей, литературы по теме. Практические: - наблюдение, анализ, обобщение.

Единственное его изобретение, получившее признание при его жизни - колесцовый замок для пистолета (заводившийся ключом). Леонардо да Винчи интересовали проблемы полёта. В Милане он делал много рисунков и изучал летательный механизм птиц разных пород и летучих мышей. Кроме наблюдений, он проводил и опыты, но они все были неудачными. Леонардо очень хотел построить летательный аппарат. Он говорил: «Кто знает всё, тот может всё. Только бы узнать - и крылья будут!».

Связь бионики с другими науками

БИОЛОГИЯ

ИНЖЕНЕРНЫЕ НАУКИ

ФИЗИКА

Морское дело

ХИМИЯ

КИБЕРНЕТИКА

Навигация

Электроника

В 18 веке Луиджи Гальвани проводил успешные опыты с лапкой лягушки, которые привели к созданию гальванических элементов - химических источников электрической энергии.

Луиджи Гальвани

Основные направления бионики. Нейробионика

одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании способов преобразования информации в биологических системах.

Американская подводная лодка «Скипджек» в точности повторяет форму тунца.

Ю.Гагарин

К. Циолковский

1 из 24

Презентация на тему: Бионика

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

№ слайда 3

Описание слайда:

№ слайда 4

Описание слайда:

Взаимосвязь природы и техники В прошлом отношение человека к природе было потребительским, техника эксплуатировала и разрушала природные ресурсы. Но постепеннолюди начали бережнее относится к природе, пытаясь присмотреться кеё методам, с тем чтобы разумно использовать их в технике. Эти методы могут служить образцом для развития промышленных средств, безопасных для окружающей среды. Природа как эталон - и есть бионика. Понимать природу и брать её за образец – не означает копировать. Однако природа может помочь нам найти правильное техническое решение довольно сложных вопросов. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации.

№ слайда 5

Описание слайда:

Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками:электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.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.В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

№ слайда 6

Описание слайда:

Кибернетика 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.

№ слайда 7

Описание слайда:

Архитектурная бионика Это новое явление в архитектурной науке и практике. Здесь и возможности поиска новых, функционально оправданных архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с одновременным использованием удивительных свойств строительного материала живой природы, и открытие путей реализации единства конструирования и создания архитектурных средств с использованием энергии солнца, ветра, космических лучей. Но, пожалуй, наиболее важным ее результатом может быть активное участие в создании условий сохранения живой природы и формировании гармоничного ее единства с архитектурой.

№ слайда 8

Описание слайда:

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.

№ слайда 9

Описание слайда:

Сегодня бионика имеет несколько направлений: Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, 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.

№ слайда 10

Описание слайда:

Архитектурно-строительная бионика 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.

№ слайда 11

Описание слайда:

Нейробионика Нейробионика - научное направление, изучающее возможность использования принципов строения и функционирования мозга с целью создания более совершенных технических устройств и технологических процессов. 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.

№ слайда 12

Описание слайда:

Яркий пример Архитектурно-строительной 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 чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли.

№ слайда 13

Описание слайда:

Первые примеры Бионики 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 фрукт и распространяют зерна. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости.Специалисты по бионике рассуждают именно таким образом. Когда они сталкиваются с некоей инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям.

№ слайда 14

Описание слайда:

Застёжки-липучки Принцип действия репейника был заимствован человеком для изготовления застёжек-липучек. Первые липкие ленты появились в 50-х годах XX столетия. С их помощью можно, например, застёгивать спортивные ботинки; в этом случаи шнурки уже не нужны. Кроме того, длину липучки легко регулировать - в этом одно из её преимуществ. В первые годы после своего изобретения такие застёжки были очень популярны. Сегодня все уже привыкли к удобной застёжке, и изготовители застёжек-липучек теперь следят лишь за тем, чтобы липучки были хорошо спрятаны под клапанами.

№ слайда 15

Описание слайда:

Группа, 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".

№ слайда 16

Описание слайда:

Присоски Осьминог: осьминог изобрёл изощрённый метод охоты на свою жертву: он охватывает её щупальцами и присасывается сотнями, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.Технические присоски: если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нём. Присоска слегка закруглена и расправляется при столкновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум. И присоска прикрепляется к стеклу.

№ слайда 17

Описание слайда:

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. Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро - со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду - и так же успешно преодолевает препятствия. В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. Как известно, человек перемещается путем «падения» с одной ноги на другую и большую часть времени проводит на одной ноге. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы.

№ слайда 18

Описание слайда:

Кокон из яйца паука Паук изготовляет тонкую «накидку» из водонепроницаемого материала, чтобы защитить отложенные яйца. Этот кокон величиной с кулак имеет форму колокольчика и открывается снизу. Он состоит из того же материала, что и нити паутины. Конечно, он не соткан из отдельных нитей, а представляет собой единую оболочку. Она прекрасно защищает яйцо от непогоды и влажности.Плащ Когда мы выходим на улицу в дождь, то надеваем водонепроницаемый плащ или берем с собой зонтик. Как с кокона яйца паука с защитной пленкой, с искусственного материала стекает вода, в результате чего человек не промокает.Крыши, отталкивающие водуВажную роль при строительстве домов играет крыша, котораядолжна защищать помещения здания от попадания воды.

