Бионика – наука вдохновленная природой

Бионика – чудесный сплав лучших явлений природы, научной мысли и технологий

Willyam Bradberry / shutterstock.com 

Что такое чудеса современной бионики – Микка Терхо знает лучше нас с вами. Ему 46 лет, почти половину из которых он работает финансовым консультантом в одной финской компании, расположенной в Хельсинки. Микка открывает глаза и смотрит перед собой.

Настенные часы показывают половину пятого. Ничего примечательного, если бы не тот факт, что сегодня он впервые за 10 лет сумел взглянуть на часы и узнать, сколько времени.

А в эту самую секунду крохотные датчики и микрочипы, размещенные на сетчатке его глаза, посылают электрические импульсы на зрительный нерв и передают сигнал в мозг.

Нет, это не начало сюжета фантастического фильма про киборгов, а мгновение из личной истории человека, которому посчастливилось жить в эпоху развития бионических технологий – магического результата переплетения естественных и технических наук.

Людей, испытывающих те же проблемы, что и этот простой финский экономист, огромное множество.

Одни теряют зрение и слух, другие рождаются с физическими дефектами или утрачивают части тела в результате несчастных случаев – так или иначе целостность и естество их организма нарушено. Однако не безвозвратно.

И во многом благодаря бионике – одной из наиболее перспективных областей современной науки. Но обо всем по порядку.

Откуда растут корни бионики?

Вероятно, если бы наш финский знакомый открыл толковый словарь, завалявшийся у него на полке со времен студенчества, то напротив слова «бионический» он бы нашел такое определение: «характеристика фантастического персонажа, имеющего полностью или частично искусственное тело, ничем не отличающееся от живого человека». Действительно, бионические технологии – это новейшее явление, которое когда-то казалось лишь домыслами писателей-фантастов.

На самом деле понятие бионики появилось в 1958 году. Ввел его американский доктор, работавший в лаборатории аэрокосмических медицинских исследований при ВВС США и специализировавшийся на разработке киборгов. Собственно, сам термин «бионика» представляет собой слияние двух слов «биология» и «электроника», что как нельзя лучше отражает междисциплинарную природу этой области.

И в широком смысле бионика – это наука создания искусственных систем, обладающих характеристиками живых организмов и их частей.

Важно понимать два принципиальных момента. Первый: бионика не связана с биоинженерией и генными технологиями.

Второй аспект заключается в том, что эта научная область не ограничивается одними только разработками бионических протезов (хотя они и составляют ее основную часть), специалисты данной сферы в принципе занимаются разработками, основанными на имитации элементов живой природы.

С точки зрения бионики, мышцы людей и животных можно представить, как постоянно работающие моторы, а передача нервных импульсов аналогична сигналам компьютера. Иными словами, на вооружение берется принцип «все самое продуманное и технологически совершенное уже создала природа», а человеку остается черпать из нее вдохновение и синтетически воссоздавать ее шедевры.

Человек-конструктор или бионические чудеса

Желание искусственно реализовывать гениальные биологические задумки, которые можно найти в окружающем мире, привело ученых к ряду важных достижений. Безусловно, на переднем плане таких разработок стоят суперсовременные протезы человеческих частей тела и органов.

Именно благодаря этому обстоятельству Микка Терхо после многолетней жизни в темноте смог увидеть, что показывают стрелки на часах, прочитать свое имя в больничной карте и различить столовые приборы и фрукты, лежащие перед ним.

Финский экономист потерял зрение в результате дегенерации желтого пятна – заболевания центральной части сетчатки. Теперь имплантированный в его глаз чип выполняет функцию, утраченную в результате дистрофии глаза и всей зрительной системы.

Кроме того, что датчики позволяют мозгу получать и обрабатывать визуальные образы, они также осуществляют интеллектуальную обработку изображения, автоматически улучшая его контрастность и снижая зернистость.

Помимо бионических глаз, современные ученые создают и другие искусственные органы. Например, утраченные конечности – руки и ноги, которые выполняют не только эстетическую функцию, но и соединяются со здоровыми двигательными нервами при помощи особых электродов и отвечают нервным импульсам, поступающим от здоровых и сохранившихся мышц.

Так, недавно исследователи разработали прототип протеза кисти, который способен выполнять различные манипуляции с предметами и предварительно оценивать то, какие движения оптимальны при взаимодействии с теми или иными вещами.

А некоторые подобные протезы могут обеспечивать даже передачу тактильных ощущений от соприкосновения с поверхностями различных предметов.

Другой популярный пример – бионические уши – уже существует на рынке медицинских технологий не первый год, и множество людей спасаются от глухоты кохлеарными имплантами. Также ведутся разработки по совершенствованию «портативных почек» – устройств, отвечающих за удаление токсинов из крови и поддержание баланса жидкости в организме человека с почечной недостаточностью.

Ряд исследовательских центров, в частности, Техасский университет и университет Сент-Эндрюса, ищут способы создать аналог человеческих мышц из синтетических полимерных гелей, которые способны сжиматься и расширяться (читай: сокращаться) под воздействием электротоков.

Схема дырчатого инплантанта. Показано внедрение полимерного имплантанта в сетчатку глаза. Миг / traditio.wiki (CC BY-SA 2.5)

Бионика = шанс на жизнь?

Но, пожалуй, самое непростое – воссоздать человеческое сердце и мозг. Однако с одной проблемой ученым уже удалось справиться, ведь первое бионическое сердце было пересажено человеку еще в 2011 году.

