Bionika Leonarda da Vinciho. Význam bioniky v našom živote. Príklady bioniky v architektúre. Vedecký a umelecký prístup

Bionika(z gréčtiny. bion- prvok života, doslova - živý), veda, ktorá hraničí medzi biológiou a technikou, riešiaca inžinierske problémy na základe modelovania štruktúry a života organizmov.

Nedávno sa zrodila veda o bionike (v roku 1960), ktorej účelom je pomôcť človeku osvojiť si „tajomstvá“ živej prírody. Príroda vytvorila nezvyčajne dokonalé životné mechanizmy. Vedcov priťahuje rýchlosť a princíp pohybu delfínov, veľrýb, chobotníc, pavúkov, krtkov, klokanov, umenie letu vtákov a hmyzu, zvláštnosti orgánov zraku múch, žiab, sluchové orgány medúz. , „tajomstvá“ netopierích echolokátorov, termolokátorov štrkáčov atď. atď.

Bionika našla uplatnenie v takých oblastiach, ako je stavba lietadiel a lodí, astronautika, strojárstvo, architektúra, navigačné prístroje, baníctvo atď.

Bionika v stavebníctve a priemysle

Uvažujme o niektorých konkrétnych úspechoch bioniky, ktoré už boli realizované na praktické účely.

Tučniaky sa pohybujú kĺzaním po snehu a odtláčajú sa plutvami. Snežný skúter bol navrhnutý na rovnakom princípe. na Gorkého polytechnickom inštitúte. Ležiac ​​na snehu so širokým dnom netvorí vyjazdené koľaje, nešmýka sa a nezasekáva sa.

Stavitelia lodí na celom svete už dlho upozorňujú na hruškovitú hlavu veľryby, ktorá je na pohyb vo vode prispôsobená viac ako nožovité nosy moderných lodí. V porovnaní s bežnými loďami sa veľrybí parník ukázal ako ekonomickejší.

Kužeľovité formy sa nachádzajú v dizajnoch korún a kmeňov stromov, húb. Práve túto formu majú uhoľné kombajny. Ide o optimálny tvar, ktorý odoláva zaťaženiu vetrom a gravitácii. Architekti často používajú konštrukcie v tvare kužeľa (televízna veža Ostankino.)

Prírodou vytvorené štruktúry sú oveľa dokonalejšie, ako to, čo človek dokáže doteraz.

Svet zvierat žijúcich pod zemou je bohatý a rozmanitý. dážďovky, krtkovia majú úžasné úpravy, s ktorými kladú podzemné chodby.

Majú veľký záujem o vytváranie podzemných kopacích jednotiek. Napríklad bol vyvinutý originálny model, ktorý sa pohybuje pod zemou ako krtko a preráža tunel s hladkými hustými stenami.

Bionika prevzala od obojživelníkov princíp štruktúry zadnej končatiny. Stelesnením tohto v takom objekte, akým sú plutvy.

Toto je len malý počet príkladov toho, ako ľudia uplatňujú biologické modely. Zvieratá však majú aj mnoho ďalších vlastností, ktoré využívajú, alebo môžu využívať ľudia: ultrazvukové videnie netopierov, echolokácia delfínov (vo vzdialenosti 20–30 m delfín presne označí miesto, kde sa nachádza peleta s priemerom 4 spadol mm).

Nedá sa presne povedať, kedy sa veda o bionike zrodila, pretože ľudstvo odjakživa čerpalo inšpiráciu z prírody, je napríklad známe, že asi pred 3 000 rokmi sa robili pokusy skopírovať tvorbu hodvábu, ako to robí hmyz. Samozrejme, takéto pokusy nemožno nazvať vývojom, až keď sa objavili moderné technológie, osoba sa celkom predstavila skutočnú príležitosť kopírovať prírodné nápady, umelo reprodukovať za pár hodín všetko, čo sa roky rodí v prírodných podmienkach. Napríklad vedci sú schopní pestovať syntetické kamene, ktoré nie sú horšie ako prírodné kamene v kráse a čistote, najmä ako analóg k diamantom.

Najznámejším vizuálnym stelesnením bioniky je Eiffelova veža v Paríži. Táto konštrukcia bola založená na štúdiu stehennej kosti, ktorá, ako sa ukázalo, pozostávala z malých kostí. Pomáhajú ideálne rozložiť váhu, takže hlavica stehennej kosti znesie veľkú záťaž. Pri tvorbe bol použitý rovnaký princíp Eiffelova veža.

Snáď najznámejším „“ bionikom, ktorý výrazne prispel k jeho rozvoju, je Leonardo da Vinci. Napríklad sledoval let vážky a potom sa pokúsil preniesť jej pohyby pri vytváraní lietadla.

Význam bioniky pre iné vedné odbory

Nie každý akceptuje bioniku ako vedu, keďže ju považuje za poznanie rodiace sa na križovatke viacerých disciplín, pričom samotný pojem bionika je široký, pokrýva viacero vedných oblastí. Ide najmä o genetické inžinierstvo, dizajn, lekársku a biologickú elektroniku.

Dalo by sa hovoriť o jeho výlučne aplikovanom charaktere, no modernom softvér umožňuje modelovať a prenášať do reality všetky druhy prírodných riešení, a preto je štúdium a porovnávanie prírodných javov s ľudskými schopnosťami čoraz aktuálnejšie. Pri vytváraní modernej robotiky sa inžinieri čoraz častejšie obracajú na pomoc bionických vedcov. Koniec koncov, sú to roboty, ktoré to človeku v budúcnosti výrazne uľahčia, a preto sa musia vedieť správne pohybovať, myslieť, predpovedať, analyzovať atď. Vedci zo Stanfordskej univerzity teda vytvorili robota na základe pozorovaní švábov je ich vynález nielen obratný a organický, ale aj veľmi funkčný. V blízkej budúcnosti sa týmto robotom môže stať nepostrádateľným pomocníkom pre tých, ktorí sa nemôžu pohybovať samostatne.

