Проект «Бионика. Природа знает лучше»
Проект по биологии «Бионика. Природа знает лучше»
Содержание
Введение
1. Теоретическая часть
1.1. Что такое бионика?
1.2. История развития бионики
1.3. Умная природа
1.4. Бионический подход
1.5. Разделы бионики
1.6. Что изучает бионика
1.7. Направления бионики
2. Исследовательская часть
2.1. Патенты животного мира
Заключение
Литература
Бионика. Природа знает лучше.
Введение
С незапамятных времён мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сможет ли он, например, летать, как птица, или плавать под водой, как рыба?
В прошлом отношение человека к природе было потребительским, техника эксплуатировала и разрушала природные ресурсы. Но постепенно люди начали бережнее относиться к природе, пытаясь присмотреться к её методам, с тем, чтобы разумно использовать их в технике. Эти методы могут служить образцом для развития промышленных средств, безопасных для окружающей среды. Сначала человек мог только мечтать об этом, но вскоре изобретатели начали применять особенности организации живых организмов в своих конструкциях.
Человек окружил себя множеством машин. Люди живут в море электронных приборов и больших скоростей. Но человек снова и снова обращается за знаниями к Природе. Люди подмечают много преимуществ в творениях природы перед своими техническими изобретениями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства и процессы по сравнению со всеми творениями человечества.
За многовековую историю существования человека примеров такой изобретательности накопилось настолько много, что в наше время появилась необходимость обобщить весь материал. Появилась и развилась бионика (от греч bion-жизнь)- самостоятельное направление в науке и технике, цель которой - использование биологических знаний для решения инженерных и технических задач.
Природа как эталон - и есть бионика. Понимать природу и брать её за образец – не означает копировать. Однако природа может помочь нам найти правильное техническое решение довольно сложных вопросов. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации.
Цель работы: изучение вопроса о применении в бионике особенностей строения и функционирования отдельных представителей животного мира и использовании их человеком.
Задачи:
1) изучив специальную литературу по данной теме, раскрыть суть понятия – бионика и её значение в развитии научно-технического прогресса, познакомиться с историей развития, разделами и направлениями бионики;
3) в ходе теоретического анализа современной научно-популярной литературы изучить существующие сегодня бионические формы, созданные на основе особенностей строения и функционирования животных и выяснить, как человек использует «естественные» изобретения животных и растений при создании искусственных устройств на благо человека;
4) создать учебное пособие «Бионические формы животных» для кабинета биологии на основе данных о бионических формах животных, изучаемых в курсе «Биология животных» в 7 классе;
Гипотеза: современная наука бионика активно использует особенности представителей животного мира для создания бионических форм, которые имеют большое значение в жизни человеческого общества;
1. Теоретическая часть
1.1. Что такое бионика?
Бионика (от др.-греч. βίον — живущее) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.
Название бионики происходит от древнегреческого слова бион — «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.
Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд.
1.2. История развития бионики
Ещё крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460-370гг.до н.э.) писал:
«От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремеслах, ученики ласточки в построении жилищ ...»
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.
В 1960 году в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки и название, предложенное американским инженером Джеком Стилом:
«Биология + электроника = Бионика»
Девиз бионики: « Живые прототипы – ключ к новой технике»
Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов. Поэтому ученые-бионики избрали своей эмблемой символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биолога, техника и математика позволяет надеяться, что наука бионика проникает туда, куда не проникал еще никто, и увидеть то, что не видел еще никто.
После того как бионика получила официальное признание как самостоятельная область знаний, ее позиции существенно укрепились, а область исследований расширилась. Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д.
Новый всплеск развитие этой науки можно объяснить следующими факторами:
- во-первых, уровень развития современных технологий позволяет реализовать принципы, о реализации которых мы могли только мечтать;
- во-вторых, дефицит сырья (энергетически кризис) заставляет обращаться к более эффективным и энергосберегающим технологиям.
Другими словами, человек, набравшись какого-никакого опыта, решает опереться только на самые надежные и проверенные принципы. Рассмотрим несколько интересных примеров.
Уровень развития современных нанотехнологий позволил ученым реализовать технологию NanoForceGripper. Она базируется на принципе работы ящерицы-геккона, который, как известно, может прилепиться к любой твердой поверхности. Подобные нанотехнологии используются в изготовлении нано-ковриков для автомобилей или для изготовления специальных корпусов для смартфонов и планшетов. К этой поверхности очень крепко «прилипают» любые предметы. Так просто их не отцепить – чтобы это сделать, нужно просто повернуть предмет по часовой стрелке.
