Пономаренко Анжелика Евгеньевна

Бионика-направление биологии и кибернетики

Материал опубликован 31 August 2021

Тема: Бионика-направление биологии и кибернетики.

Предмет: Биология

Глава: Бионика

Планируемые результаты урока:

осознание значимости знаний о единстве всеобщих принципов природы в человеческом обществе как отражении окружающего мира;

усвоение материала об одном из разделов междисциплинарной науки-бионики как части общей биологии

Оборудование: мультимедийный проектор, ноутбук или стационарный компьютер

Дидактические материалы: презентации, Видеофильм «Большой скачек. Бионика», Схема-конспект, графический диктант (раздаточный материал), ватман, маркеры.

Особенности занятия:

Предварительно ребятам даются темы для подготовки сообщений и предварительно просматриваются учителем до занятия с целью коррекции.

План занятия:

Организационный момент.

Постановка целей и задач учебного занятия

Домашнее задание

Изучение нового материала( доклады учащихся)

Закрепление

Подведение итогов работы

Первичный контроль

Ход занятия.

Приветствие. Проверка готовности к уроку. Мобилизация на работу ( активация).

Заканчивается курс биологии и за этот год мы с вами рассмотрели много разделов Начиная от Цитологии и заканчивая Экологий. Сегодня на уроке мы попробуем обобщить полученные знания и рассмотрим их применение на примере еще одной, сравнительно новой науки «бионики». А для начала давайте вспомним недавно рассмотренные и очень существенные для понимания окружающего мира понятия: Ноосфера, Техносфера.

А сейчас мне хотелось бы в качестве эпиграфа к занятию привести слова Леонардо да Винчи: природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь чему учиться.

Именно эти слова отражают наилучшим образом тенденции развития науки и техники будущего . Это синтез многомиллиардного опыта живого, шлифовавшегося естественным отбором и научно-технической мысли человека, идущего не вразрез, а параллельно, синхронно, соблюдая законы мироздания.

Когда-то мудрые сказали: Не нужно изобретать велосипед заново, лучше изобретите творчество.

И мне хотелось бы, всем будущим специалистам в науке и технологии пожелать придерживаться законов живой природы, найти способы сочетать и использовать опыт поколений живого на благо человечества.

Ну а сейчас, отвечая на вопрос многих зачем строителям, математикам и другим специалистам биология, мы с вами переходим к изучению темы «Бионика- направление биологии и кибернетики», и рассмотрим эту тему на основе учения Вернадского о биосфере.

В изучении этой темы нам будут помогать несколько ребят, они подготовили сообщения, с которыми познакомят нас. Вам предстоит по ходу их рассказа составить конспект, схема которого перед вами (приложение 1), от того насколько сознательно вы подойдете к выполнению данной работы, зависит успех вашего результата при проведении проверочной работы в конце занятия, по окончании докладов мы с вами посмотрим видеофильм «Бионика. Большой скачек», сразу прошу прощения за анонсные вставки в фильме, т.к. эта запись сделана с телетрансляции канала.

Вашим домашним заданием будет подготовка информационного листа на тему

« бионика, идеи для использования» требования по его оформлению вам знакомы, подойдите к этому заданию творчески, думаю, вас это заинтересует.

Прежде чем передать слово докладчикам, мне бы хотелось узнать что вам известно о бионике (сбор сведений о бионике на начальном этапе урока, запись основных высказываний на ватмане, без обсуждения).

А сейчас, посмотрев внимательно на то что у нас получилось, давайте попробуем задать вопросы к данной теме, что бы мы хотели уточнить, узнать, изучить. ( записать на доске вопросы кратко)

Вопросы заданы, попробуем сформулировать цель нашего занятия?

(Формулировка цели).

Хорошо, кое-что нам знакомо. А сейчас, для более точного понимания этого понятия я передаю слово докладчикам, а я напоминаю о заполнении схемы- конспекта( приложение 1), по мере изложения материала.