S pomocou bioniky bude v budúcnosti možné vytvoriť kolosálny technologický vývoj. Teraz bude človek potrebovať len niekoľko rokov na vytvorenie analógu prírodných javov, zatiaľ čo samotná príroda na to strávi tisícročia.

Slogan bioniky: "Príroda vie najlepšie." Čo je to za vedu? Už samotný názov a takéto motto nám dáva pochopiť, že bionika je spätá s prírodou. Mnohí z nás sa denne stretávajú s prvkami a výsledkami činnosti vedy o bionike bez toho, aby o tom vedeli.

Počuli ste už o takej vede ako bionika?

Biológia je populárny poznatok, s ktorým sa oboznamujeme v škole. Z nejakého dôvodu mnohí veria, že bionika je jednou z podsekcií biológie. V skutočnosti toto tvrdenie nie je úplne presné. V užšom zmysle slova je bionika veda, ktorá študuje živé organizmy. Ale častejšie sme zvyknutí spájať s týmto učením niečo iné. Aplikovaná bionika je veda, ktorá spája biológiu a technológiu.

Predmet a objekt bionického výskumu

Čo študuje bionika? Na zodpovedanie tejto otázky je potrebné zvážiť štrukturálne členenie samotnej doktríny.

biologická bionika skúma prírodu takú, aká je, bez pokusu o zasahovanie. Predmetom jeho štúdia sú procesy prebiehajúce vo vnútri

Teoretická bionika sa zaoberá štúdiom tých princípov, ktoré boli zaznamenané v prírode a na ich základe vytvára teoretický model, ktorý sa ďalej aplikuje v technológiách.

Praktická (technická) bionika je aplikácia teoretických modelov v praxi. Takpovediac praktické uvedenie prírody do technického sveta.

Kde sa to všetko začalo?

Otec bioniky sa volá veľký Leonardo da Vinci. V záznamoch tohto génia možno nájsť prvé pokusy o technické stelesnenie prírodných mechanizmov. Da Vinciho kresby ilustrujú jeho túžbu vytvoriť lietadlo schopné pohybovať krídlami ako vták počas letu. Kedysi boli takéto nápady príliš odvážne na to, aby boli žiadané. Prinútili na seba upozorniť oveľa neskôr.

Prvý, kto uplatnil princípy bioniky v architektúre, bol Antoni Gaudí i Curnet. Jeho meno je pevne zapísané v histórii tejto vedy. Architektonické štruktúry navrhnuté veľkým Gaudím boli pôsobivé v čase ich výstavby a o mnoho rokov neskôr spôsobujú rovnakú radosť medzi modernými pozorovateľmi.

Ďalším, ktorý podporil myšlienku symbiózy prírody a technológie, bol Pod jeho vedením sa začalo rozšírené používanie bionických princípov pri navrhovaní budov.

K presadeniu bioniky ako samostatnej vedy došlo až v roku 1960 na vedeckom sympóziu v Daytone.

Rozvoj výpočtovej techniky a matematického modelovania umožňujú moderným architektom oveľa rýchlejšie a s väčšou presnosťou stelesňovať prírodné rady v architektúre a iných odvetviach.

Prirodzené prototypy technických vynálezov

najviac jednoduchý príklad prejavom vedy o bionike je vynález pántov. Známy držiak založený na princípe otáčania jednej časti konštrukcie okolo druhej. Tento princíp sa používa mušle, aby ste mohli ovládať jeho dve dvere a podľa potreby ich otvárať alebo zatvárať. Tichomorské obrie srdcovky dosahujú veľkosti 15-20 cm.Princíp pántu pri spájaní ich lastúr je jasne viditeľný voľným okom. Malí predstavitelia tohto druhu používajú rovnaký spôsob upevnenia ventilov.

V každodennom živote často používame rôzne pinzety. Ostrý a kliešťovitý zobák motýľa sa stáva prirodzeným analógom takéhoto zariadenia. Tieto vtáky používajú tenký zobák, zapichujú ho do mäkkej pôdy a vyťahujú malé chrobáky, červy atď.

Mnoho moderných spotrebičov a príslušenstva je vybavených prísavkami. Používajú sa napríklad na zlepšenie dizajnu nôh rôznych kuchynských spotrebičov, aby sa zabránilo ich skĺznutiu počas prevádzky. Taktiež špeciálne topánky pre čističe okien výškových budov sú vybavené prísavkami, ktoré zaisťujú ich bezpečnú fixáciu. Toto jednoduché zariadenie je tiež požičané z prírody. Rosnička, ktorá má na nohách prísavky, sa neobyčajne obratne drží na hladkých a klzkých listoch rastlín a chobotnica ich potrebuje na blízky kontakt so svojimi obeťami.

Takýchto príkladov sa dá nájsť veľa. Bionika je len veda, ktorá pomáha človeku požičiavať si technické riešenia z prírody pre svoje vynálezy.

Kto je prvý - príroda alebo ľudia?

Niekedy sa stáva, že tento alebo ten vynález ľudstva je už dlho „patentovaný“ prírodou. To znamená, že vynálezcovia, keď niečo vytvárajú, nekopírujú, ale sami vymýšľajú technológiu alebo princíp fungovania a neskôr sa ukáže, že to v prírode existuje už dlho a dalo by sa to jednoducho nakuknúť a osvojiť si to. .

Stalo sa tak s bežným suchým zipsom, ktorý človek používa na upevnenie oblečenia. Je dokázané, že na vzájomné spojenie tenkých fúzov sa používajú aj háčiky, podobné tým, ktoré nájdeme na suchý zips.