Подводная часть корпуса корабля покрывается специальной краской. Наличие на ней миллиардов пузырьков с воздухом позволяет снизить расход топлива судна на 10%. Над улучшением технологией сейчас активно работают специалисты теоретической судостроения и теоретической физики. К слову, для подобных целей судостроители используют специальные вещества, которые имитируют рыбью слизь, чтобы уменьшить трение между водой и кормой корабля.
В последнее десятилетие бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. В то же время, современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами.
Концепция бионики отнюдь не нова. К примеру, еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка. Но в конце ХХ века бионика обрела второе дыхание, современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Так, несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины - кевлар.
Специалисты по бионике рассуждают таким образом. Когда они сталкиваются с некоей инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям.
1. 3. Умная природа
Главное отличие человеческих инженерных конструкций от тех, что создала природа, состоит в невероятной энергоэффективности последних. Совершенствуясь и эволюционируя в течение миллионов лет, живые организмы научились жить, передвигаться и размножаться с использованием минимального количества энергии. Этот феномен основан на уникальном метаболизме животных и на оптимальном обмене энергией между разными формами жизни. Таким образом, заимствуя у природы инженерные решения, можно существенно повысить энергоэффективность современных технологий.
Природные материалы сверхдешевы и распространены в огромном количестве, а их «качество» значительно лучше тех, что сделанных человеком. Так, материал оленьего рога значительно крепче самых лучших образцов керамического композита, которые удается разработать людям. При этом человек использует достаточно «тупые» энергоемкие процессы для получения тех или иных сверхпрочных веществ, а природа делает их гораздо более интеллектуальными и эффективными способами. Для этого используются окружающие натуральные вещества (сахара, аминокислоты, соли), но с применением «ноу-хау» — оригинальных дизайнерских и инженерных решений, сверхэффективных органических катализаторов, которые во многих случаях пока не доступны пониманию человека. Бионика, в свою очередь, занимается изучением и копированием природных «ноу-хау».
Дизайн природных конструкций тоже не идет ни в какое сравнение с попытками человека сконструировать что-либо претендующее на природную эффективность. Форма биологического объекта (например, взрослого дерева) обычно создается в результате длительного адаптивного процесса, с учетом многолетнего воздействия как дружественных (например, поддержка со стороны других деревьев в лесу), так и агрессивных факторов. Процессы роста и развития включают интерактивное регулирование на клеточном уровне. Все это в совокупности обеспечивает невероятную прочность изделия на протяжении всего жизненного цикла. Такая адаптивность в процессе формообразования приводит к созданию уникальной адаптивной структуры, называемой в бионике интеллектуальной системой. В то же время нашей промышленности пока недоступны технологии создания интеллектуальных систем, которые взаимодействуют с окружающей средой и могут приспосабливаться, изменяя свои свойства.
1. 4. Бионический подход
Особенно следует подчеркнуть значение рождённого в практике бионических исследований специального подхода к организации и ведению научного исследования - бионического подхода. Он возможен в любом техническом исследовании. Бионический подход - это искусство применения биологии для небиологических целей. Бионический подход в научном исследовании в современных условиях лучше всего осуществляется тогда, когда над общей проблемой работают сообща биологи и инженеры. Дружная работа различных специалистов, преодоление профессиональных "перегородок", выработка понимания друг друга с полуслова, создание единых методов работы - всё это, как правило, помогает решать трудные задачи. Постоянные поиски сравнений интересующего объекта, явления, процесса, свойства, характеристики и т.д. с чем-то подобным в живой природе, скрупулёзный анализ найденных аналогий и связей, границ их применимости - в этом существо бионического подхода. Работа на стыке наук и, особенно, в непосредственной связи с биологией - столбовая дорога развития всех разделов современной науки, техники и практического производства.
1. 5. Разделы бионики
Существует три основных вида бионики:
1. биологическая бионика, изучающая процессы, происходящие в биологических системах;
2. теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов;
3. техническая бионика, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
1. 6. Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
1) изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика); *
2) исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; **
3) изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; ***
4) исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей. ****
*1. Пробы моделирования нервной системы человека и животных были начаты с построения аналогов нейронов и их сетей. Разработаны разные типы искусственных нейронов. Сделаны искусственные "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия.
