Биологическая бионика примеры

бионика

Смотреть что такое «бионика» в других словарях:

  • БИОНИКА — , наука, изучающая живые организмы с целью использования результатов познания механизмов их функционирования при конструировании машин и создании новых техничеких систем. Например, данные бионики, полученные при… … Экологический словарь

  • БИОНИКА — БИОНИКА, направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Сформировалась во 2 й половине 20 в. Для решения… … Современная энциклопедия

  • БИОНИКА — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Большой Энциклопедический словарь

  • Бионика — наука, начавшая формироваться в 60 х гг. ХХ в. и изучающая при помощи метода моделирования принципы функционирования живых систем для переноса их в область инженерной практики. В частности, существенных достижений удалось достичь при разработке… … Психологический словарь

  • БИОНИКА — БИОНИКА, и, жен. Раздел кибернетики, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности организмов в целях постановки и решения новых инженерных задач. | прил. бионический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

  • БИОНИКА — (от греч. bio элемент жизни, букв. живущий), одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технич. систем или устройств. Сформировалась во 2 й пол. 20… … Биологический энциклопедический словарь

  • бионика — сущ., кол во синонимов: 2 • биокибернетика (1) • биология (73) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

  • Бионика — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Политология. Словарь.

  • БИОНИКА — БИОНИКА. Наука, изучающая принципы строения и функционирования живых систем для решения инженерных задач: совершенствования и конструирования машин, приборов, технологических процессов. Как самостоятельная наука Б. начала формироваться в 1960 х… … Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам)

Научно-исследователь работа по биологии «Бионика»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа №48»

Секция эколого-географическая

Бионика

( БИОлогия + техНИКА )

Работу выполнили:

учащиеся 10А класса

Приймак Анастасия,

Сиротина Виктория.

Руководитель:

учитель биологии

Балашова С.Г.

Рязань 2016

Введение……………………………………………………………………………… 3

1. История и основные задачи бионики……………………………………………. 4

2. Бионика и архитектура…………………………………………………………….. 7

3. Бионика и дизайн………………………………………………………………… 11

4. Бионика и медицина……………………………………………………………… 13

5. Бионика и техника……………………………………………………………….. 17

Заключение………………………………………………………………………….. 27

Источники информации……………………………………………………………. 28

Введение. Вы слышали о такой науке, как бионика?

Биология – популярное знание, с которым нас знакомят ещё в школе. Почему-то многие считают, что бионика – один из подразделов биологии. На самом деле это утверждение не совсем точное. Действительно, в узком смысле слова бионика – это наука, изучающая живые организмы. Но чаще всего мы привыкли ассоциировать с этим учением нечто другое. Бионика (от греч. biōn — элемент жизни, практически — живущий), наука, пограничная меж биологией и техникой, решающая инженерные задачки на базе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика плотно сплетена с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками — электроникой, навигацией, связью, морским делом и др. Природа и люди строят по одним и тем же законам, соблюдая принцип экономии материала и подбирая для создаваемых систем оптимальные конструктивные решения (перераспределение нагрузки, устойчивость, экономию материала, энергии).

Предмет изучения: наука бионика.

Объект изучения: достижения бионики как науки о построении технических устройств, характеристики которых максимально приближены к особенностям живых организмов.

Цель работы: определить место и значение бионики в системе современных научно-технических знаний и достижений.

Задачи:

  1. сформулировать представление о предмете и основных направлениях изучения бионики;

  2. дать краткое историческое описание становление бионики как науки;

  3. выделить главные достижения бионики в областях современной науки и техники: в медицине, архитектуре и дизайне, промышленности.

1. История и основные задачи бионики.

Что изучает бионика?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть структурное деление самого учения. Биологическая бионика исследует природу такой, какая она есть, без попытки вмешательства. Объектом её изучения являются процессы, происходящие внутри биологических систем. Теоретическая бионика занимается изучением тех принципов, которые были замечены в природе, и на их основе создаёт теоретическую модель, в дальнейшем применяемую в технологиях. Практическая (техническая) бионика – это применение теоретических моделей на практике. Так сказать, практическое внедрение природы в технический мир.

Преимущество человека в том, что способности мозга уникальны, человек способен мыслить. Появилось самостоятельное направление в науке и в технике, цель которого – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. Природа даёт человеку множество примеров для технических изобретений. Бионика — это соединение биологии и техники.

Откуда всё начиналось?

Отцом бионики называют великого Леонардо да Винчи. В записях этого гения можно найти первые попытки технического воплощения природных механизмов. Чертежи да Винчи иллюстрируют его стремление создать летательный аппарат, способный двигать крыльями, как при полёте птицы. В своё время такие идеи были слишком дерзкими, чтобы стать востребованными. Они заставили обратить на себя внимание значительно позже.

Первым, кто стал применять принципы бионики в архитектуре, был Антони Гауди-и-Курнет. Его имя прочно впечатано в историю этой науки. Архитектурные сооружения по проектам великого Гауди впечатляли в момент их сооружения, и такой же восторг они вызывают через много лет у современных наблюдателей.