V štruktúre továrenských rúr existuje analógia s dutými stonkami obilnín. Pozdĺžna výstuž použitá v rúrach je podobná sklerenchýmovým pásom v stonke. Oceľové stužujúce krúžky - medzery. Tenká koža na vonkajšej strane stonky je analógom špirálovej výstuže v štruktúre rúr. Napriek kolosálnej podobnosti štruktúry vedci nezávisle vynašli práve takýto spôsob výstavby továrenských potrubí a až neskôr videli identitu takejto štruktúry s prírodnými prvkami.

Bionika a medicína

Využitie bioniky v medicíne umožňuje zachrániť životy mnohých pacientov. Neustále sa pracuje na vytvorení umelých orgánov schopných fungovať v symbióze s ľudským telom.

Prvý mal to šťastie otestovať Dána Dennisa Aaba. Stratil polovicu ruky, ale teraz má schopnosť vnímať predmety dotykom pomocou vynálezu lekárov. Jeho protéza je spojená s nervovými zakončeniami poškodenej končatiny. Umelé snímače prstov sú schopné zbierať informácie o dotyku predmetov a prenášať ich do mozgu. Dizajn v súčasnosti ešte nie je dokončený, je veľmi objemný, čo sťažuje jeho používanie v každodennom živote, ale aj teraz možno túto technológiu nazvať skutočným objavom.

Všetky výskumy v tomto smere sú úplne založené na kopírovaní prírodných procesov a mechanizmov a ich technickej realizácii. Toto je lekárska bionika. Recenzie vedcov hovoria, že čoskoro ich diela umožnia meniť opotrebované živé ľudské orgány a namiesto nich používať mechanické prototypy. Toto bude skutočne najväčší prielom v medicíne.

Bionika v architektúre

Architektonická a stavebná bionika je špeciálnym odvetvím bionickej vedy, ktorej úlohou je organické znovuzjednotenie architektúry a prírody. V poslednej dobe sa čoraz častejšie pri navrhovaní moderných štruktúr obracajú na bionické princípy požičané od živých organizmov.

Dnes sa architektonická bionika stala samostatným architektonickým štýlom. Zrodilo sa z jednoduchého kopírovania formulárov a teraz sa úlohou tejto vedy stalo osvojiť si princípy, organizačné prvky a technicky ich realizovať.

Niekedy sa tento architektonický štýl nazýva eko-štýl. Je to preto, že základné pravidlá bioniky sú:

• hľadať optimálne riešenia;
• princíp šetrenia materiálov;
• zásada maximálnej šetrnosti k životnému prostrediu;
• princíp úspory energie.

Ako vidíte, bionika v architektúre nie sú len pôsobivé formy, ale aj pokročilé technológie, ktoré vám umožňujú vytvoriť štruktúru, ktorá spĺňa moderné požiadavky.

Charakteristika architektonických bionických štruktúr

Na základe doterajších skúseností v architektúre a stavebníctve môžeme povedať, že všetky ľudské stavby sú krehké a majú krátku životnosť, ak nevyužívajú zákony prírody. Bionické budovy majú okrem úžasných tvarov a odvážnych architektonických riešení odolnosť, schopnosť odolávať nepriaznivým prírodným javom a kataklizmám.

V exteriéri budov postavených v tomto štýle vidno prvky reliéfov, tvarov a kontúr, umne skopírované dizajnérmi od živých, prírodných objektov a majstrovsky stelesnené architektmi a staviteľmi.

Ak sa vám zrazu pri uvažovaní nad architektonickým objektom zdá, že sa pozeráte na umelecké dielo, s vysokou pravdepodobnosťou máte budovu v bionickom štýle. Príklady takýchto štruktúr možno vidieť takmer vo všetkých hlavných mestách krajín a veľkých technologicky vyspelých mestách sveta.

Výstavba nového tisícročia

Ešte v 90. rokoch vytvoril španielsky tím architektov projekt budovy založený na úplne novom koncepte. Ide o 300-poschodovú budovu, ktorej výška presiahne 1200 m. Pohyb po tejto veži sa plánuje realizovať pomocou štyroch stoviek vertikálnych a horizontálnych výťahov, ktorých rýchlosť je 15 m/s. Krajinou, ktorá súhlasila so sponzorovaním tohto projektu, bola Čína. Na výstavbu bolo vybrané najhustejšie obývané mesto Šanghaj. Realizáciou projektu sa vyrieši demografický problém regiónu.

Veža bude mať plne bionickú štruktúru. Architekti veria, že len to môže zabezpečiť pevnosť a odolnosť konštrukcie. Prototypom stavby je cyprus. Architektonická kompozícia bude mať nielen valcového tvaru, podobne ako kmeň stromu, ale aj „korene“ – nový druh bionického základu.

Vonkajší plášť budovy je plastový a priedušný materiál, ktorý imituje kôru stromu. Klimatizačný systém tohto vertikálneho mesta bude analogický s funkciou regulácie tepla pokožky.

Podľa prognóz vedcov a architektov takáto stavba nezostane jedinou svojho druhu. Po úspešnej implementácii sa počet bionických štruktúr v architektúre planéty bude len zvyšovať.

Bionické budovy okolo nás

V akých slávnych výtvoroch bola použitá veda o bionike? Príklady takýchto štruktúr sa dajú ľahko nájsť. Vezmite si aspoň proces vytvárania Eiffelovej veže. Dlho sa hovorilo, že tento 300-metrový symbol Francúzska postavili podľa nákresov neznámeho arabského inžiniera. Neskôr bola odhalená jeho úplná analógia so štruktúrou ľudskej holennej kosti.