Исследование памяти и других параметров нервной системы - основной путь сотворения "думающих" машин для автоматизации сложных процессов производства и управления. Исследование устройств, обеспечивающих надёжность нервной системы, очень принципиально для техники, т.к. решение этой первоочередной технической трудности даст ключ к обеспечению надёжности ряда технических систем (к примеру, оборудования самолёта, содержащего 105 электрических частей).
**2. Исследования анализаторных систем.
Каждый анализатор животных и человека, воспринимающий разные раздражения (световые, звуковые и др.), состоит из сенсора (либо органа эмоций), проводящих путей и мозгового центра. Это очень сложные и чувствительные образования, не имеющие для себя равных посреди технических устройств. Маленькие и надёжные датчики, не уступающие по чувствительности, к примеру, глазу, который реагирует на единичные кванты света, термочувствительному органу гремучей змеи, различающему конфигурации температуры в 0,001°С, либо электронному органу рыб, воспринимающему потенциалы в толики микровольта, могли бы значительно ускорить ход технического прогресса и исследований.
Для технических целей представляет энтузиазм разработка искусственной сетчатки. Эти исследования дают возможность сделать следящие устройства автоматического определения. Исследование чувства глубины места при видении одним глазом (монокулярном зрении) отдало возможность сделать определитель глубины места для анализа аэрофотоснимков.
Проходят работы по имитации слухового анализатора человека и животных. Этот анализатор тоже очень чувствителен - люди с острым слухом воспринимают звук при колебании давления в слуховом проходе около 10 мкн/м2 .
Изучают органы обоняния животных с целью сотворения "искусственного носа" - электрического прибора для анализа малых концентраций пахнущих веществ в воздухе либо воде [некоторые рыбы ощущают концентрацию вещества в несколько мг/м3 (мкг/л)].
Многие организмы имеют такие анализаторные системы, каких нет у человека. Так, к примеру, у кузнечика на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение, у акул и скатов есть каналы на голове и в фронтальной части тела, воспринимающие конфигурации температуры на 0,1°С. Чувствительностью к радиоактивным излучениям владеют улитки и муравьи. Рыбы, по-видимому, воспринимают блуждающие токи, обусловленные электризацией воздуха (об этом свидетельствует уход рыб на глубину перед грозой). Комары двигаются по замкнутым маршрутам в границах искусственного магнитного поля. Некоторые животные отлично ощущают инфра- и ультразвуковые колебания. Некоторые медузы реагируют на инфразвуковые колебания, возникающие перед штормом. Летучие мыши испускают ультразвуковые колебания в спектре 45-90 кгц, мотыльки же, которыми они питаются, имеют органы, чувствительные к этим волнам. Совы также имеют "приёмник ультразвука" для обнаружения летучих мышей.
Огромное значение в техническом конструировании имеют т. н. персептроны - "самообучающиеся" системы, выполняющие логические функции опознавания и систематизации. Они соответствуют мозговым центрам, где происходит переработка принятой информации.
После периода "обучения" персептрон может принимать самостоятельные решения. На базе персептронов создаются приборы для чтения и определения текста, чертежей, анализа осциллограмм, рентгенограмм и т.д.
***3. Исследование систем обнаружения, навигации и ориентации у птиц, рыб и других животных - также одна из принципиальных задач бионики, так как маленькие и четкие воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, отыскивать добычу, совершать передвижения за тысячи км, могут посодействовать в совершенствовании устройств, применяемых в авиации, морском деле и др. Ультразвуковая локация найдена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов).
Понятно, что морские черепахи уплывают в море на несколько тысяч км и возвращаются для кладки яиц всегда к одному и тому же месту на берегу. Считают, что у их имеются две системы: далекой ориентации по звёздам и ближней ориентации по запаху (химизм прибрежных вод).
Самец бабочки малый ночной павлиний глаз ищет самку на расстоянии до 10 км. Пчёлы и осы отлично ориентируются по солнцу. Исследование этих бессчетных и различных систем обнаружения может почти все дать технике.
**** 4. Исследование морфологических особенностей живых организмов также даёт новые идеи для технического конструирования. Так, исследование структуры кожи быстроходных акваживотных (к примеру, кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрений и скольжение с наименьшим сопротивлением) позволило прирастить скорость кораблей. Сотворена особая обшивка - искусственная кожа "ламинфло", которая отдала возможность прирастить скорость морских судов на 15-20%. У двукрылых насекомых имеются придатки - жужжальца, которые непрерывно вибрируют совместно с крыльями. При изменении направления полета направление движения жужжалец не изменяется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об изменении направления полёта. На этом принципе построен жиротрон - вильчатый вибратор, обеспечивающий высшую стабилизацию направления полёта самолёта при огромных скоростях. Самолёт с жиротроном может быть автоматом выведен из штопора.