Доклады учащихся: ( приложение 2)

Основные понятия о биосфере, Кибернетике, ноосфере и техносфере (подготовка к восприятию темы).

Понятие бионики, как интегрированной науки.

Бионика в медицине.

Архитектурная бионика.

(Сообщения сопровождаются слайдами.) /20-25 минут.

4. Обобщение сведений о бионике. Сравнение с исходными сведениями по теме на ватмане. Выводы.

5 . Закрепить полученные сведения о бионике поможет просмотр видеофильма «Большой скачек. Бионика» ( в открытом доступе).

Обсуждение сведений полученных в течение урока и сравнение с начальными знаниями

(обращение к записям на ватмане). Выявление ключевых понятий.

Первичный контроль ( графический диктант. Приложение 3)

Правила выполнения:

На листках выдается задание. На отрезке представлены 8копросов по числу делений отрезка и в каждом варианте даются ответы. Если вы считаете что в варианте есть ответ на вопрос, вы на соответствующем делении отрезка наносите соответствующий ответу знак, при отсутствии ответа на вопрос вы ставите прочерк. Таким образом в итоге работы у вас на отезке будет 4 знака и 4 прочерка.

Например: _V/__-/_<_/_-_/_-_/_Ɀ_/_-_/_£__

1 2 3 4 5 6 7 8

Не оставляйте пустые деления отрезка, иначе это зачтется как ошибка.

Приложение 2

Примерное содержание докладов

( материал взят из интернет- ресурсов:

https://www.sciencenow.ru/nauka-i-proizvodstvo/bionika-v-mediczine/

https://vuzlit.ru/717185/ponyatie_bioniki

https://www.myunivercity.ru/Архитектура/Бионика_в_архитектуре_от/61217_1366923_страница1.html