C мозгом все обстоит намного сложнее. По сути, полностью бионический мозг – есть воплощение искусственного интеллекта, успеха в создании которого сегодня стремятся достичь исследователи по всему миру.

Понимая все трудности в исполнении этой задачи, специалисты в области нейрофизиологии и биоэлектроники работают над более приземленными проектами, а именно: конструируют специальные чипы, которые могут заменить собой отдельные участки головного мозга.

Например, ученым в университете Южной Калифорнии удалось создать имплант, который моделирует сложную нервную активность и помогает сохранять воспоминания.

В частности, такие микрочипы, имитирующие гиппокамп, уже вживляются пациентам, перенесшим инсульт и страдающим болезнью Альцгеймера.

Невольно возникает вопрос: а можно ли при помощи бионики «собрать» полную техно-копию человеческого тела? На данный момент он остается открытым.

Тем более, что по оценкам одного из признанных специалистов в этой сфере, профессора университета Бата Джулиана Винсента (Julian Vincent), на сегодняшний день переплетение биологии и искусственных технологий, с точки зрения использования потенциала, составляет всего лишь 12%.

На что еще природа вдохновляет ученых?

На самом деле бионика охватывает огромное пространство для технологических и конструкторских решений. Подобно тому, как в свое время великий Леонардо да Винчи создавал свой летательный аппарат, вдохновленный физиологической архитектурой стрекозы, современные ученые черпают идеи из живой природы, не обязательно связанные с человеческим телом.

Например, военными, путешественниками и спортсменами широко используется так называемая «умная одежда», которая изготавливается из специальной мембранной ткани, способной адаптироваться под температуру тела и условия окружающей среды. Не секрет, что механизм открытия частиц ткани во время жары и их смыкание на холоде был заимствован инженерами у сосновых шишек, чешуйки которой ведут себя аналогичным образом.

А в 2004 году исследователи из Пенсильванского университета начали подробно изучать наноструктуры крыльев синих бабочек Морфо. В результате механизм люминесценции в крыльях этих насекомых был взят за основу при создании наносенсеров для обнаружения взрывчатых веществ.

А в число же наиболее известных из последних бионических разработок входят такие любопытные проекты, как: бронежилеты из сверхпрочного материала, структура которого напоминает паутину; суперклейкая лента, вдохновленная удивительными способностями гекконов прочно закрепляться на любых плоскостях и при этом свободно перемещаться; а также практически христоматийный пример бионики – самоочищающиеся и водоотталкивающие материалы, сконструированные благодаря технологии, подсмотренной у цветков лотоса.

К слову, если вы слышали о фаворитах всех профессиональных пловцов – купальных костюмах Speedo Fastskin, то вот секрет их высокого качества: ткань для купальников была разработана после подробного изучения микроструктур на поверхности кожи акулы, и по сути представляет собой синтетический ее аналог.

О взаимном влиянии человека и природы можно вести нескончаемые философские дискуссии. Но одно можно сказать точно: использование живого мира в качестве источника вдохновения для науки и технологий – куда лучший сценарий отношения людей и окружающей среды, чем нещадная эксплуатация ее ресурсов.

Источник: https://sciencepop.ru/vdohnovlennye-prirodoj-chudesa-sovremennoj-bioniki/

Презентация по биологии «Наука, вдохновленная природой (Бионика)»

Наука вдохновленная природой (Бионика)

Лепешенко Татьяна Ивановна

Преподаватель химии и биологии

ГБОУ НПО РО ПУ № 61

г. Новошахтинск Ростовская область

Цели урока

Образовательные: сформировать знания о применении природных явлений в технике и архитектуре, изучить применение свойств, функций и структур живой природы в архитектуре и технике;

Воспитательные: воспитывать чувство гордости за

Российскую науку, любознательность обучающихся к применению природных явлений в современной жизни;

Развивающие: развивать эстетические представления и художественный вкус, способность запоминать и воспроизводить заученный материал, четко формулировать свои мысли.

История развития

Отцом бионики считается Леонардо да Винчи. Именно он, впервые, решил смастерить летальный аппарат, вдохновившись полетом птиц. До него еще был Икар, описанный в древнегреческих мифах. Но это скорее мечта, а вот легендарный изобретатель решил претворить ее в жизнь.

До наших дней дошли его чертежи со всевозможными схемами устройства махолета. Правда, его изобретение в воздух так и не поднялось, но первый шаг был сделан. А официальное зарождение бионики как науки произошло в 1960 году. Тогда состоялся первый симпозиум по данной теме.

Взятое человеком у природы

Человек перенял у природы очень многое, если не сказать все. Умение разводить огонь, прятаться в норку от непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под окружаю среду и еще много других вещей, о которых мы знаем так давно, что уже и не задумываемся об их появлении в нашей жизни.

С тех пор, благодаря бионике, в нашей жизни появилось множество замечательных вещей.

Самые интересные из них:

Архитектурная бионика .

Яркий пример Архитектурно-строительной бионики-полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия.

Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб-одним из последних достижений инженерной мысли.

Олимпийский объект- спорт комплекс в Лужниках «Дружба». По форме он как бы напоминает краба. Создатели руководствовались не столько внешним сходством, сколько использовали принцип пространственной механической работы формы.