№ слайда 19

Описание слайда:

Исследователи из Bell Labs (корпорация Lucent) недавно обнаружили в теле глубоководных губок рода Euplectellas высококачественное оптоволокно. По результатам тестов оказалось, что материал из скелета этих 20-сантиметровых губок может пропускать цифровой сигнал не хуже, чем современные коммуникационные кабели, при этом природное оптоволокно значительно прочнее человеческого благодаря наличию органической оболочки. Скелет глубоководных губок рода Euplectellas построен из высококачественного оптоволокна

№ слайда 20

Описание слайда:

Густав Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. 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 (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости

№ слайда 21

Описание слайда:

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 задокументировал. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.Костная структура головки бедренной кости

№ слайда 22

Описание слайда:

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды.Плод дурнишника прицепился к рубашке

Описание слайда:

1 слайд

Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти… Леонардо да Винчи Презентацию разработали: Федотова Т. В. Шепелева И. П. [ 231-123-308]

2 слайд

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

3 слайд

Что изучает наука БИОНИКА? Бионика - наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

4 слайд

Бионика - наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.

5 слайд

Водолазный колокол Галилея Воздушный колокол паука-серебрянки Застёжка - молния Изобретение застежек «липучки»

6 слайд

Эйфелева башня Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Костная структура Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости

7 слайд

Основоположник современной аэродинамики Н. Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить в воздухе. На основании исследования полёта птиц появилась авиация. Использование в технике принципов движения живых организмов

8 слайд

Ещё более совершенным летательным аппаратом в живой природе обладают насекомые. По экономичности полета, относительной скорости и маневренности они не имеют себе равных ни в живой природе. Идея создания летательного аппарата, в основе которого лежал бы принцип полёта насекомых, ждёт своего разрешения Бабочка - адмирал Чтобы в полёте не возникали вредные колебания, на концах крыльев у быстролетающих насекомых имеются хитиновые утолщения. Сейчас авиаконструкторы применяют подобные приспособления для крыльев самолётов, тем самым устраняя опасность вибрации

9 слайд

Учёные установили функцию жужжальцев мух. Во время полёта жужжальца определяют отклонение от горизонтального положения. На принципе жужжальца был создан прибор гиротрон, применяемый в скоростных самолётах и ракетах для определения углового отклонения стабильности полёта

10 слайд

11 слайд

Реактивный движитель кальмара. Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара. В сущности, кальмар располагает двумя принципиально разными движителями. При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска животное использует реактивный движитель. Мышечная ткань- мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее составляет почти половину объёма его тела. При реактивном способе плавания животное засасывает воду внутрь мантийной полости через мантийную щель. Движение кальмара создается за счёт выбрасывания струи воды через узкое сопло (воронку). Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, чем достигается изменение направление движения. Движитель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч.

12 слайд

Глиссер. По форме корпуса он похож на дельфина. Глиссер красив и быстро катается, имея возможность, натурально, по-дельфиньи играть в волнах, помахивая плавничком. Корпус сделан из поликарбоната. Мотор при этом очень мощный. Первый такой дельфин был построен компанией Innespace в 2001 году.

13 слайд

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Необходимо было научиться их обнаруживать и выслеживать. Для этой цели создали специальные приборы - гидрофоны. Эти приборы должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Их установили на кораблях, но во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, который заглушал шум подводной лодки. Физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться... у тюленей, которые хорошо слышат при движении в воде. В итоге приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали "слышать" даже на полном ходу корабля. Локация в живой природе Биоакустика рыб

14 слайд

Долгое время оставалась загадочной способность летучих мышей летать в полной темноте. Лишь в наше время было установлено, что летучие мыши могут издавать и улавливать ультразвуки. Беспрерывно испуская в полёте ультразвуки и воспринимая их отражение от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружающее пространство. Моделирование локаторов по живым организмам открывает новые перспективы их использования в качестве чувствительных элементов различных технических систем.

15 слайд

Медузы Многие растения и животные обладают способностью «чувствовать» некоторые явления природы и её воздействие, которые человек даже не замечает. Так, задолго до начала шторма медузы спешат укрыться в безопасном месте. Оказывается, сигналом к этому служат инфразвуки частотой 3-13 Гц, возникающие от трения волн о воздух. Интенсивные инфразвуковые колебания, образующиеся над поверхностью моря при сильном ветре в результате вихревых процессов у гребней волн, распространяются быстрее штормового фронта. Медузы воспринимают эти колебания. В результате изучения данного явления был сконструирован прибор, позволяющий определить направление шторма и силу задолго до его начала (примерно за 15 часов).

16 слайд

17 слайд

Современные открытия Как известно, самые преданные адепты бионики - это инженеры, которые конструируют роботов. Сегодня среди разработчиков очень популярна такая точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно функционировать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Разработчики -бионики исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде - с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги, а колеса, гусеницы и прочее совсем не подходит для города. И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных? Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек

18 слайд

Торжество бионики - искусственная рука Ученым из Института реабилитации Чикаго удалось создать бионический протез, который позволяет пациенту не только управлять рукой с помощью мыслей, но и распознавать некоторые ощущения. Обладательницей бионической руки стала Клаудиа Митчелл (Claudia Mitchell), в прошлом служившая в морском флоте США. В 2005 году Митчелл пострадала в аварии. Хирургам пришлось ампутировать левую руку Митчелл по самое плечо. Как следствие, нервы, которые могли бы быть в дальнейшем использованы для контроля над протезом, остались без применения.

19 слайд

В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы

20 слайд

Исследователи из Bell Labs обнаружили, что в глубоководных морских губках содержится оптоволокно, по свойствам очень близкое к самым современным образцам волокон, используемых в телекоммуникационных сетях. Ученые были поражены тем, насколько близкими оказались структуры природных оптических волокон к тем образцам, что разрабатывались в лабораториях.

Статьи по теме