Основные понятия о биосфере, ноосфере и техносфере

Понятия об экосфере, техносфере, ноосфере Экосфера (греч. oikos место обитания + sphaira шар) - понятие, аналогичное биосфере - комплекс всех экосистем, существующих на Земле. Термин «биосфера» употребляется только для обозначения зоны, где возможна жизнь, а экосфера подразумевает взаимодействие живых организмов с окружающей средой. Наряду с понятием "экосфера" существует еще несколько подобных понятий, употребляемых в литературе. Как правило, они плохо определены, и границы между ними нечетки. Это такие понятия как окружающая среда, природная среда, географическая оболочка, биосфера и др. Поскольку экосфера это общемировая область интеграции природы и общества, она отличается от понятия "географическая оболочка", в котором на первое место ставится взаимосвязь и взаимодействие различных природных сфер, или геосфер (атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы). Выражение "окружающая среда" употребляется чаще всех других подобных понятий. Оно возникло в русском языке для обозначения понятий, отражающих новые для науки междисциплинарные области знания, касающиеся взаимоотношений человека с окружающей его средой. Ему соответствуют: "environment" по-английски и по-французски, "umweit" по-немецки, "medio ambiente" по-испански, "ambiente" по-итальянски. Часто возникает необходимость образовать прилагательное от словосочетания "окружающая среда". В русском языке термину "окружающая среда" и термину "экология" соответствует прилагательное "экологический". Это создает определенную путаницу в понятиях. В английском языке ситуация проще: слову "environment" соответствует прилагательное "environmental", отличающееся по смыслу от слова "ecological", происходящего от "ecology". Как и экосфера, термин "окружающая среда" подчеркивает взаимоотношения общества с окружающей его природой. Если представить окружающую среду в виде двух основных компонентов, естественного и общественного, то термин "природная среда" относится к первому. Иногда экосферу Земли представляют в виде трех основных компонентов: геосферы, техносферы и социосферы, отражающих, соответственно, природную, техногенную и общественную части единой системы Земля. Такое деление представляется несколько искусственным, механистичным. В литературе часто используется понятие "биосфера" в приложении ко всей совокупности природных явлений и процессов, взаимодействующих с обществом. Термин "биосфера" ближе всего соответствует понятию "природная среда". Он получил широкое распространение благодаря В.И.Вернадскому, который, используя его, справедливо подчеркивал таким образом исключительную роль живого вещества в формировании и функционировании Земли как системы. Однако роль человека в этом термине в явном виде не определена. Кроме того, понятие "биосфера" часто обозначает также сферу живого вещества как одну из геосфер Земли, наряду с литосферой, атмосферой и гидросферой. Техносфера — объект планетарной экологии, состоящий из элементов биосферы, гидросферы и т. д. (экосферы), которые претерпели антропогенные изменения либо созданы в результате сознательной деятельности человека. Рисунок 10.1. Система "человек - среда обитания" Техносфера пришла на смену биосфере и в результате на планете осталось мало территорий с ненарушенными экосистемами. В наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах — Европе, Северной Америке, Японии. Естественные экосистемы сохранились здесь на небольших площадях, которые окружены со всех сторон территориями, нарушенными деятельностью человека. Поэтому сохранившиеся относительно небольшие пятна биосферы подвержены сильному техносферному давлению. Развитие техносферы в ХХ в. имело исключительно высокие темпы по сравнению с предыдущими столетиями. Это привело к двум диаметрально противоположным последствиям. С одной стороны, были достигнуты выдающиеся результаты в науке и различных отраслях промышленности, что оказало позитивное влияние на все сферы жизнедеятельности. С другой — были созданы невиданные ранее потенциальные и реальные угрозы человеку, сформированным им объектам и среде обитания. Создавая техносферу, человек стремился к повышению комфортности среды обитания, обеспечению защиты от естественных негативных воздействий. Все это благоприятно отразилось на условиях жизни и в совокупности с другими факторами сказалось на качестве и продолжительности жизни. Однако, созданная руками человека техносфера не оправдала во многом надежды людей. К новым, техносферным относятся условия обитания человека в городах и промышленных центрах, производственные и бытовые условия жизнедеятельности. Практически все урбанизированное население проживает в техносфере, где условия обитания существенно отличаются от биосферных, прежде всего повышенным влиянием на человека техногенных негативных факторов. Соответственно изменяется соотношение между природными и техногенными опасностями, доля техногенных опасностей возрастает. Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития. Термин и понятие «ноосфера» были введены в науку французскими учеными — математиком Э. Леруа, философом П. Тейяром де Шарденом и В.И. Вернадским. Отправной точкой своих исследований и Вернадский, и Тейяр де Шарден считали так называемую цефализацию - процесс увеличения массы головного мозга и, как следствие, эволюционно ускоренное развитие нервной системы человека. Происходит скачок — от инстинкта к мысли, следовательно, эволюция биосферы идет в направлении развития сознания, т.е. формирования ноосферы. Отсюда вывод: нематериальная мысль человека становится геологическим фактором, материально преобразующим планету. Употребляя термин «ноосфера», экологи имеют в виду прежде всего тот комплекс проблем, решение которых необходимо для направленного развития биосферы. Говоря об «эпохе ноосферы», мы подчеркиваем еще одну важную сторону учения Вернадского. Оно утверждает необходимость не только целенаправленного развития биосферы, подчиненного обеспечению дальнейшего развития цивилизации, но и такого изменения общества, его природы и организации, которые были бы способны создать нужную гармонию в развитии природы и общества. Ноосфера — это уникальное единство человечества, производства и природы, которое должно преобразовываться и управляться высшим человеческим разумом. Именно последний гарантирует всестороннее прогрессивное развитие человечества на основе новых социальных законов и глубокого знания естественноисторических закономерностей.

Понятие бионики, как интегрированной науки.

Бионика (от греч. biфn - элемент жизни, буквально - живущий) - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.

В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от лат. bios - жизнь, и mimesis - подражание) в значении - подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная "липучка", прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля.

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.