Инженеры в одной конструкции, в олимпийском крытом стадионе, соединили умение природы пользоваться напряженными мембранами и ловкость паука, ткущего радиально-кольцевую систему своей паутины. Ведь стальные листы расположили именно по кольцевой системе.

Густаф Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Конструкция Эйфлевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера.

За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

Это здание в Дубае. Они построены по аналогии строения тела змеи, и даже повторяют её движения.

Ребристая форма листа манжетки, бука, лапчатки придает им дополнительную жесткость, прочность и устойчивость в пространстве. Например, лист манжетки благодаря ребристой форме удерживает тяжелую каплю воды и не сминается под ее тяжестью.

Это поиск новых архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с использованием удивительных свойств строительного материала живой природы.

Бионика и дизайн

Читайте также:  Природа в стихах ф. и. тютчева: анализ стихотворения "неохотно и несмело ..."

Паутина – необычайно легкий, экономичный сетчатый материал; Пчелиные соты, воск; Муравьиное гнездо- принцип его построения напоминает о зданиях, возводимых людьми. Мягкая мочалка — ее необычайный узор подходит для изготовления прочных и одновременно элегантных конструкций, которые, например, можно использовать как большие емкости для перевозки воды или масла; Клеточная мембрана и т.п.

Бионика широко используется в современном дизайне интерьеров. Такое использование происходит в двух направлениях — заимствование чисто внешней формы и построение механизмов, сооружений, мебели на основании закономерностей, «подсмотренных» у природы.

Бионика в технике

Благодаря изучению гидродинамических особенностей китов и рыб, удалось создать особую обшивку торпед, которая при той же мощности двигателя обеспечивает повышение скорости на 20 — 25%.

Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара.

Дельфины имеют систему звуковых сигналов. Сигналы двух типов: эхолокационные (сонарные), служат животным для исследования обстановки, обнаружения препятствий, добычи и «щебеты» или «свист», для коммуникации с сородичами, также выражающие эмоциональное состояние дельфина.

Летучие мыши обнаруживают предметы, преграждающие им путь, испуская неслышимые для человека звуки и улавливая их эхо, отражённое от предметов. До открытия ультразвуковой эхолокацией предполагалось, что летучие мыши обладают экстрасенсорным восприятием.

Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности снега и «Пингвин» механический.

Удивительно, сколь сложной навигационной системой наделены некоторые рыбы и птицы, которым приходится преодолевать тысячи километров во время миграций.

Изучение этого феномена способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Не случайно бионика вызывает пристальный интерес у военных.

Большинство исследований в этой области финансируется управлениями ВВС и ВМС.

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения.

Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк).

В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку»

Многие растения и животные обладают способностью «чувствовать» некоторые явления природы и её воздействие, которые человек даже не замечает. Медузы воспринимают эти колебания. В результате изучения данного явления был сконструирован прибор, позволяющий определить направление шторма и силу задолго до его начала (примерно за 15 часов).

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

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

Перспективы бионики

От того на сколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на Земле, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле

Выводы

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.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Источник: https://videouroki.net/razrabotki/prezentatsiya-po-biologii-nauka-vdokhnovlennaya-prirodoy-bionika.html

Достижения бионики: чему люди могут научиться у тараканов, ящериц и морских раковин?

Летающий робот-птица

Многие роботы способны летать, но ни один из них не летает, как настоящая птица.

Так было до тех пор, пока инженер Маркус Фишер и его команда из немецкой компании Festo не сконструировали по образу и подобию чайки сверхлегкого робота, самостоятельно летающего с помощью крыльев.

Целью этого исследования было создание сверхлегких энергоэффективных механизмов, изучение свойств воздуха и воздушных потоков применительно к таким механизмам.

Робот-птица называется СмартБерд, весит 450 г, длина крыла составляет — 1,6 метра, а размах крыльев — около 2 метров. Робот изготовлен из углеродного волокна, оснащен мотором и передаточным механизмом.

Кроме того, он имеет особую конструкцию крыльев, разделенных на две части, за счет чего достигается высокая аэродинамическая эффективность. Потребление энергии составляет 25 ватт для взлета и 16-18 ватт во время полета.

Птица обладает отличными аэродинамическими характеристиками и способна самостоятельно летать, взмахивая крыльями.

12 ключевых идей из мира живой природы

Жанин Бенюз, биолог, автор книги «Бионика: инновации, вдохновленные природой», изучает возможности использования явлений живой природы в технологической сфере и в дизайне.

Ее исследования вызывают большой интерес среди архитекторов, дизайнеров и инженеров, осознавших, сколько гениальных идей можно почерпнуть, наблюдая за тем, как функционируют живые организмы и биологические системы.

12 наиболее интересных и перспективных идей помогут, по мнению ученого, решить многие научно-технические проблемы.

Самосборка. Этот термин часто употребляется применительно к нанотехнологиям. Что касается живой природы, достаточно вспомнить морские раковины. Морская раковина — это самособирающийся материал. Перламутр также формируется сам по себе из морской воды.

Это многослойная структура, очень прочная — во много раз прочнее высокотехнологичной керамики, произведенной в специальных печах.

Возможность использования этого явления открывает перспективы создания высокотехнологичной керамики и других твердых материалов с гораздо меньшими затратами энергии и ресурсов.

Биологический силикон. Клетки диатомовых водорослей имеют панцирь, состоящий из кремнезема. Изучение механизма его образования перспективно для получения материалов на основе диоксида кремния и решения проблемы канцерогенных отходов при производстве микрочипов.