Полёт насекомых сопровождается малым расходом энергии. Одна из обстоятельств этого - особенная форма движения крыльев, имеющая вид восьмёрки. Разработанные на этом принципе ветряные мельницы с подвижными лопастями очень экономны и могут работать при малой скорости ветра. Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, разных манипуляторов и т.п. разрабатываются на базе исследования полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т.п. Анализ структуры кости, обеспечивающей её огромную лёгкость и сразу крепкость, может открыть новые способности в строительстве и т.п.
Огромное значение имеет исследование процессов биосинтеза, биоэнергетики, т.к. энергетически биопроцессы (к примеру, сокращение мускул) очень экономны.
7. Направления бионики
Бионика имеет несколько направлений:
1) Архитектурно-строительная бионика
2) Нейробионика
Моделирование живых организмов
Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.
Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них — изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели.
Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.
1) Архитектурно – строительная бионика
На всем протяжении истории человек в своей архитектурно-строительной деятельности сознательно или интуитивно обращался к живой природе, которая помогала ему решать самые различные проблемы.
Живая природа и архитектура развиваются в одних и тех же биофизических условиях земной и космической сферы и подчиняются законам гравитации, инерции, термодинамики. Их формы обусловливаются сходным действием температурновлажностных факторов, цикличностью метеорологических явлений и т.д. Строительная деятельность живых организмов так же, как и в архитектуре, связана с созданием строительных материалов и определенным порядком (технологией) производства работ.
Это новое явление в архитектурной науке и практике. Здесь и возможности поиска новых, функционально оправданных архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с одновременным использованием удивительных свойств строительного материала живой природы, и открытие путей реализации единства конструирования и создания архитектурных средств с использованием энергии солнца, ветра, космических лучей. Но, пожалуй, наиболее важным ее результатом может быть активное участие в создании условий сохранения живой природы и формировании гармоничного ее единства с архитектурой.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного "морского уха", состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.
Таким образом, результаты исследований, проводимых в области архитектурной бионики, оказываются полезными при решении проблем социального и эстетического совершенствования архитектуры в самых ее различных типологических отраслях: в жилых комплексах, в общественных и промышленных зданиях и сооружениях, в градостроительстве
2) Нейробионика
Нейробионика - научное направление, изучающее возможность использования принципов строения и функционирования мозга с целью создания более совершенных технических устройств, кибернетических систем и технологических процессов. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.
1962 - 1966 гг. учеными-нейробиониками были исследованы биологические системы различных уровней сложности. Моделирование речевого поведения человека и ассоциативной памяти, также бы проведены разработки методик исследований электрической активности структур головного мозга и отдельных нейронов, управлению основными нервными процессами в головном мозгу с помощью электрических токов и магнитного поля.
Биологические науки позволяют создать новые технические средства и инженерные решения, дающие возможность человеку неизмеримо увеличить как свои возможности, так и власть над окружающей его средой.
В медицине описаны проекты (частично осуществленные) так называемых следящих систем, призванных поддерживать на определенном уровне функциональное состояние мозга (наркотическое состояние, сна, гипноза, эпилепсия, скорость и количество введения медикаментов).
Нервная система живых организмов имеет ряд преимуществ перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком:
1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в которой она поступает (например, от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и других особенностей голоса и т.п.).
2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технических систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или нескольких деталей; при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется).
3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010—1011 объём мозга человека 1,5 дм3. Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в несколько сот, а то и тысяч м3.
4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает нескольких десятков вт.
5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.
Нейробионику рассматривают с трех позиций:
1. искусственный интеллект
2. нанороботы
3. киборги
Иску́сственный интелле́кт — это наука и разработка интеллектуальных машин и систем, особенно интеллектуальных компьютерных программ, направленных на то, чтобы понять человеческий интеллект.
Различные виды и степени интеллекта существуют у многих людей, животных и некоторых машин, интеллектуальных информационных систем и различных моделей экспертных систем с различными базами знаний. При этом такое определение интеллекта не связано с пониманием интеллекта у человека — это разные вещи. Более того, эта наука моделирует человеческий интеллект, так как с одной стороны, можно изучить кое-что о том, как заставить машины решить проблемы, наблюдая других людей, а с другой стороны, большинство работ в ИИ вовлекают изучение проблем, которые требуется решать человечеству в промышленном и технологическом смысле.