Okrem Eiffelovej veže existuje veľa príkladov bionických štruktúr po celom svete:

• vztýčený analogicky s lotosovým kvetom.
• Pekinská národná opera - imitácia kvapky vody.
• Plavecký komplex v Pekingu. Navonok sa opakuje kryštálovú štruktúru vodné mriežky. úžasný dizajnové rozhodnutie spája užitočnú schopnosť konštrukcie akumulovať slnečnú energiu a následne ju využívať na napájanie všetkých elektrospotrebičov prevádzkovaných v budove.
• Mrakodrap „Aqua“ vyzerá ako prúd padajúcej vody. Nachádza sa v Chicagu.
• Dom zakladateľa architektonickej bioniky Antonia Gaudího je jednou z prvých bionických stavieb. Dodnes si zachoval svoju estetická hodnota a zostáva jedným z najobľúbenejších turistických miest v Barcelone.

Vedomosti, ktoré potrebuje každý

Stručne povedané, môžeme bezpečne povedať: všetko, čo študuje bionika, je relevantné a potrebné pre rozvoj modernej spoločnosti. Každý by sa mal zoznámiť s vedeckými princípmi bioniky. Bez tejto vedy si nemožno predstaviť technologický pokrok v mnohých oblastiach ľudskej činnosti. Bionika je naša budúcnosť v úplnom súlade s prírodou.

Vytvorte model v bionika- to je polovica úspechu. Na vyriešenie konkrétneho praktického problému je potrebné nielen overiť dostupnosť vlastností modelu, ktoré sú pre prax zaujímavé, ale aj vyvinúť metódy na výpočet vopred určených technických charakteristík zariadenia a vyvinúť metódy syntézy, ktoré zabezpečia dosiahnutie ukazovatele požadované v úlohe.

A tak veľa bionický modely, predtým ako dostanú technické prevedenie, začnú svoj život na počítači. Vytvorí sa matematický popis modelu. Podľa nej sa zostavuje počítačový program - bionický model. Na takomto počítačovom modeli je možné v krátkom čase spracovať rôzne parametre a odstrániť konštrukčné chyby.

To je pravda, na základe softvéru modelovanie spravidla analyzovať dynamiku fungovania modelu; Čo sa týka špeciálnej technickej konštrukcie modelu, takéto práce sú nepochybne dôležité, no ich cieľové zaťaženie je iné. Hlavnou vecou v nich je nájsť najlepší základ, na ktorom je možné čo najefektívnejšie a najpresnejšie znovu vytvoriť potrebné vlastnosti modelu. Nahromadené v bionika praktická skúsenosť modelovanie mimoriadne zložité systémy má všeobecný vedecký význam. Obrovské množstvo jeho heuristických metód, ktoré sú v prácach tohto druhu bezpodmienečne nevyhnutné, sa už široko používa na riešenie dôležitých problémov v experimentálnej a technickej fyzike, ekonomických problémov, problémov pri návrhu viacstupňových rozvetvených komunikačných systémov a pod.

Dnes má bionika viacero smerov.

Architektonická a stavebná bionika študuje zákonitosti vzniku a tvorby štruktúry živých tkanív, analyzuje štrukturálne systémy živých organizmov na princípe úspory materiálu, energie a zabezpečenia spoľahlivosti. Neurobinika študuje fungovanie mozgu, skúma mechanizmy pamäti. Zmyslové orgány zvierat, vnútorné mechanizmy reakcie na životné prostredie ako u zvierat, tak aj u rastlín.

Živým príkladom architektonickej a stavebnej bioniky je úplná analógia štruktúry stoniek obilnín a moderných výškových budov. Stonky obilnín sú schopné vydržať veľké zaťaženie a zároveň sa nelámať pod váhou kvetenstva. Ak ich vietor ohne k zemi, rýchlo obnovia svoju vertikálnu polohu. v čom spočíva tajomstvo? Ukazuje sa, že ich štruktúra je podobná dizajnu moderných výškových továrenských potrubí - jeden z najnovších úspechov inžinierstva. Oba dizajny sú duté. Sklerenchýmové vlákna stonky rastliny zohrávajú úlohu pozdĺžnej výstuže. Internódia stoniek sú stužujúce krúžky. Pozdĺž stien stonky sú oválne vertikálne dutiny. Steny potrubia majú rovnaké konštrukčné riešenie. Úlohu špirálovej armatúry umiestnenej na vonkajšej strane potrubia v stonke obilnín zohráva tenká šupka. Inžinieri však prišli na svoje konštruktívne riešenie sami, bez „pozerania“ do prírody. Identita štruktúry bola odhalená neskôr.

Bionika v posledných rokoch potvrdila, že väčšina ľudských vynálezov je už „patentovaná“ prírodou. Takýto vynález dvadsiateho storočia, ako sú zipsy a suchý zips, bol vyrobený na základe štruktúry vtáčieho peria. Ostne z peria rôznych rádov, vybavené háčikmi, poskytujú spoľahlivé uchopenie.

Slávni španielski architekti M. R. Cervera a J. Ploz, aktívni prívrženci bioniky, začali v roku 1985 výskum „dynamických štruktúr“ av roku 1991 zorganizovali „Spoločnosť na podporu inovácií v architektúre“. Skupina pod ich vedením, v ktorej boli architekti, inžinieri, dizajnéri, biológovia a psychológovia, vypracovala projekt „Vertical Bionic Tower City“. O 15 rokov by sa v Šanghaji malo objaviť vežové mesto (podľa vedcov za 20 rokov môže populácia Šanghaja dosiahnuť 30 miliónov ľudí). Tower city je navrhnutý pre 100 tisíc ľudí, projekt je založený na "princípe stavby stromu."