Использование углекислого газа в качестве исходного сырья. Для растений СО2 не представляет угрозу существованию. Растения перерабатывают углекислый газ в крахмал и глюкозу. Уже сейчас существуют технологии переработки углекислого газа в поликарбонат — вещество, из которого производят биологически разлагаемый пластик.

Трансформация солнечной энергии. Идет изучение механизмов поглощения солнечной энергии внутри пурпурной бактерии.

Кроме того, обнаружен железосодержащий фермент под названием гидрогеназа, способный образовывать водород из протона и электронов. Этот фермент может также вызывать диссоциацию водорода.

В топливных элементах этот процесс происходит благодаря платиновому катализатору. В природе это происходит с помощью обычного железа.

Жанин Бенюз — автор книги [«Биомимикрия: инновации, на которые вдохновляет природа»](http://www.amazon.com/Biomimicry-Innovation-Inspired-Janine-Benyus/dp/0060533226), в которой она объясняет очевидную и поэтому совершенно забытую вещь: «самый умный, элегантный и гибкий дизайн уже создан природой. Мир невероятно сложен, взаимосвязан и при этом великолепно продуман».

Форма.

Мы знаем, что плавники кита покрыты бугорками. Точно такие же бугорки, расположенные на кромке самолета, повышают его эффективность на 32%, что влечет за собой огромную экономию природного топлива. Возможно ли образование цвета без красящих пигментов? Перо павлина, имея сложную слоистую структуру, синтезирует цвет благодаря своей форме. Свет проходит через одни слои и отражается от других.

Это явление называется тонкопленочной интерференцией. Листья лотоса имеют особую структуру поверхности, благодаря которой загрязнения не могут закрепиться на ней. Этот принцип используется при производстве самоочищающейся фасадной краски Lotusan, которая при высыхании имитирует неровности на поверхности листа лотоса.

Это позволяет стенам здания легко очищаться — грязь стекает вместе с дождевыми каплями.

Сбор пресной воды. Намибийский жук подсказал людям решение проблемы нехватки пресной воды в пустыне: жук добывает воду из тумана. А мокрица способна «улавливать» воду в воздухе. Установки по отбору воды из воздуха в Атланте и из тумана в Монтерее используют технологии, основанные на изучении этих представителей живой природы.

Выделение. Оказывается, возможно добывать металл без трудоемкой работы на рудниках. Микроорганизмы способны «выхватывать» металл из водного потока.

Этот принцип используется в конструкции фильтров, применяющихся для выделения руды из обломочных потоков. Постепенно «зеленая» химия приходит на смену промышленной.

Основной средой для этой эко-науки является вода и органические растворы, при этом используются лишь некоторые элементы периодической системы химических элементов.

Запрограммированное разложение. Мидии прикрепляются к скалам с помощью нитей, которые начинают растворяться по истечении двух лет. Эта идея могла бы найти свое воплощение в производстве упаковочных материалов.

Здоровье. Существует проблема обязательного хранения вакцин в холодильниках во время транспортировки. Холодильники часто ломаются, и вакцины не доходят до больных. Решение можно позаимствовать у тихоходки, организма, относящегося к типу микроскопических беспозвоночных.

При неблагоприятных условиях тихоходка способна на многие месяцы впадать в состояние анабиоза за счет высушивания, а затем, при наступлении благоприятных условий, оживать. Уже существует способ высушивать вакцины, чтобы их можно было транспортировать без охлаждения.

Обмен информацией. В мире происходит 3,6 миллиона автомобильный аварий в год, а 80 миллионов особей саранчи, движущихся в пределах 1 кв. км, никогда не сталкиваются друг с другом. Почему? Ученые из Ньюкасла выяснили, что избегать столкновений саранче помогает особый крупный нейрон, и сейчас работают над внедрением принципов работы этого нейрона в системы безопасности автомобилей.

Увеличение плодородия. Проблема деградации фермерства и истощения почвы может быть решена с использованием опыта функционирования целостных экосистем, которые сами создают условия, благоприятные для живых существ.

Например, растительный мир прерий улучшает состояние почвы; стадо местных копытных животных улучшает состояние пастбища; болота не только очищают воду, но и способствуют увеличению продуктивности. Живые организмы сами создают условия для продолжения жизни: улучшают почву, очищают воздух и воду, производят газы, необходимые нам, чтобы дышать.

При этом они полностью удовлетворяют свои потребности — одно не исключает другого. Вот чему нам необходимо научиться в первую очередь — удовлетворять свои потребности, не разрушая среду обитания, в которой будут жить наши потомки.

Насекомые вдохновляют создателей роботов-спасателей

Биолог из Калифорнийского университета Роберт Фулл изучает движение живых существ и затем использует полученную информацию в конструировании роботов. Темой его недавнего исследования является стопа и ее функции.

Наблюдая за пауками, тараканами, осьминогом и другими обитателями живыми существами, Роберт Фулл пришел к выводу, что у всех них функции стопы при движении по неровной поверхности распределены по всей длине ноги или даже по всей длине тела.

Это позволяет им с легкостью преодолевать сложные препятствия или передвигаться по непривычным поверхностям с привычной скоростью. Данный принцип был использован при создании робота RHex, передвигающегося на шести ногах, имеющих полукруглую форму.

