Леонардо і вінчі біоніка. Значення біоніки у житті. Приклади біоніки у архітектурі. Науковий та художній підхід

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

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

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

Біоніка у будівництві та промисловості

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Не можна сказати, коли саме народилася наука біоніка, адже людство завжди черпало натхнення в природі, відомо, наприклад, що ще близько 3 тисяч років тому було зроблено спроби копіювання створення шовку, як це роблять комахи. Звичайно, такі спроби розробками назвати ніяк не можна, тільки після того, як з'явилися сучасні технологіїлюдині представилася цілком реальна можливістьвиконувати копіювання природних ідей, відтворювати штучно кілька годин усе те, що народжується у природних умовах роками. Наприклад, вчені вміють вирощувати синтетичні камені, які за красою та чистотою не поступаються природним, зокрема як аналог алмазам.

Найвідоміше наочне втілення біоніки – Ейфелева вежа у Парижі. Ця споруда була заснована на вивченні стегнової кістки, яка, як з'ясувалося, складалася з дрібних кісточок. Саме вони допомагають ідеально розподілити вагу, тому стегнова головка може витримувати велике навантаження. Цей принцип використовувався при створенні Ейфелевої вежі.

Мабуть, найвідоміший «біоніки», який зробив величезний внесок у її розвиток - Леонардо да Вінчі. Наприклад, він спостерігав за польотом бабки, а потім намагався перенести її рухи під час створення літального апарату.

Значимість біоніки інших наукових сфер

Біоніку як науку приймають в повному обсязі, вважаючи її знанням, народженим з кінця кількох дисциплін, у своїй поняття самої біоніки широко, воно охоплює кілька наукових напрямів. Зокрема, це генна інженерія, дизайн, медична та біологічна електроніка.

Можна було б говорити про її виключно прикладний характер, але сучасне програмне забезпеченнядає можливість моделювати і втілювати у реальність всілякі природні рішення, тому вивчення і зіставлення природних явищ із людськими можливостями дедалі актуальніше. При створенні сучасних роботехніків інженери все частіше звертаються за допомогою до вчених-біоніків. Адже саме роботи дозволять надалі значно полегшити життя людини, а для цього вони повинні вміти правильно пересуватися, думати, прогнозувати, аналізувати та ін. , Але й дуже функціонально. У найближчому майбутньому цей робот може стати незамінним помічникомдля тих, хто не може пересуватися самостійно.

За допомогою біоніки вдасться надалі створювати колосальні технологічні розробки. Тепер людині знадобиться створення аналога природних явищ лише кілька років, тоді як сама природа витрачатиме цього тисячоліття.

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

Ви чули про таку науку, як біоніка?

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

Предмет та об'єкт біонічних досліджень

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

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

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

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

Звідки все починалося?

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

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

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

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

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

Природні прототипи технічних винаходів

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

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

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

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

Хто перший – природа чи люди?

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

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

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

Біоніка та медицина

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

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

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

Біоніка в архітектурі

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

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

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

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

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

Характеристики архітектурних біонічних будов

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

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

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

Конструкція нового тисячоліття

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

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

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

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

Біонічні будинки навколо нас

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

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

• зводилася за аналогією з квіткою лотоса.
• Пекінський національний оперний театр – імітація водяної краплі.
• Плавальний комплекс у Пекіні. Зовні повторює кристалічну структуруґрати води. Дивовижне дизайнерське рішенняпоєднує і корисну можливість конструкції акумулювати енергію сонця й надалі використовуватиме живлення всіх електроприладів, які працюють у будівлі.
• Хмарочос "Аква" зовні схожий на потік падаючої води. Знаходиться у Чикаго.
• Будинок засновника архітектурної біоніки Антоніо Гауді – це одна з перших біонічних споруд. До сьогодні він зберіг свою естетичну цінністьта залишається одним з найпопулярніших туристичних об'єктів у Барселоні.