Тысячелетиями люди жили среди живой природы, миллионов оттенков цветов, несчетного многообразия форм, но в последнее время человек, почти насильственно погруженный в жесткую урбанистическую среду, научился восхищаться эстетикой металла и асфальта, синтетическими ароматами города, сизым смогом, оттеняющим яркие лучи предзакатного солнца. Эти и другие явления стали источником вдохновения фотографов, художников и модельеров, а также дизайнеров, благодаря которым хай-тек несколько лет оставался на пике интерьерной моды. Тем не менее, мы страдаем, порой неосознанно, от недостатка чистых сочных красок и причудливых форм живых растений. Частично восполнить хотя бы у себя дома нехватку природной красоты помогают элементы интерьера в стиле бионика. [4]

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т.п.

В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.

Бионика - это наука, изучающая принципы организации и функционирования биологических систем на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях.

Бионика - наука междисциплинарная, "наука-перекресток", в ней отражаются особенности научно-технической революции в форме интеграции различных по своему назначению и методам наук.

Бионика синтезирует знания в биологии и кибернетике, физике и радиотехнике, математике и электронике, ботанике и архитектуре, биохимии и механике, психологии и биофизике и т.д.

Бионика соединяет разнородные знания в соответствии с законами единства живой природы.

Бионический подход, положенный в основу создания концепт-проекта "Апельсин", перекликается с идеями, выдвинутыми в свое время основоположниками "Русского Авангарда". В XX веке "бионические идеи" получили развитие в авангардных проектах многих деятелей различных видов искусства. В 1916 году классик "Русского Авангарда" Казимир Малевич отметил: "Предметы исчезли, как дым; во имя новой художественной культуры искусство стремится и к автономии творения - к приоритету форм природы". А в 1920-е годы Лазарь Хидекель, ученик Шагала и Малевича, автор первого в российской истории архитектурно-экологического манифеста "АЭРО", написал: "Зарождается новая, более высокая цивилизация, где будущая архитектура должна основываться на своих законах, не разрушающих естественную среду, а вступающих в благотворное пространственное взаимодействие с окружающей природой".

Так, например, гибкость, присущую человеческому телу, стали использовать не только художники и архитекторы, но и авангардисты сценического искусства, выстраивая из актеров живые декорации к своим спектаклям. Обращение к природным истокам нашло яркое выражение в актерской школе знаменитого режиссера Всеволода Мейерхольда. Его актеры проходили специальное обучение в экспериментальной мастерской, где основным предметом была биомеханика. Мейерхольд стремился придать зрелищу геометрическую точность формы, акробатическую легкость и ловкость, спортивную выправку. Эти же биомеханические принципы искусства он продолжал развивать в своем журнале "Любовь к трем апельсинам", где в ряде статей много внимания уделялось идее воспитания актера, уверенно владеющего своим телом, голосом, способного в нужном темпе и ритме выполнить любое задание режиссера.

В то же время бионические идеи начинают воплощаться и в балетных постановках. Импрессионистически размытые танцы, выражающие чувства цветка и строящиеся на подражании пластике цветущего вьющегося растения, стали настоящей сенсацией на Западе благодаря имени Сержа Дягилева - организатора ежегодных гастролей русских артистов в Париже, получивших название "Русские сезоны". Балеты "Нарцисс" и "Призрак розы" третьих "Русских сезонов" потрясали воображение зрителей натуральностью жеста и незаурядной пластикой. Бионические идеи, воплотившиеся в этих постановках, позволили Дягилеву утвердиться в жизнеспособности своего детища и снискали большую популярность на Западе. Ясность замысла и воплощения, броскость и предельный лаконизм образов, характерные для бионических концепций, стали важной составляющей творчества пионера советского фотоавангарда Александра Родченко, также создававшего эскизы для многих театральных постановок театра Мейерхольда. Но, безусловно, свое самое яркое воплощение бионические идеи нашли все-таки в архитектуре. Великий современник основоположников "Русского Авангарда" философ Рудольф Штайнер говорил: "Духовный аспект создания бионических форм связан с попыткой осознать предназначение человека. В соответствии с этим архитектура трактуется как "место", где раскрывается смысл человеческого бытия". И если следовать логике классиков, то выходит, что только здание, созданное в соответствии с принципами архитектурной бионики - будь это фостеровский "Апельсин" или же любой другой современный эко-комплекс, - способно стать наиболее органичным "домом" для произведений искусства, наполняющих человеческое бытие особым художественным смыслом.