Читайте также:  Полезные ископаемые: поваренная соль

Другое интересное наблюдение: лапки тараканов покрыты маленькими иголочками, которые легко сгибаются в одном направлении, чтобы насекомое могло вытащить лапку, которая застряла между неровностями, а в противоположном направлении эти иголочки не сгибаются, чтобы лапка лишний раз никуда не проваливалась при беге.

Роберт Фулл протестировал эти иголочки на крабах, и эффект был точно такой же. Краб, который был не способен бежать по сетке, с иголочками смог без проблем быстро передвигаться по сетчатой поверхности.

Иголочки были добавлены на ноги робота, и он стал еще более ловким — смог перелезть через гладкие стальные рельсы, которые раньше представляли для него большую трудность.

Наблюдения за ящерицами показали, что при беге по сухому песку и по воде их лапы действуют как ласты, позволяя передвигаться с большой скоростью. Этот принцип лежит в основе создания робота Aqua RHex — очень ловкого водоплавающего родственника робота RHex.

Следующим рубежом для робота стала возможность взбираться по вертикальным поверхностям. Некоторые насекомые, например муравьи, используют специальное клейкое вещество, благодаря которому они прикрепляются к поверхности. Но еще более интересный механизм есть у ящериц гекконов.

Внутренняя поверхность их лап покрыта очень мелкими волосками, кончики которых расщеплены на множество еще более мелких волосков.

Каждая лапка имеет около миллиарда таких расщепленных кончиков размером в 200 нанометров, что позволяет им очень тесно соприкасаться с поверхностью и прикрепляться к ней только за счет силы межмолекулярного притяжения.

Этот механизм используется для разработки самоочищающейся клейкой ленты из полиуретана, которая обладает уникальными свойствами: она воздухопроницаема, легко отклеивается, не вызывает раздражения, может использоваться в воде.

https://www.youtube.com/watch?v=XQoBaV9EMMI

Роберт Фулл также делится подробностями создания поисково-спасательного робота, который мог бы передвигаться в горной местности. Робот называется Rise, имеет 6 ног и хвост. В конструкции его стопы используются все упомянутые выше приспособления.

Rise действительно способен карабкаться по гладкой вертикальной стене, и Роберт убежден, что со временем роботу покорятся и более сложные поверхности.

Источник: https://theoryandpractice.ru/posts/2745-dostizheniya-bioniki-chemu-lyudi-mogut-nauchitsya-u-tarakanov-yashcherits-i-morskikh-rakovin

Что изучает наука бионика?

05.07.2014

Природа – это величайшая экосистема, где ничто не происходит без смысла, и она постоянно эволюционирует саму же себя.

И иногда кажется абсурдным, почему ученые стали лишь с недавнего времени перенимать опыт у нее.

Так вот, когда величайшие умы человечества стали оглядываться на окружающий мир, на его устройство и функциональность, с этого момента возникла новая отрасль в науке – бионика.

Слово «бионика» имеет древнегреческие корни и происходит от слова «бион» — дословно «живущее», «ячейка жизни». В переводной и англоязычной литературе бионику называют иначе – биомиметика (буквально «подражание жизни»), но суть от этого не меняется.

Предметом изучения являются биологические системы с целью применения  полученного опыта и знаний в сфере инженерии.

Бионика помогает нам создать оригинальные технические решения и технологические процессы, где в основе лежат идеи, позаимствованные у матушки природы.

Термин введен в употребление в 1960 году. В этот год в Дайтоне (США) произошло глобальное собрание специалистов различных профилей под лозунгом: «Живые прототипы – ключ к новой технике».

Таким образом, бионика стала мостом, который тесно объединил биологию с инженерией, химией, математикой, кибернетикой, аэронавтикой, физикой и многими другими науками.

Различают бионику биологическую (она детально изучает биологические процессы), теоритическую (выстраивает математические модели интересующих процессов) и техническую (успешные модели технической бионики решают насущные инженерные задачи).

Вот яркий пример, которым воспользовалась наука бионика: швейцарский инженер Жорж де Местраль изучил плоды репейника и сконструировал всем жизнь сегодня облегчающую знаменитую «липучку».

Чтобы создать «искусственный нос» (прибор, анализирующий концентрацию пахучих веществ в воде или воздухе) в ходе изучений было выяснено, что: у кузнечика на усиках есть бугорок, который воспринимает инфракрасное излучение; рыбы чувствительны к блуждающему току (гроза); медузы чувствительны к инфразвуковым колебаниям; а у сов есть «приемник ультразвука» чтобы обнаруживать летучую мышь.

Попробуйте, догадайтесь, кому принадлежит идея синтезировать природу и технику? Ну он еще пытался сконструировать летательный аппарат – орнитоптер, с крыльями подобным птичьим? И это не Икар из греческих мифов… Ну конечно же это Леонардо да Винчи. Лично я бы да Винчи приписала бы еще создание и развитие нейробионики (изучение нервной системы животных и человека).

Все это хорошо, но главное использовать во благо, чтобы научные изыскания не попали в лапы эдакого Хамстервилля какого-нибудь!