Mestská veža bude mať tvar cyprusu vysokého 1128 m s obvodom v základni 133 x 100 m, v najširšom bode 166 x 133 m. Veža bude mať 300 poschodí a budú umiestnené v 12. vertikálne bloky 80 poschodí. Medzi štvrťami sú stropné potery, ktoré plnia úlohu nosnej konštrukcie pre každú úroveň. Vnútri štvrte - domy rôznych výšok s vertikálnymi záhradami. Tento starostlivo premyslený dizajn je podobný štruktúre konárov a celej koruny cyprusu. Veža bude stáť na pilótovom základe podľa princípu harmoniky, ktorá sa neprehlbuje, ale pri stúpaní sa rozvíja do všetkých strán – podobne ako sa vyvíja koreňový systém stromu. Vibrácie vetra v horných poschodiach sú minimalizované: vzduch ľahko prechádza konštrukciou veže. Na obloženie veže bude použitý špeciálny plastový materiál, ktorý imituje porézny povrch kože. Ak bude stavba úspešná, plánuje sa výstavba niekoľkých ďalších takýchto stavebných miest.

V architektonickej a stavebnej bionike sa veľká pozornosť venuje novým stavebným technológiám. Napríklad v oblasti vývoja efektívnych a bezodpadových stavebných technológií je perspektívnym smerom vytváranie vrstvených štruktúr. Myšlienka je vypožičaná z hlbokomorských mäkkýšov. Ich silné ulity, ako napríklad lastúrniky rozšírené, pozostávajú zo striedajúcich sa tvrdých a mäkkých plátov. Keď tvrdá platňa praskne, deformáciu absorbuje mäkká vrstva a prasklina už ďalej nejde. Táto technológia sa dá použiť aj na zakrytie áut.

Hlavnými oblasťami neurobiológie sú štúdium nervového systému ľudí a zvierat a modelovanie nervových buniek-neurónov a neurónových sietí. To umožňuje zlepšovať a rozvíjať elektronickú a výpočtovú techniku.

Nervový systém živých organizmov má oproti najmodernejším analógom vynájdeným človekom množstvo výhod:

Flexibilné vnímanie vonkajších informácií bez ohľadu na formu, v ktorej prichádzajú (rukopis, písmo, farba, zafarbenie atď.).

Vysoká spoľahlivosť: technické systémy sa pokazia, ak sa pokazí jedna alebo viac častí, a mozog zostane funkčný, aj keď odumrie niekoľko stoviek tisíc buniek.

Miniatúrne. Napríklad tranzistorové zariadenie s rovnakým počtom prvkov ako ľudský mozog by zaberalo objem asi 1000 m3, kým náš mozog zaberá objem 1,5 dm3.

Ekonomika spotreby energie - rozdiel je jednoducho zrejmý.

Vysoký stupeň sebaorganizácie - rýchle prispôsobenie sa novým situáciám, zmenám v programoch aktivít.

Eiffelova veža a holenná kosť

Pri príležitosti 100. výročia Francúzskej revolúcie sa v Paríži konala svetová výstava. Na území tejto výstavy sa plánovalo postaviť vežu, ktorá by symbolizovala veľkosť Francúzskej revolúcie a najnovšie výdobytky techniky. Do súťaže bolo prihlásených viac ako 700 projektov, za najlepší bol uznaný projekt mostného inžiniera Alexandra Gustava Eiffela. Koncom 19. storočia veža, pomenovaná po svojom tvorcovi, zasiahla celý svet prelamovaním a krásou. 300-metrová veža sa stala akýmsi symbolom Paríža. Povrávalo sa, že veža bola postavená podľa nákresov neznámeho arabského vedca. A až po viac ako pol storočí biológovia a inžinieri urobili neočakávaný objav: dizajn Eiffelovej veže presne opakuje štruktúru holennej kosti, ktorá ľahko odoláva hmotnosti ľudského tela. Dokonca aj uhly medzi dosadacími plochami sa zhodujú. Toto je ďalší ukážkový príklad bionika V akcii.

Text práce je umiestnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práca je dostupná v záložke "Súbory práce" vo formáte PDF

ÚVOD

BIONIKA - smer v biológii a kybernetike; študuje vlastnosti štruktúry a života organizmov s cieľom vytvoriť nové zariadenia, mechanizmy, systémy a zlepšiť existujúce.

Človek sa často učí od prírody, vytvára nástroje a zariadenia, ktoré príroda v priebehu rokov používala, pričom si zdokonaľuje svoje zručnosti v procese evolúcie. Často používame nástroje, ako sú kliešte, kladivá, hrebene, kefy a ďalšie, a nemyslíme na to, ako sa objavili. Pôvodne bola týmto tvorcom príroda. Práve ona má veľa nástrojov, len sú vyrobené ešte lepšie, lepšie a presnejšie ako nástroje techniky. Nie sú vyrobené z kovu, ale napríklad z chitínu, ako hmyz. Štúdium prírodných vied - Bionika - vyvstali otázky. Koľko ľudí vie o tejto vede? A aké prístroje a nástroje vytvorené prírodou doma používame? Dokáže sa človek zaobísť bez týchto nástrojov?

hypotéza: Predpokladali sme, že človek často používa vo svojom Každodenný život nástroje vytvorené prírodou a nezaobíde sa bez nich.

Cieľ: Štúdium nástrojov umiestnených v byte priemernej štatistickej rodiny.

Ciele výskumu:

1. Pozrite sa na rozmanitosť nástrojov v byte a preskúmajte, ako príroda pôvodne používala tento objekt.
2. Určte, na aké účely sa nástroje používajú a či je možné sa bez nich zaobísť.
3. Uskutočniť prieskum medzi študentmi o poznatkoch vedy - BIONIKA, predmetoch jej štúdia a aplikácii poznatkov v praxi.
4. Vytvorenie brožúry na oboznámenie študentov s vedou - BIONIKA.