Бионика в медицине.

Развитие бионики в медицине

В то время в мире не было технологии, позволяющей полностью заменить травмированные конечности и глаза, и 6 миллионов долларов (тогда и сейчас) вряд ли достаточно, чтобы создать образец с бионическими улучшениями, позволяющий ему разгоняться до 60 миль в час со сверхчеловеческой силой. Тем не менее, сегодня происходят быстрые улучшения в сфере использования машин и технологий, чтобы помочь пациентам оправиться от тяжелой травмы и болезней, и скоро на горизонте появятся новые революционные инновации.

Передовые компании и медицинское сообщество играют ведущую роль в развивающихся технологических секторах, которые внесут серьезные изменения в то, как мы лечим и исцеляем больных и раненых. Эти инновационные открытия не зарезервированы для секретных агентов за шесть миллионов долларов. Невероятные исследования и инновации в реальном мире объединяют людей и технологии для преодоления болезней и ограничений, как никогда раньше.

Примеры бионики в медицине

Ян Шойерманн живет на границе технологических и медицинских инноваций. Более десяти лет назад у Шойерманна была диагностирована дегенеративная нервно-мышечная болезнь, из-за которой он был парализован ниже шеи. Не в силах пошевелить конечностями, он недавно поднес плитку шоколада к губам, просто подумав об этом. Команда исследователей, врачей и ученых из Университета Питтсбурга имплантировала 200 электродов в левую кору головного мозга Шейерманна, что позволило технологии интерфейса мозг-машина расшифровать двигательные сигналы его мозга и направить их на роботизированный протез. Эта новаторская способность была соединена с таким же революционным протезом.

С 2009 года программа Revolutionizing Prosthetics Агентства перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA) занимается разработкой передовых протезов верхних конечностей, в первую очередь для ветеранов, которые потеряли двигательную функцию во время военной службы. Результат – самый продвинутый протез в мире. Он весит столько же и обладает почти такой же ловкостью, как человеческая рука, и, как естественная конечность, управляется сигналами от мозга. После небольшой практики Шойерманн смог управлять протезом так же, как он двигал бы своими собственными конечностями.

Для мобильных пациентов с ампутациями рук ученые также смогли прикрепить усовершенствованный протез непосредственно к нервам, эффективно предоставив им замену конечности. Уже сейчас исследователи находят способы использования протезных датчиков для отправки нервных импульсов обратно в мозг, позволяя пользователю чувствовать то, к чему он прикасается, а также движение объекта и даже его температуру.

Другие технологические достижения используют немедицинские, повседневные устройства, чтобы помочь в восстановлении поврежденных функций. I-Limb Ultra Revolution от разработчика протезов Touch Bionics – это универсальная роботизированная рука с четырьмя пальцами и полностью вращающимся большим пальцем, которая может выполнять различные захваты и жесты. Благодаря последнему нововведению пользователи могут управлять рукой с помощью приложения для iPhone, которое настраивает протез на один из 24 рисунков сцепления.

Имплантаты, возвращающие утраченную функцию

Не менее потрясающие достижения существуют в восстановлении зрения у людей с поврежденной сетчаткой. Используя электроды, подключенные к глазным нервам, ученые смогли симулировать зрение для некоторых пациентов. Одна система использует камеру, установленную на очках, для передачи информации на имплантаты, которые стимулируют нервы глаза, давая пользователю приблизительные значения букв. Короче говоря, слепой может читать без пальцев. Другая система использует светочувствительный имплантат сетчатки для создания линий и цветов, которые представляют объекты и движение. Хотя эти технологии не позволяют пациентам видеть таким же образом, как со здоровыми глазами, они используют взаимодействие человека с машиной, чтобы помочь пациентам восстановить то, что они потеряли.