Рейтинг статьи: 3864 просмотра

Источник: http://geo-storm.ru/dosug-i-otdykh/udivitelnoe/bionika-nauka-vdokhnovlennaja-prirodojj/

Презентация по биологии на тему «Наука, вдохнвленная природой (Бионика)»

Слайд1

Наука вдохновленная природой
(Бионика)

Лепешенко Татьяна Ивановна

Преподаватель химии и биологии

ГБОУ НПО РО ПУ № 61

г. Новошахтинск Ростовская область

Слайд2

Цели урока

Образовательные: сформировать знания о применении природных явлений в технике и архитектуре, изучить применение свойств, функций и структур живой природы в архитектуре и технике;

Воспитательные: воспитывать чувство гордости за

Российскую науку, любознательность обучающихся к применению природных явлений в современной жизни;

Развивающие: развивать эстетические представления и художественный вкус, способность запоминать и воспроизводить заученный материал, четко формулировать свои мысли.

Слайд3

История развития

Отцом бионики считается Леонардо да Винчи. Именно он, впервые, решил смастерить летальный аппарат, вдохновившись полетом птиц. До него еще был Икар, описанный в древнегреческих мифах. Но это скорее мечта, а вот легендарный изобретатель решил претворить ее в жизнь.

До наших дней дошли его чертежи со всевозможными схемами устройства махолета. Правда, его изобретение в воздух так и не поднялось, но первый шаг был сделан. А официальное зарождение бионики как науки произошло в 1960 году. Тогда состоялся первый симпозиум по данной теме.

Слайд4

Взятое человеком у природы

Человек перенял у природы очень многое, если не сказать все. Умение разводить огонь, прятаться в норку от непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под окружаю среду и еще много других вещей, о которых мы знаем так давно, что уже и не задумываемся об их появлении в нашей жизни.

С тех пор, благодаря бионике, в нашей жизни появилось множество замечательных вещей.

Самые интересные из них:

Слайд5

Архитектурная бионика

Яркий пример Архитектурно-строительной бионики-полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия.

Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб-одним из последних достижений инженерной мысли.

Слайд6

Олимпийский объект- спорт комплекс в Лужниках «Дружба». По форме он как бы напоминает краба. Создатели руководствовались не столько внешним сходством, сколько использовали принцип пространственной механической работы формы.

Инженеры в одной конструкции, в олимпийском крытом стадионе, соединили умение природы пользоваться напряженными мембранами и ловкость паука, ткущего радиально-кольцевую систему своей паутины. Ведь стальные листы расположили именно по кольцевой системе.

Слайд7

Густаф Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Конструкция Эйфлевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера.

За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

Слайд8

Это здание в Дубае. Они построены по аналогии строения тела змеи, и даже повторяют её движения.

Ребристая форма листа манжетки, бука, лапчатки придает им дополнительную жесткость, прочность и устойчивость в пространстве. Например, лист манжетки благодаря ребристой форме удерживает тяжелую каплю воды и не сминается под ее тяжестью.

Слайд9

Это поиск новых архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с использованием удивительных свойств строительного материала живой природы.

Слайд10

Паутина – необычайно легкий, экономичный сетчатый материал;    Пчелиные соты, воск;

 Муравьиное гнездо- принцип его построения напоминает о зданиях, возводимых людьми. Мягкая мочалка — ее необычайный узор подходит для изготовления прочных и одновременно элегантных конструкций, которые, например, можно использовать как большие емкости для перевозки воды или масла;

Клеточная мембрана и т.п.

Слайд11

Бионика широко используется в современном дизайне интерьеров.
Такое использование происходит в двух направлениях — заимствование чисто внешней формы и построение механизмов, сооружений, мебели на основании закономерностей, «подсмотренных» у природы.

Слайд12

Слайд13

Бионика в технике

Благодаря изучению гидродинамических особенностей китов и рыб, удалось создать особую обшивку торпед, которая при той же мощности двигателя обеспечивает повышение скорости на 20 — 25%.

Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара.

Слайд14

Дельфины имеют систему звуковых сигналов. Сигналы двух типов: эхолокационные (сонарные), служат животным для исследования обстановки, обнаружения препятствий, добычи и «щебеты» или «свист», для коммуникации с сородичами, также выражающие эмоциональное состояние дельфина.

Летучие мыши обнаруживают предметы, преграждающие им путь, испуская неслышимые для человека звуки и улавливая их эхо, отражённое от предметов. До открытия ультразвуковой эхолокацией предполагалось, что летучие мыши обладают экстрасенсорным восприятием.

Слайд15

Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности снега и «Пингвин» механический.

Удивительно, сколь сложной навигационной системой наделены некоторые рыбы и птицы, которым приходится преодолевать тысячи километров во время миграций.

Изучение этого феномена способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Не случайно бионика вызывает пристальный интерес у военных.

Большинство исследований в этой области финансируется управлениями ВВС и ВМС.

Слайд16

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения.

Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника
(так называется этот сорняк).

В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку»

Слайд17

Многие растения и животные обладают способностью «чувствовать» некоторые явления природы и её воздействие, которые человек даже не замечает. Медузы воспринимают эти колебания. В результате изучения данного явления был сконструирован прибор, позволяющий определить направление шторма и силу задолго до его начала (примерно за 15 часов).

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

Читайте также:  Значение водорослей в природе и жизни человека

Слайд18

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

Слайд19

Перспективы бионики

От того на сколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на Земле, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле

Слайд20

Выводы

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.

Слайд21

СПАСИБО  ЗА ВНИМАНИЕ

Источник: https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_nauka_vdohnvlennaya_prirodoy_bionika-100561.htm

Занимательная бионика на примере внешней схожести автомобилей, природных объектов и существ..