Predmet štúdia:nástroje používané človekom.

Predmet štúdia: poznatky o prírode využívané človekom pri vytváraní nástrojov.

Výskumné metódy: sociologický prieskum, štúdium nástrojov používaných človekom, tvorba brožúry.

PREHĽAD LITERATÚRY

1.1 Veda - BIONIKA - vznikla v druhej polovici 20. storočia. Bionika – „BIOLÓGIA“ a „TECHNIKA“, čo znamená „učiť sa od prírody technológiu zajtrajška“, ktorá prinesie človeku a prírode väčší úžitok ako technológia, ktorá existuje dnes. (internetový zdroj)

Bionika má symbol: prekrížený skalpel, spájkovačku a integrálny znak.

BIONIKA je veda na hranici medzi biológiou a technológiou, ktorá rieši technické problémy založené na modelovaní štruktúry a života organizmu

S rozvojom letectva sa zdokonalili aj lietadlá. Flutter bol však dlho strašnou pohromou vysokorýchlostného letectva - vibrácie krídel, ktoré sa náhle objavili pri určitej rýchlosti, čo viedlo k tomu, že najodolnejšie konštrukcie lietadiel sa vo vzduchu rozpadli za pár sekúnd. Po mnohých nehodách sa dizajnéri naučili vysporiadať sa s touto katastrofou: krídla sa začali vyrábať so zhrubnutím na konci. A až potom našli presne tie isté chitínové zahustenia na koncoch krídel motýľov.

Pozorovaním kôrovcov a toho, ako sa chytajú pazúrmi, vedci prišli s praktickými lekárskymi svorkami, ktoré sa dodnes používajú.

Modelovanie tela medúzy, ktorá zachytáva infrazvuky, umožnilo vytvorenie technického zariadenia, ktoré mnoho hodín vopred varuje pred začiatkom búrky a udáva smer, odkiaľ príde.

Efektívny tvar žraloka a jeho vonkajšia štruktúra sa stal prototypom moderných ponoriek. Chobotnica, naberajúca vodu do seba, ju silou vytláča. Pomáha mu pohybovať sa vysoká rýchlosť. Tento princíp aplikoval človek na tvorbu prúdový motor [ 2 ].

Počas letu je netopier vedený odrazom zvukových vĺn, ktoré nepretržite vytvára. Lokalizačný aparát myší je presnejší ako umelo vyrobené rádiá a sonary.

Gustave Eiffel v roku 1889 postavil nákres Eiffelovej veže. Táto štruktúra sa považuje za jeden z prvých jasných príkladov využitia bioniky v inžinierstve. Hermann von Meyer skúmal kostnú štruktúru hlavice stehennej kosti v mieste, kde sa zakrivuje a uhluje do kĺbu.

2. EXPERIMENTÁLNA

Predmet štúdia:veda - BIONIKA.

2.1Uskutočnenie sociologického prieskumu

Na uskutočnenie školského sociologického prieskumu bolo zostavených 8 otázok s možnosťou výberu odpovedí (Príloha 1.).

Prieskum sa uskutočnil medzi žiakmi 5. až 9. ročníka. Spolu je to 126 respondentov. Tabuľka výsledkov prieskumu č. 1 (Príloha 2.)

Prvá otázka odhalila samotný pojem vedy – bionika. Podľa znenia otázky sa takmer všetci žiaci zorientovali správne, odpovedali na ňu - 95,5 %. Hoci mnohí tvrdili, že vôbec netušili, čo táto veda študuje. Odhalili sme koncept - BIONIKA a potom sme pokračovali v odpovediach na otázky. Najhoršie zo všetkých obstáli piataci – 63,8 % a najlepšie zo všetkých odpovedali žiaci 9. ročníka – 93 %. To hovorí o veľkej batožine vedomostí získaných počas 9 rokov školskej dochádzky. Ale podľa odpovedí (Príloha 2. Tabuľka č. 2) môžete sledovať a vidieť, že pre všetkých bola najľahšia otázka č. 5, takmer každý odpovedal správne. A tiež najťažšia otázka bola číslo 8. Iba 9 - ki, mnohí na ňu dokázali správne odpovedať, keďže študovali ľudskú anatómiu naplno.

2.2 Štúdium nástrojov používaných človekom.

2.2.1Nástroj: Kombinované kliešte(Príloha 3. Tabuľka č. 1)

prírodný objekt: Antlion roztoče- Mravčí lev sa živí larvami hmyzu. Rozbíja lieviky v piesku, ak mravec padne do tejto pasce, potom po ňom mravec lev hodí piesok, čím mu zabráni dostať sa späť. Pri tom používa svoje kliešte ako naberačku piesku. Keď vysáva obsah svojej koristi, vysunie prázdnu škrupinu z lievika. Roztoče Antlion môžu nasypať piesok, chytiť korisť a zahryznúť sa do nej; fungujú ako injekčná striekačka, malá odsávačka alebo vrhací nástroj. Predstavujú teda typ kombinovaných roztočov so šiestimi funkciami.[1]

Použitie nástroja: Najčastejšie sa pri práci používajú kliešte, ktoré môžu vykonávať štyri funkcie. Ich uchopovacie konce majú drážkované dosadacie plochy a môžu teda napríklad držať plech. V záreze týchto klieští sú zuby, ktoré umožňujú otáčanie rúrky. Zo strán sa ohyby nástroja pretínajú a to umožňuje rezanie drôtu. Môžu tiež zatĺcť klince.

Záver: Kombinované kliešte sa ľahko používajú, pretože nahrádzajú niekoľko nástrojov.

