Достижение бионики
Содержание:
Введение
Первые применения бионики
Классические примеры:
Внешнее строение листа
Внутреннее строение стебля травянистого растения
Распространение плодов и семян
Характеристика семейства злаков
Класс насекомые. Отряд двукрылые
Строение и функции отделов головного мозга
Умная природа
Современные открытия:
Скелет глубоководных губок
Стаи термитов, на благо общества
Бегающие и прыгающие роботы
Заключение
Приложение
Список литературы
Введение
Био́ника (от греч. biōn — элемент жизни, буквально — живущий) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов, свойств, функций и структур живой природы. 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.
Изучение закономерности формообразования организмов для построения по их подобию искусственных объектов обычно однозначно относят к области бионики [новое научное направление конца 50-х годов ХХ ст. Появление этой науки явилось следствием развития кибернетики, биофизики, биохимии, космической биологии, инженерной психологии и др. Симпозиум в Дайтоне (США) в сентябре 1960г. дал название новой науке – бионика. Лозунг симпозиума: «Живые прототипы – ключ к новой технике» хорошо определяет перспективы развития бионики на многие годы.] В действительности принципы построения биоформ, биоструктур, биофункций с целью их использования при создании технических систем или архитектурных объектов исследует не одна, а несколько биофизических наук.
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.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
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.
Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
à 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);
à исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;
à изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;
à исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.
Первые применения бионики
Почти любая технологическая проблема, которая встает перед дизайнерами или инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами. Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукт и распространяют зерна.
Специалисты по бионике рассуждают именно таким образом. Когда они сталкиваются с некоей инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям.
Примерно так же поступил Густав Эйфель, который в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии.
Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). 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. Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал (приложение рис. №1).
В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем (приложение рис. №2).
Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) 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» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды (приложение рис. №3).
Классические примеры
«Внешнее строение листа»
Обратим внимание на их архитектонику, назначение различных жилок.
Подобно строению листа строят деревянные основания для крыш жилых домов. Вдоль располагают основную балку, а перпендикулярно крепятся поперечные. На них кладут доски, а на досках крепится кровельное покрытие.
Продольные жилки листа имеют твердую ткань и скреплены поперечными серповидными перепонками из той же ткани. Такое строение создает прочную основу для устойчивого положения полупрозрачной и тонкой кожицы листа.
По подобию строения листа дерева (приложение рис. №4 -а, б) сооружен свод главного зала Туринской выставки (Италия) (приложение рис. №4 -в). В конструкции свода изогнутые продольные ребра и волнистые поперечные диафрагмы создают необходимую жесткость и устойчивость, давая возможность без опор перекрыть пространство пролетом 98 м.
Строительные сооружения, которые создает человек, удовлетворяют его требованиям и так же, как естественные природные конструкции, противостоят внешнему влиянию климатических и погодных изменений.
«Внутреннее строение стебля травянистого растения»
У поперечных срезов стеблей травянистых растений — иное строение по сравнению с древесными. Например, в поперечном разрезе стебель растения пухоноса (приложение