основы общей бионикидля учащихсяпо художественно-эстетическим специальностям

Итак, приступим к нашей сегодняшней теме: что же такое в данном случае эстетика, красота и художественный подход?Дело в том, что все эти понятия рождались только благодаря изучению природы, затем божественного начала во всём, а чуть позже снова через изучение природы, но уже не с философской или же религиозной точки зрения, а с точки зрения науки. Человек всегда стремился к гармонии с природой – отсюда и шедевры архитектуры древних цивилизаций с их Золотым сечением, и Ренессанс с его новым взглядом на мир и место человека в нём, и многое-многое другое…Так вот, связка бионики (науки о подобии рукотворного природному) сэстетикой состоит именно в выработанном тысячелетиями понятии красоты и функциональности одновременно. А где ещё, как не в природе, найти такие простые решения своих задач? Однако, в природе есть и «уродливые» создания, которые не смотря ни на что, вполне функциональны в своей среде обитания (например, насекомое «Медведка»). Так что, если смотреть прямо, то понятия красоты и уродства очень условны, они сильно зависят от людей, которые сами, чаще всего, зависят от моды и шика с китчем.Вообще же признание чего-то или кого–либо уродливым зависит также и от общества, и здесь-то как раз человечество приняло моду (хотя по нынешним временам порой очень пошлую), которая стала «своеобразной скорлупой или раковиной» с достаточно навязанной вкусовщиной… Ведь мода, по идее, — это всегда комфортно, эстетично и удобно (по крайней мере так утверждает реклама), к сожалению в реальности это не всегда так. Ради моды люди уродовали себя физически на протяжении тысячелетий и при этом совершенно в разных уголках Земли: затягивание бинтами голов детей в Древнем Египте ради придания вытянутой (божественной) формы черепа, сюда же входит и традиция такого же затягивания, только ступней ног у женщин высокого происхождения, которая была известна и практиковалась в средневековой Японии, не говоря уже о западноевропейской моде на туго стянутые корсеты, из-за которых девушки и женщины часто теряли сознание прямо на балах от нехватки кислорода – вот так крепко, ради осиной талии, затягивался корсет… и многое – многое другое…

Взглянем хотя бы воочию на то, как менялся стандарт женской красоты на протяжение последних 500 лет…

http://www.youtube.com/watch?v=nUDIoN-_Hxs …

Тут же хочется привести и другой пример художественного образа, который эстетически призван отталкивать…Это Император Галактики из киноленты (культовой эпопеи) Джорджа Лукаса «Звёздные войны» — часть 6…

Роль зловещего предводителя тёмной иерархии сыграл Йан Мак Дайярмид…Смотрим ссылку, где Лорд Вейдер выбирает светлую сторону Силы и в итоге, погибая сам, спасает своего сына Люка:

http://video.yandex.

ru//users/d-chebatkov/view/30/ …

Особо неприятный образ, созданный на экране актёром Йаном Мак Дайярмидом.
Ещё парочка крайне неприятных персонажей из фантастического сериала «Лексс» — Мантрид и Брайзон.Подробнее по ссылке:

http://video.yandex.ru/users/d-chebatkov/view/32/ …

А вот и примеры разнообразных типажей, которые встречаются в постъядерном мире, по версии разработчиков компьютерной игры Fallout — 1 и 2:

и

Здесь же дам и резко противоположный пример с участием наимилейших существ:

http://lovi.tv/video/vwnitkscpm/Kotytki_katautsy …

и

http://vk.com/away.php?to=http%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DaYbiPdXZp6E&post=173223471_7 …

Никак не могу не привести пример бионики с участием следуюших персонажей:

Иван Охлобыстин в роли доктора Быкова.

Тиранозавр Рекс.

Вот Вам и ящер в человеческом обличии… : )

Те, кто особенно заинтересовался данной тематикой, могут увидеть соответствующую лекцию по следующей ссылке:

Мода на природу, однако, не исчезнет никогда – это наш источник вдохновения. Ведь у человека заложена тяга к украшательствам и развитию таким образом своего тела (от татуировок у заключённых вплоть до современных фетишистов и диких племён.) Всё это вызвано необходимостью показать свою принадлежность к чему или кому-либо, иерархичностью и т.д.

Здесь и стали подниматься ростки эстетики. Когда для ожерелий подбирали более интересные и необычные кости, раковины, жемчуг и т.д.

Именно здесь же и нужно сказать, что современное нам понятие красоты вообще теперь довольно абстрактно, так как все мы личности и можем позволить себе даже вызывающе одеться, что раньше было просто невозможно!!! Вспомним хотя бы 50-ые и 60-ые послевоенные годы с движением стиляг, которых ловили и дружинники, и милиция, многих судили за распространение пластинок с музыкой американского производства, выгоняли из комсомола, писали жалобы и занимались прочей никому не нужной чисто совдеповской деятельностью…Понятием же истинной красоты у наших предков считался, прежде всего, расчёт по математическим выкладкам любого сооружения, также использовался и прямой расчёт на то, что природа сама подскажет выход, и действительно очень часто так и случалось, так, например, именно раковина  Наутилуса подтолкнула инженерную мысль и вскоре стали появляться подводные лодки… Нельзя не вспомнить здесьи пророка своего времени — Жюля Верна…Именно тогда человек стал отгораживаться от природы (урбанизировать пространство, в том числе стали практически в каждом кабинете, помещении, квартире или доме использовать правила феншуй (фэн-шуй)), через несколько поколений стали складываться стереотипы «боязни» насекомых (уж слишком мы с ними не похожи) и некоторых других животных. Таким образом, произошла парадоксальная штука: человек, со временем, изготовлял всё большее количество различной продукции, уже сам не помня, откуда все эти формы и построения берутся. Подобные вещи известны художникам и дизайнерам, но простые потребители вообще не придают значения тому, что утюг, например, по дизайну напоминает большого жука, а старинные телефонные аппараты – ракообразных…!!!