2.2.2 Nástroj:Pinzeta(Príloha 3. Tabuľka č. 2)

prírodný objekt: Bohoroš- veľký pieskomil z čeľade slukovitých s veľmi dlhým zobákom a dlhými nohami. Svojím dlhým 15 cm zobákom cítia zem a zapichujú ju do mäkkej pôdy. Zároveň sa špička zobáka vtáka otvára a zatvára v správnom čase. Preto je pre ňu ľahké chytiť malé červy a inú korisť.

Zobák je kombinovaný nástroj. Pred zachytením potravy je zobák stlačený a slúži ako zber a vyhľadávací nástroj. Až hlboko v zemi sa otvára ako dve krídelká pinzety, plniace v tomto prípade funkciu presne fungujúceho uchopovacieho mechanizmu.[ 1 ]

Použitie nástroja: Ostré konce pinzety ľahko prenikajú vrchná vrstva položky. Stláčaním oboch polovíc pinzety prstami zachytíte aj tie najmenšie predmety. Ak ich uvoľníte, pinzeta sa otvorí a predmet uvoľní.

Záver: Pinzety sú potrebné na prácu s malými predmetmi, pretože ľudské prsty s takýmito predmetmi nedokážu presne manipulovať.

2.2.3Nástroj:Jacknôž(Príloha 2. Tabuľka č. 3)

Prírodný objekt:Hnojníkžije v mäkká zem a hnoj. Pre svoj pokrok používa špeciálne lopatky, ktoré má na spodnej časti nohy. Keď ich chrobák nepotrebuje, môže vložiť nohu do drážky dolnej časti nohy a potom vložiť predkolenie do výklenku stehna. Vďaka tomu sú jeho nástroje umiestnené, čo šetrí priestor.[ 1 ]

Použitie nástroja:Jacknôž pozostáva z mnohých samostatných častí: veľké a malé čepele, nožnice, vývrtka, otvárač na fľaše, skrutkovač, špáradlo atď. všetky tieto prvky sú umiestnené na malom priestore. Takýto nôž sa dá vložiť do vrecka nohavíc bez toho, aby sa zranil. Človek si tak vyvinul celý priestor šetriaci systém, rovnako ako drobný chrobák so svojimi kopacími čepeľami.

Záver: Skladací nôž pojme niekoľko rôznych nástrojov, pričom je veľmi kompaktný a zaberá málo miesta.

2.2.4Nástroj:Vŕtačky(Príloha 3. Tabuľka č. 4)

Prírodný objekt:Oihličnatý horntail sa. Vajcoklad veľkej ihličnatej osy rohovitej sa pri príprave na kladenie vajíčok plazí pozdĺž vetvy až k samotnému kmeňu stromu,

otočí k nemu zadnú časť tela, uvoľní z neho vajcovod a pohodlne ho nastaví. Hmyz „vyvŕta“ najmenšie otvory do stromu do hĺbky asi dvoch centimetrov. Ak je strom ihličnatý, bude to trvať asi 20 minút. Keď je jamka hotová, osa umiestni vajíčka cez svoj dlhý dutý vajcovod ako vŕtačku.[1]

Použitie nástroja: Na vŕtanie otvorov pre hmoždinky, skrutky a skrutky sa používajú vrtáky, ktoré vzhľadom a princípom činnosti sú podobné vajcovodu veľkej ihličnatej osy. Na rozdiel od vajcovodu veľkého ihličnatého zoborožca, technické vŕtačky plnia iba jednu funkciu - môžu iba vŕtať.

Záver: Vŕtačka je nevyhnutná a veľmi praktická na vŕtanie otvorov do rôznych stavebné materiály(drevo, betón, kov).

2.2.5Nástroj:Zapínanie na suchý zips(Príloha 3. Tabuľka č. 5)

Prírodný objekt:Lopúch. Plody lopúcha ukazujú, aké potrebné, existujú háčiky. V plodoch lopúcha existuje mnoho spôsobov, ako semená rozptyľujú samotné rastliny. Jeho plody, ktoré majú cez 200 háčikov, sú pripevnené k zvieracej srsti. Zvieratá ich nosia so sebou a potom ich striasajú.[1]

Použitie nástroja: S ich pomocou môžete napríklad upevniť športovú obuv; v tomto prípade už šnúrky nie sú potrebné. Dĺžka sa dá navyše jednoducho upraviť – to je jedna z jej výhod.

Záver: Suchý zips je veľmi pohodlný. Šetrí čas na zapínanie obuvi a oblečenia atď. Dokonca aj batoľa môže obuť topánky bez pomoci dospelého.

2.2.6Nástroj:Technické prísavky(Príloha 3. Tabuľka č. 6)

Prírodný objekt:Chobotnica vynašiel dômyselný spôsob lovu svojej koristi: objíma ju tykadlami a saje na stovkách prísaviek, ktorých celé rady sú na tykadlách. Pomáhajú mu tiež pohybovať sa na klzkom povrchu bez skĺznutia dole.[1]

Použitie nástroja: Tam, kde sú hladké povrchy, sa často používajú prísavky. V každodennom živote sa používajú predovšetkým v kuchyni a kúpeľni. Keď je hák s prísavkou stlačený dlaždice kúpeľne, vzniká podtlakový priestor.

Záver: Technické prísavky sú veľmi praktické v každodennom živote, bez použitia klincov a lepidla môžu držať rôzne predmety (háčiky na uteráky, misky na mydlo, kúpeľňové predložky atď.).

2.2.7Nástroj:Batéria(Príloha 3. Tabuľka č. 7)

Prírodný objekt:elektrický úhor dokáže vyžarovať elektrické výboje až do 700 voltov, ktorými dokáže omráčiť alebo zabiť nepriateľov a svoju korisť. Elektrický orgán, ktorý vytvára napätie, tvoria špeciálne svaly. Napätie, podobne ako v batérii, je vytvárané prúdom iónov a vybíjané sériou šokov, ktoré rýchlo nasledujú jeden po druhom.[ 1 ]

Použitie nástroja Každá domácnosť má obrovské množstvo zariadení, ktoré fungujú na batérie (hodiny, baterky).