В еще более революционных исследованиях ученые уже экспериментируют с мозговыми имплантатами, которые дополняют потерянную функцию памяти. Исследователи из баптистского медицинского центра Уэйк Форест в Северной Каролине и из университета Кентукки вживили электроды в префронтальную кору обезьян, помогая животным формировать кратковременные воспоминания. В Университете Южной Калифорнии исследовательская группа внедрила устройство в крыс, которое имитирует нейронные сигналы, чтобы восстановить потерянные воспоминания о неисправном гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании воспоминаний. Хотя разница между мозгом крысы и человека огромна, при дальнейшем развитии эта технология может помочь пациентам, живущим с болезнью Альцгеймера и другими заболеваниями, повреждающими память.

Прогресс также достигается на микроскопическом уровне, дополняя способность организма бороться с раком. Исследователи из Института Wyss Гарвардской медицинской школы создают нано-роботов, которые ищут и убивают раковые клетки. Термин «робот» несколько неправильный, поскольку инновации не столько механические, сколько биологические.

Подражая лейкоцитам, нано-роботы сделаны из ДНК в форме раковины моллюска, закрытой замком ДНК. Когда нано-робот сталкивается с раковой клеткой, замок открывается, высвобождая антитело, которое убивает целевую клетку. Та же самая концепция могла бы использоваться для борьбы с другими болезнями, и хотя эти микроскопические роботы еще не готовы к подключению к кровотоку человека, клинические испытания уже на горизонте.

Успех бионики в медицине

Эти чудеса медицинских инноваций меняют то, как люди преодолевают болезни и травмы, но прогресс сопряжен с определенным риском. Исследователь из Университета Рединга получил маленький имплантат в руке, который может открывать двери и активирует его смартфон. Цель ученого, однако, состояла в том, чтобы показать, что высокотехнологичные имплантаты могут быть уязвимы для компьютерных вирусов. Он намеренно «заразил» имплантат своей руки вирусом, который затем был передан во внешние компьютерные системы. Целью его эксперимента было показать потенциальный риск для все более сложных имплантатов. Вирусы могут нарушить биотехнологию или другие виды программного обеспечения. Более того, хотя в мире существует всего пара человек, способных создавать нано-роботов, потенциал искусственного нано-вируса пугающий.

Частный сектор, медицинское исследовательское сообщество и правительственные инициативы создают продукты и решения, которые будут определять здравоохранение в ближайшие десятилетия, если не столетия. То, что раньше считалось фатастикой – объединение людей и технологий – уже происходит, улучшая жизнь и принося новую эру инноваций, меняющих мир. На этом пути возникнет много вопросов и проблем, но одно можно сказать наверняка – наша жизнь действительно изменится по мере развития бионики в медицине.

Бионика в архитектуре – от «принципа машин к принципу жизни»

Во все времена архитекторы продолжают поиск новых, более совершенных, архитектурных решений и форм. Процесс поиска никогда не прекращается: готика, ренессанс, барокко, романтизм, модерн, классицизм, неоклассицизм… Возникают новые стили, получают воплощение новые идеи и все начинается сначала: новый поиск, новое воплощение. Иногда этот поиск приводит к возникновению каких-то совершенно неестественных, невообразимых и гротескных форм, а иногда возвращает к тому, что давно уже изобретено, но отодвинуто в сторону по той или иной причине. Так, архитектурная бионика, устанавливая новые тенденции в архитектуре, возвращает нас к уже веками существующим формам и принципам, совершенство которых не смогло превзойти не одно техническое изобретение человека.

Рассматривая возможности воплощения сложнейших инженерных идей, человек не мог не обратить свое внимание на результат деятельности гениальнейшего архитектора вселенной – природу. За миллионы лет она создала такие совершенные формы и структуры, которые идеально организованы, гармонично взаимодействуют между собой и находятся в равновесии с окружающей средой. Возможность использования опыта живой природы в строительстве современных архитектурных сооружений и стала предметом изучения этого архитектурного направления.