По вопросу телефонных аппаратов и членистоногих, в своё время, очень хорошо подметил ещё Сальвадор Дали, создав один из своих шедевров: «Телефон — омар»…

Сальвадор Дали. «Телефон-омар». 1936 год.

В конце нашего рассказа мы проведём чисто научный эксперимент – будем угадывать, что конкретно подсмотрено у природы при создании того или иного автомобиля.Таким образом, дизайн почти каждого предмета – это либо вещь, изготовленнаяиз природного материала, либо отчасти скопированная из живой, а порой и неживой природы.

Совпадений форм в случайном порядке не бывает — всё от природы!

НО ОБ ЭТОМ В СЛЕДУЮЩЕЙ ЧАСТИ:

Мастерская природы – нерукотворный источник всего живого на нашей планете. Природа – гениальнейший конструктор, архитектор, инженер, художник и великий строитель.

Любое творение природы представляет собой высокосовершенное произведение, отличающееся поразительной целесообразностью, надёжностью, прочностью, экономичностью расхода строительного материала при разнообразии  форм и конструкций.

С давних пор стремился человек как бы «заглянуть внутрь живых моделей», разгадать «секреты» действия биологических систем, созданных в мастерской природы.

Бурный рост технической мысли, начавшийся с середины ХХ века, развитие биологии и вторжение в неё таких точных наук, как физика, химия, математика и в особенности кибернетика, перебросившая мост между биологией и техникой, — всё это привело к тесной взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие такой новой науки, а точнее даже целого направления, получившего название – бионика (от слова «бион» — элемент или ячейка жизни).Бионика занимается изучением аналогий в живой и неживой природе, то есть изучением принципов построения и функционирования биологических систем, их элементов и применением полученных знаний для коренного усовершенствования существующих технических систем, созданием принципиально новых машин, аппаратов, строительных конструкций и т.д.Подборка, что Вы видите сейчас на мониторе Вашего компьютера, знакомит читателя с некоторыми биологическими системами живой природы, представляющими интерес для учёных-биоников.  На примере иллюстраций я постараюсь более наглядно показать что к чему. В основном показаны рисунки, фотографии и схемы. Именно они прекрасно иллюстрируют свойства «живых моделей», их качества, свойства, многое говорят об их органах чувств, способах передвижения, системах навигации, ориентации и локации, конструктивных особенностях, а также показаны достижения техники и электроники, сделанные на основе знаний о бионике.Для наилучшего усвоения материала основная информация будет «разбавлена» примерами столкновения двух сфер – бионики и автомобильного дизайна, на примере чего Вы сможете наглядно понять, что такое истинное сходство техники с природой…БИОНИКА:Одна из тех наук, которая теснейшим образом связана с живой природой и которая очень заинтересована, чтобы на Земле остались те животные, на которых идёт беспощадная охота ради наживы… Истреблённые человеком животные ныне могли бы очень пригодиться для создания различных препаратов, вакцин, дальнейшего изучения эволюции и многого другого…

ПЕРЕХОДИМ  К  ИЗУЧЕНИЮ  МАТЕРИАЛА  ПО  ПУНКТАМ:

Автомобили — пресмыкающиеся земноводные животные:

Лягушки:

Автомобили — водоплавающие и земноводные животные:

Касатка:Скат:Акула:Дельфин:Пиранья:Сом:Черепаха:Пузырчатка:Лосось:Брюхоногий моллюск с раковиной:

Каплевидная форма у автомобилей:

Автомобили — летающие животные:Чиж:

Между прочим — это дипломная работа группы незабвенного историка автомобильной техники Льва Шугурова.

Лев Шугуров рядом с произведением группы студентов технического вуза.

Ласточка:Вороны:Чайка:Лебедь:Летучая мышь:Попугай:Автомобили — гусеницы и многоножки:

Автомобили — насекомые:

Стрекозы и пауки:

Автомобили — жуки:

Бронзовка:Жучки — букашки и «Божьи коровки»:»Скарабеи» или «Жуки-навозники»:Муравей:Тараканы:Цикады:Клещи:Блоха:Вошь:»Медведки»:Пчелиная матка или матка термитов:

Автомобили яйцевидной и сферической формы:

Автомобили — утюги:

(случай бионического соответствия в технике автомобиля с бытовым прибором):Автомобиль — опасная бритва:

Автомобили — крупные сухопутные животные:

Вол:Носорог:

Прочие животные:

Крот:Ягуар:Скорпион:
Ну а сейчас — незабываемое путешествие в мир безумных фантазий некоторых автолюбителей, и учтите, что это тоже имеет отношение к бионике…

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ПАНОПТИКУМ

Наслаждайтесь…!!!Такое ощущение, что кто-то взял микроавтобус «Старт» и довёл его до безумия… Вот Вам и «плавниковый стиль»!!!

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ…

Источник: https://chebatkov.livejournal.com/11967.html

Ссылка на основную публикацию