Знання, необхідні кожному

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

Створення моделі в біоніці- Це половина справи. Для вирішення конкретної практичної задачі необхідна не тільки перевірка наявності властивостей моделі, що цікавлять практику, але і розробка методів розрахунку заздалегідь заданих технічних характеристик пристрою, розробка методів синтезу, що забезпечують досягнення необхідних у завданні показників.

І тому багато хто біонічнімоделі, як отримують технічне втілення, починають своє життя комп'ютері. Будується математичний опис моделі. По ній складається комп'ютерна програма - біонічна модель. На комп'ютерній моделі можна за короткий час обробити різні параметри і усунути конструктивні недоліки.

Саме так, на основі програмного моделювання, Як правило, проводять аналіз динаміки функціонування моделі; Що ж до спеціальної технічної побудови моделі, то такі роботи є, безсумнівно, важливими, але їх цільове навантаження інше. Головне в них – пошук кращої основи, на якій найефективніше і найточніше можна відтворити необхідні властивості моделі. Накопичений у біоніціпрактичний досвід моделюванняНадзвичайно складних систем має загальнонаукове значення. Величезна кількість її евристичних методів, абсолютно необхідних у роботах такого роду, вже зараз набула широкого поширення для вирішення важливих завдань експериментальної та технічної фізики, економічних завдань, завдань конструювання багатоступеневих розгалужених систем зв'язку тощо.

Сьогодні біоніка має кілька напрямків.

Архітектурно-будівельна біоніка вивчає закони формування та структуроутворення живих тканин, займається аналізом конструктивних систем живих організмів за принципом економії матеріалу, енергії та забезпечення надійності. Нейробіоніка вивчає роботу мозку, досліджує механізми пам'яті. Інтенсивно вивчаються органи чуття тварин, внутрішні механізми реакції на навколишнє середовищеі тварин, і рослин.

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

В останні роки біоніка підтверджує, що більшість людських винаходів вже запатентовано природою. Такий винахід ХХ століття, як застібки "блискавка" та "липучки", було зроблено на основі будови пера птаха. Борідки пера різних порядків, оснащені гачками, забезпечують надійне зчеплення.

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

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

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

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

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

Гнучке сприйняття зовнішньої інформації, незалежно від форми, де вона надходить (почерк, шрифт, колір, тембр тощо. буд.).

Висока надійність: технічні системи виходять з ладу при поломці однієї чи кількох деталей, а мозок зберігає працездатність при загибелі навіть кількох сотень тисяч клітин.

Мініатюрність. Наприклад, транзисторний пристрій з таким самим числом елементів, як головний мозок людини, займав би об'єм близько 1000 м3, тоді як наш мозок займає об'єм 1,5 дм 3 .

Економічність споживання енергії – різниця просто очевидна.

Високий ступінь самоорганізації - швидке пристосування до нових ситуацій, зміни програм діяльності.

Ейфелева вежа та гомілкова кістка

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

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

ВСТУП

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

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

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

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

Завдання дослідження:

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

Об'єкт дослідження:інструменти використовувані людиною.

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

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

ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Об'єкт дослідження: наука - БІОНІКА.

2.1 Проведення соціологічного опитування

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

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

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

2.2 Вивчення інструментів, що використовуються людиною.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Висновок:Батарейка незамінна для багатьох електричних побутових приладівнавіть якщо відключили електрику - нас врятує батарейка!

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

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

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

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

ВИСНОВОК

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

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

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

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

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

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

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

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

Інтернет сайт:

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

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

Додаток 1.

Питання соціологічного опитування:

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

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

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

а) фізику; б) кораблебудування;

1. Більш досконалим літальним апаратом у природі мають…

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

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

б) радари; в) інша техніка

1. Які тварини мають електричну активність?

а) риби +;б) миші; в) кроти

1. Застосування біоніки в медицині.

а) створення медикаментів; б) будівництво медичних установ;

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

а) стебел злаків +;б) трави; в) кущів

1. Який принцип стоїть в основі будови Ейфелевої вежі?

Додаток 2.

Результати соціологічного опитування

таблиця №1

Порівняльна таблиця результатів соціологічного опитування

таблиця №2

3 .