Бионика (от греческого bion – элемент жизни, буквально – живущий) изучает секреты устройства живых организмов и использует их для решения инженерно-технических задач. Официально рождение бионики как новой науки закрепилось в США в 1960 году на первом Международном симпозиуме «Живые прототипы искусственных систем - ключ к новой технике». Однако нельзя утверждать, что до официального признания научным миром бионика не существовала. Напротив, ее развитие доказало, что принципы живой природы в строительстве и технике ранее уже применялись, хотя и, в большинстве случаев, неосознанно.

Например, не так давно, во второй половине XX века, инженеры совершенно неожиданно открыли, что прочность Эйфелевой башни связана с тем, что ее конструкция в точности повторяет строение большой берцовой кости человека (совпадают даже углы между несущими поверхностями). Еще один пример: структура современных высотных сооружений (Останкинская башня, фабричные трубы и др.) полностью аналогична структуре стеблей злаков, которые способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия.

Шагнув еще дальше в прошлое, мы выясним, что идеи использования опыта природы уже в 15 веке вдохновляли гениальнейшего изобретателя - Леонардо да Винчи. При создании своего летательного аппарата – орнитоптера – он пытался воссоздать строение птичьего крыла и механизма, приводящего его в движение. А три тысячи лет назад китайцы пытались перенять у шелкопряда секрет изготовления шелка.

Если подробнее рассмотреть основные направления архитектурной бионики, то аналогов в прошлом находится все больше и больше.

Кроме зданий, в конструкции которых используются принципы и структуры живой природы, к бионическом сооружениям относят и те, которые копируют не биологические структуры, а формы. Например, «Дом Дельфин» в Санкт-Петербурге, небоскреб в форме огурца в Лондоне. В начале 1920-х годов при строительстве своего антропософского центра – Гетеанума природные формы использовал Рудольф Штайнер. А первым, кто начал воспроизводить формы природы в архитектуре, считается испанский архитектор Антонио Гауди. Пожалуй, самые яркие его творения в бионическом стиле - Дом Висенса и Дом Мила в Барселоне (1883-1888), Эль Каприччо в городке Комильяс, недалеко от Сантандера (1883-1885).

К бионической архитектуре относят также здания и архитектурные комплексы, которые органично вписываются в природный ландшафт, являясь как бы его продолжением. Пожалуй, к одним из самых ярких примеров такой архитектуры можно отнести творения современного швейцарского архитектора Петера Цумтора. Наравне с современными строительными материалами, он использует уже существующие природные элементы – горы, холмы, газоны, деревья, практически не видоизменяя их. Его сооружения словно растут из земли, а, порой, настолько сливаются с окружающей природой, что их не сразу можно обнаружить, как, например, Термы в Швейцарии, которые со стороны кажутся просто зеленой площадкой.

Еще раньше, в 1900 – 1914 гг., Антонио Гауди построил в Барселоне уникальный архитектурный комплекс – парк Гуэль, многие строения которого не только имитируют разнообразные природные формы – от морских змеев до птичьих гнезд и стволов деревьев, но и буквально врастают в природный ландшафт – холмы и террасы. До сих пор парк именуют не иначе как «природа, застывшая в камне».

Если обратиться к глубинам истории, то становится еще интереснее. Например, не кажется ли вам, что древние пирамиды тоже можно отнести к бионической архитектуре? Созданные из камня монументальные египетские сооружения будто вырастают из бескрайних песков Ливийской пустыни, а пирамиды Теотиуакана в Мексике похожи на высящиеся над землей горы. Кроме того, в строительстве пирамид использован принцип, на котором основано все множество объектов органической природы, - принцип «золотого сечения».