Л. да Винчи А. Гауди Р. Штайнер

Следующим, кто поддержал идею симбиоза природы и технологий, стал Рудольф Штайнер. Под его руководством началось широкое применение бионических принципов в проектировании зданий. Утверждение бионики как самостоятельной науки произошло лишь в 1960 году на научном симпозиуме в Дайтоне. Развитие компьютерной техники и математического моделирования позволяют современным архитекторам намного быстрее и с большей точностью воплощать в архитектуре и других отраслях подсказки природы.

Кто первый – природа или люди?

Иногда случается, что то или иное изобретение человечества уже давно «запатентовано» природой. То есть изобретатели, создавая нечто, не копируют, а придумывают сами технологию или принцип работы, а позже оказывается, что в естественной природе это уже давно существует, и можно было просто подсмотреть и перенять. Так произошло с обычной липучей застёжкой, которая используется человеком для застегивания одежды. Было доказано, что в строении перьев птиц для сцепления тонких бородочек между собой тоже применяются крючочки, подобно тем, которые есть на застёжке-липучке.

В строении фабричных труб наблюдается аналогия с полыми стеблями злаков. Продольная арматура, используемая в трубах, сходна со склеренхимными тяжами в стебле. Стальные кольца жёсткости – междоузлия. Тонкая кожица с внешней стороны стебля – это аналог спиральной арматуры в строении труб. Несмотря на колоссальное сходство структуры, учёные самостоятельно изобрели именно такой метод постройки фабричных труб, а уже позже увидели тождество такого строения с природными элементами.

2. Бионика и архитектура.

И с каждым годом все более ощутимой становится потребность человека в естественной гармоничной среде обитания, наполненной воздухом, зеленью, природными элементами. Поэтому экологическая тематика становится все более актуальной в градостроительстве и ландшафтном дизайне.

Бионика – это направление в первую очередь научное, а потом уже творческое. Применительно к архитектуре оно означает использование принципов и методов организации живых организмов и форм, созданных живыми организмами, при проектировании и строительстве зданий. Первым архитектором, работающим в стиле бионики, был Антонио Гауди. Его знаменитыми работами до сих пор восхищается мир (Дом Бальо, Дом Мила, Храм Святого Семейства, Парк Гуэля и др.).

Дом Мила в Барселоне Храм Святогго Семейства (Барсаелона)

Дом Бальо в Барселоне

Современная бионика базируется на новых методах с применением математического моделирования и широкого спектра программного обеспечения для расчета и 3d-визуализации. Основной ее задачей является изучение законов формирования тканей живых организмов, их структуры, физических свойств, конструктивных особенностей с целью воплощения этих знаний в архитектуре. Живые системы являются примером конструкций, которые функционируют на основе принципов обеспечения оптимальной надежности, формирования оптимальной формы при экономии энергии и материалов. Именно эти принципы и положены в основу бионики.

Вот несколько величайший сооружений на основе бионики во всем мире:

  • Эйфелева башня в Париже (повторяет форму берцовой кости)

  • Стадион «Ласточкино гнездо» в Пекине (внешняя металлическая конструкция повторяет форму птичьего гнезда)

  • Небоскреб Аква в Чикаго (внешне напоминает поток падающей воды, также форма здания напоминает складчатую структуру известковых отложений по берегам Великих Озер)

  • Жилой дом «Наутилус» или «Раковина» в Наукальпане (его дизайн взят из природной структуры – раковины моллюска)

  • Оперный театр в Сиднее (подражает раскрывшимся лепесткам лотоса на воде)

  • Плавательный комплекс в Пекине (конструкция фасада состоит из «пузырьков воды», повторяет кристаллическую решетку, она позволяет аккумулировать солнечную энергию, используемую на нужды здания)

  • Национальный оперный театр в Пекине (имитирует каплю воды)

Бионика включает в себя и создание новых для строительства материалов, структуру которых подсказывают законы природы. На сегодняшний день существует уже множество примеров бионики, каждый из которых отличается удивительной прочностью своей структуры. Таким образом, можно получить новые дополнительные возможности для возведения сооружений различных масштабов.

3. Бионика и дизайн.

Бионический стиль пришел и в дизайн интерьера: как в жилых помещениях, так и в помещениях сферы услуг, социального и культурного назначения. Примеры бионики можно увидеть в современных парках, библиотеках, торговых центрах, ресторанах, выставочных центрах и т.д. Что же характерно для этого модного стиля? Каковы его особенности? Как и в случае архитектуры, бионика интерьера использует природные формы в организации пространства, в планировании помещений, в дизайне мебели и аксессуаров, в декоре.

Свои идеи дизайнеры черпают из знакомых структур живой природы:

  • Воск и пчелиные соты – основа для создания необычных конструкций в интерьере: стен и перегородок, элементов мебели, декора, стеклянных конструкций, элементов стеновых и потолочных панелей, оконных проемов и т.д.