В ближайшем будущем просматриваются два направления развития ИИ:
• первое заключается в решении проблем, связанных с приближением специализированных систем ИИ к возможностям человека, и их интеграции, которая реализована природой человека.
• второе заключается в создании Искусственного Разума, представляющего интеграцию уже созданных систем ИИ в единую систему, способную решать проблемы человечества.
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 Кибернетика и робототехника тесно связаны с бионикой.
Первые упоминания о человекоподобных машинах встречаются ещё в древнегреческих мифах. Термин "робот" был впервые введён К. Чапеком в пьесе (1920 г.), где Роботами называли механических людей. Робот - машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.
8. Исследовательская часть
Патенты живой природы
Присоски осьминога
Липучки для одежды
Прочные ракушки глубоководных моллюсков состоят из
чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая
пластинка трескается, то деформация поглощается мягким
слоем и трещина не идет дальше.
Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.
Долгое время проблемой скоростной авиации был флаттер — внезапно и бурно возникающие на определенной скорости вибрации крыльев. Из-за этих вибраций самолет разваливался в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы нашли выход — крылья стали делать с утолщением на конце. Через некоторое время аналогичные утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекозы. В биологии эти утолщения называются птеростигмы.
Паучья нить - самое прочное натуральное волокно. Паутина обладает
такими свойствами, как упругость и прочность. Созданные по образцу
паутинных нитей волокна найдут применение в технике и медицине.
- для регенерации кожного покрова - для создания очень легких, мягких и надежных
Бронежилетов
Подводные лодки» в природе известны давно – это обычные рыбы, способные изменять свою плавучесть, впуская газ в плавательный пузырь или выпуская его.
Принцип строения задней конечности лягушки
Воплощён в таком предмете, как ласты.
Застежки «молния» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки
пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.
Снегоходная машина “Пингвин” , разработанная в Горьковском политехническом институте повторяет способ передвижения этих птиц. Они передвигаются, скользя по снегу, отталкиваясь ластами. Преимущество этой машины перед тягачами и тракторами заключается в том, что лежа на снегу широким днищем она не образует колею, не буксует и не вязнет.
Ворсинки медвежьего меха пропускают ультрафиолетовые волны. Английский учёные предложили покрыть подобным мехом солнечные панели для лучшей утилизации энергии, а также сконструировать оптическое волокно для пропускания ультрафиолетовых волн, как это делают ворсинки медвежьего меха.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Бионика – наука будущего.
Год за годом бионические принципы все больше внедряются в наш быт. Вопрос подобных технологий, безусловно, относится не только к проблеме оптимизации человеческой деятельности, но и к проблеме сближения человека и природы. Развитие современной науки, видимо, предвещает возврат человека к своим истокам, но только на новом технологическом и ментальном уровне.
Живая природа перестает быть загадочным феноменом. Одно из основных обобщений современной биологии состоит в том, что все явления жизни подчиняются законам физики и химии и могут быть объяснены с помощью этих законов на самых различных уровнях: молекулярном, при образовании кристаллов, формировании механических (конструктивных) тканей и опорных скелетов, общей системы форм и экологических связей. Оттого, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле.
Бионика в настоящее время. Перспективы развития этой науки.
В настоящее время ученые пытаются конструировать системы хотя бы с минимальной приспособляемостью к окружающей среде. Например, современные автомобили оборудованы многочисленными сенсорами, которые измеряют нагрузку на отдельные узлы и могут, например, автоматически изменить давление в шинах. Однако разработчики и наука только в начале этого длинного пути.
Перспективы интеллектуальных систем завораживают. Идеальная интеллектуальная система сможет самостоятельно совершенствовать собственный дизайн и менять свою форму самыми разнообразными способами, например, добавляя недостающий материал в определенные части конструкции, изменяя химический состав отдельных узлов и т.д. Но хватит ли у людей наблюдательности и ума, чтобы научиться у природы?
Современная бионика во многом связана с разработкой новых материалов, которые копируют природные. Другие разработчики концентрируются на изучении природных организмов.
Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства.
Бионика, в свою очередь, играет большую роль в жизни человека. Это одна из самых быстроразвивающихся наук нашего времени, мощный ускоритель научно-технической революции. Она обещает неслыханный расцвет производительных сил человечества, новый взлет науки и техники.