Еще одна концепция бионической архитектуры – создание эко-домов, которые строятся из природных материалов, органично вписываются в природный ландшафт и являются автономными самообеспечивающимися системами. С этой точки зрения, к бионической архитектуре можно отнести все еще привычные нам деревенские дома, являющиеся частью вполне автономной системы отдельных сельских хозяйств. В более глобальном смысле сюда «вписываются» все постройки, которые возводились человеком еще до начала повального технического бума. Возможно, строились они из натуральных материалов (дерева, глины) исключительно потому, что ничего другого попросту и не было – применение железобетона в строительстве, например, насчитывает не более 160 лет - но сути это не меняет. Все они являются своего рода эко-домами с той лишь разницей, что современная концепция эко-дома шагнула дальше: сегодня при проектировании экологичного жилья большое внимание уделяется разработке систем, которые позволяли бы использовать энергоресурсы природы для обеспечения его обитателя современными благами цивилизации – светом, теплом, горячей водой.

Впрочем, ряд специалистов считает архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы. Такие, как уже упомянутая выше Эйфелева башня или «дом-наутилус», построенный в 2006 году по проекту мексиканского архитектора Хавьера Сеносьяна: черты наутилуса повторяются не только во внешней форме дома, но и в его спиралеобразном внутреннем устройстве.

Так или иначе, все направления архитектурной бионики заслуживают внимания. Еще более интересным и целесообразным кажется синтез этих направлений. Многие архитекторы в настоящее время активно работают над проектами, которые объединяют все бионические принципы – и воспроизведение структур и систем живой природы, и подражание ее формам, и экологичность.

Сейчас, например, ученые занимаются глубоким изучением механизма фотосинтеза. С их точки зрения, этот процесс, наряду со многими другими функциями зеленого листа, может быть использован для создания так называемых «дышащих» стен, кровли-мембраны или нового поколения экологически чистых строительных материалов.

Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Можно сказать, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.

Технократическое развитие последних десятилетий почти полностью подчинило себе образ жизни человека. Это привело к тому, что постепенно, шаг за шагом, человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, экологическая совместимость которой с жизнью живого организма неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится глубинная тоска человека по естественной природной гармонии. Тем более ярко проявляется желание переломить ситуацию, найти ту золотую середину, которая восстановила бы равновесие между техническим прогрессом и человеком как явлением природы. Одним из таких способов восстановления равновесия, возврата к природе и стала архитектурная бионика.

Еще полвека назад известный японский архитектор Кисе Курокава, который также использовал идеи бионики в своих проектах, говорил о переходе от «принципа машин к принципу жизни» и о том, что способность человека существовать в симбиозе с другими жизненными формами и системами планеты является определяющей для выживания его как биологического вида.

Уже сейчас в городах мира появляется все больше «биморфных» зданий, поражающих своей красотой и гармоничностью, все чаще в конструкциях жилых домов и общественных зданий используются солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. Возможно, когда-нибудь наши дома будут похожи на птиц, деревья или цветы, сливающиеся с окружающими пейзажами, а технические решения позволят нам дышать чистым воздухом и жить в естественной природной среде, не причиняя ей вреда.

Приложение 1

Тема: БИОНИКА-направление биологии и кибернетики

«Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь чему учиться»

Леонардо да Винчи

БИОНИКА = БИОлогия +техНИКА

Бионика – наука … Кибернетика-наука …

Задачи бионики: Направления бионики:

Виды бионики:

Приложение 3

Графический диктант

1 вариант

Нейробионика ∏

Кибернетика Ѵ

Теоретическая N

Биосфера ∩

___/___/___/___/___/___/___/___

1 2 3 4 5 6 7 8

Геологическая оболочка, населенная живыми организмами.

Бионика, изучающая процессы, происходящие в живых системах.

Бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика, строящая математические модели этих процессов.

Наука, рассматривающая общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах.

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

«Сфера разума»

Научное направление, изучающее возможность использования принципов строения и функционирования живых объектов в строительстве.

Графический диктант

2 вариант

Архитектурно- строительная Ω

Техническая M

Биологическая U

Ноосфера ∆

___/___/___/___/___/___/___/___

1 2 3 4 5 6 7 8

Геологическая оболочка, населенная живыми организмами.

Бионика, изучающая процессы, происходящие в живых системах.

Бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика, строящая математические модели этих процессов.

Наука, рассматривающая общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах.

«Сфера разума»