Záver: Batéria je nepostrádateľná pre mnoho elektrických zariadení domáce prístroje, aj keď je elektrina vypnutá - batéria nás zachráni!

2.2.8 Nástroj:injekčná ihla(Príloha 3. Tabuľka č. 8)

Prírodný objekt:Osa. Uštipnutie osou. Dĺžka bodnutia osy nepresahuje 3 mm a hrúbka je 0,001 mm. Ak je osa v nebezpečenstve, používa ju na ochranu. Žihadlo sa ľahko vstrebáva do ľudskej pokožky a mení sa na malú dýku. Zároveň ide o injekčnú striekačku.[ 1 ]

Použitie nástroja: Intravenózne a intramuskulárne injekcie.

Záver: Mnoho ľudí má injekčné striekačky pre núdzovú starostlivosť vo svojej lekárničke.

ZÁVER

V priebehu práce študenti absolvovali rozhovory o myšlienke vedy - Bionika. Ako sa ukázalo, mnohí túto vedu nepoznajú, no pri výbere odpovede si vedia predstaviť, čo robí.

Skúmali sa aj nástroje, ktoré sú v byte a slúžia na určený účel. Tieto nástroje a zariadenia vytvoril človek s využitím vedomostí o prírode.

Takže v srdci vynálezu kombinovaného kliešťa je princíp práce mravec lev roztoče. Tento nástroj je multifunkčný a je vhodný pri opravách bytu. Pinzeta opakuje zobák bohorovný veľmi praktické pri práci s drobnými predmetmi. Jacknôž napodobňuje nohu s lopatkami hnojník- kompaktný a multifunkčný. Nie je vymeniteľná na túre, výlete a pri skladovaní a prenášaní sú dodržané bezpečnostné opatrenia. Vŕtajte,Páči sa mi to jaľadovcapriihličnatá rosnička, potrebné a veľmi pohodlné na vŕtanie otvorov do rôznych stavebných materiálov (drevo, betón, kov) pri stavbe a opravách. Spony Suchý zips ako lepkavé ovocie lopúcha. Veľmi praktické na upevnenie tašiek, topánok a oblečenia. A hlavne šetria čas mamičkám malých detí, pretože so suchým zipsom na topánkach si bábätko poradí ľahšie ako so šnúrkami. V krásnej dlaždici je vždy škoda urobiť dieru vŕtačkou, cestu von technické prísavky. V kúpeľni sú nepostrádateľné, pretože pevne upevňujú háčiky, misky na mydlo, police bez lepidla a klincov, napr. prísavná chobotnica. Nie je možné si predstaviť žiadny byt, dom bez batérie, používajú sa v hodinkách, telefónoch, baterkách, no nikdy neviete kde! A princíp fungovania batérie opakuje elektrický orgán elektrický úhor. Mnoho ľudí má doma lekárničku injekčné striekačky pre núdzovú pomoc. Nie technika, ale príroda vytvára najúčinnejšie a najtenšie injekčné striekačky, as osie bodnutie. Bohužiaľ, technológia ešte nevytvorila ihly podobné bodnutiu, ktoré by sa neohýbali ani nelámali. Ak by bolo možné vytvoriť takéto injekčné striekačky, potom by sa napríklad očkovanie stalo takmer bezbolestným.

Štúdiom toho, ako človek uplatňuje svoje poznatky o prírode vytváraním nástrojov. A skúmanie nástrojov v byte, ako ich človek používa. Potvrdili sme našu hypotézu, človek vo svojom každodennom živote často používa nástroje vytvorené prírodou a bez nich sa nezaobíde.

Výsledkom práce bola brožúra, ktorú možno použiť na hodinách okolitého sveta. A dať študentom predstavu o vede - BIONIKA.

LITERATÚRA

1. Voroncova Z.S. Prírodný workshop. - M.: " umenie“, 1981 - 32 pohľadníc.

1. Nakhtigal V.N. Veľká séria vedomostí. BIONIKA. - M .: OOO "Svet kníh", 2003 - 128 s ..

Web stránka:

1. Slovníky a encyklopédie na ACADEMICShttps://dic.academic.ru/
2. http://www.microarticles.ru/

3.https://www.google.ru/search?q=symbol+bionika

Príloha 1.

Otázky sociologického prieskumu:

1. Ako sa volá veda, ktorej cieľom je využívať biologické poznatky na riešenie inžinierskych problémov a vývoj technológií?

a) dizajn; b) plánovanie; c) bionika +

1. Čo urobil zakladateľ aerodynamiky N.E. Žukovského? Na základe jeho výskumu sa objavilo letectvo.

a) fyzika; b) stavba lodí;

1. Pokročilejšie lietadlo v prírode má ...

a) hmyz +; b) plazy; c) listy stromov

1. Analogicky s princípom, ktorý je základom echolokácie u netopierov, ...

b) radary; c) iné vybavenie

1. Ktoré zvieratá sú elektricky aktívne?

a) ryba +; b) myši; c) krtkovia

1. Využitie bioniky v medicíne je...

a) vývoj liekov; b) výstavba zdravotníckych zariadení;

1. Akú štruktúru kopíruje moderna viacposchodové domy kde ziju ludia?

a) stonky obilnín +; b) bylinky; c) kríky

1. Aký princíp je základom konštrukcie Eiffelovej veže?

Dodatok 2

Výsledky sociologického prieskumu

stôl číslo 1

Porovnávacia tabuľka výsledkov sociologického prieskumu

stôl číslo 2

Príloha 3.