  • Паутина является необычайно лёгким и экономным сетчатым материалом. Часто применяется как основа в дизайне перегородок, дизайне мебели и осветительных приборов, гамаков.

  • Наружные или внутренние лестницы могут быть выполнены в виде спиральных или необычных конструкций, созданных из комбинированных природных материалов, повторяющих плавные природные формы. В дизайне лестниц художники бионического направления чаще всего отталкиваются от растительных форм.

  • Цветные стекла и зеркала используются в примерах бионики для того, чтобы создать интересное освещение.

  • В деревянных домах в качестве несущих колон могут использоваться стволы деревьев. Вообще дерево – один из самых распространенных материалов интерьера в стиле бионики. Также применяют шерсть, кожу, лен, бамбук, хлопок и др.

  • Из водной глади берутся и гармонично вписываются зеркальные и глянцевые поверхности.

  • Отличным решением является применение перфорации с целью уменьшения веса отдельных конструкций. Пористые костные структуры часто используются для создания интересной мебели, при этом экономя материал, создавая иллюзию воздушности и легкости.

Светильники также повторяют биологические структуры. Красиво и оригинально смотрятся светильники, имитирующие водопад, светящиеся деревья и цветы, облака, небесные светила, морских обитателей и т.д. Примеры бионики зачастую используют природные материалы, которые являются экологически чистыми. Характерными особенностями данного направления считаются плавные линии, натуральная цветовая гамма. Это попытка создать атмосферу, приближенную к естественной природе, при этом не упраздняя удобств, которые человек приобрел с развитием техники. Электронику вписывают в дизайн таким образом, чтобы она не бросалась в глаза.

В примерах бионики в интерьере можно рассмотреть аквариумы, интересные необычные конструкции и уникальные формы, которые, как и в природе, не повторяются. Можно сказать, что в бионике нет четких границ и зонирования пространства, одни помещения плавно «перетекают» в другие. Природные элементы не обязательно будут применимы ко всему интерьеру. Очень распространены в настоящее время проекты с отдельными элементами бионики – мебелью, повторяющей структуру тела, структуру растений и других элементов живой природы, органические вставки, декор из натуральных материалов.

Стоит отметить, что ключевой особенностью бионики в архитектуре и дизайне интерьера является подражание природным формам с учетом научных знаний о них. Создание благоприятной для человека экологически безопасной среды обитания с применением новых энергоэффективных технологий может стать идеальным направлением развития городов. Поэтому бионика является новым быстро развивающимся направлением, захватывающим умы архитекторов и дизайнеров.

4. Бионика и медицина.

Несмотря на то, что прошло уже порядочно лет, многие учёные так и не пришли к единому выводу, чем же считать бионику в медицине, одни её считают перспективной ветвью в развитии человечества, а другие напротив, относятся крайне скептически, но есть и такие которые считаю бионику в медицине перспективной и развивающейся наукой. Если посмотреть на бионику в медицине, то можно смело утверждать, что эта наука, которая занимается изучением принципов построения, а также функционирования не только сложных биологических систем, но и их элементов.

Занимаясь подробным изучением бионики в медицине, учёные могут добиться потрясающих результатов, а также усовершенствовать текущие наработки, всё это позволит разработать методы помогающие людям избавиться от сложных проблем и излечить серьёзные болезни. Вообще сама наука бионика и медицина плотно связаны друг с другом, ведь если посмотреть, то бионика не может обойтись без биологии, химии, инженерных наук и кибернетики, все это связывает бионику в медицине прочной цепью. Ещё древние мудрецы предложили использовать знания о живой природе во благо человечества.

Бионика в медицине охватывает множество очень важных направлений, над которыми работают учёные, к тому же эта наука изучает следующие проблемы:

  • Бионика в медицине ставит перед учёными важные задачи по изучению нервной системы человека и животных, а также моделирования нервных клеток и нейронных сетей для создания более совершенных вычислительных систем.

  • Также бионика в медицине занимается изучением органов чувств и многих систем восприятия окружающего мира живыми организмами.

  • Важной задачей бионики в медицине по-прежнему является изучение принципов ориентации, навигации и локации у различных видов животных.

  • И последнее, но не менее важно исследование бионики в медицине, является тщательное изучение физиологических, биохимических, а также морфологических особенностей живых организмов.

Многие медицинские инструменты имеют прообраз среди представителей живого мира. Игла-скарификатор, служащая для забора периферической крови (например, с целью выполнения общего анализа крови), сконструирована по принципу, полностью повторяющему строение зуба-резца летучей мыши, укус которой, с одной стороны, отличается безболезненностью, а с другой – всегда сопровождается достаточно сильным кровотечением.

Привычный всем поршневой шприц во многом имитирует кровососущий аппарат насекомых – комара и блохи, с укусом которых знаком каждый человек.

Применяемая во время хирургической операции игла, используемая для наложения швов на внутренние органы и ткани человека, за несколько веков не изменила своей первоначальной формы – формы рёберных костей крупных рыб, а скальпель до сих пор повторяет форму тростникового листа с его природной режущей кромкой.

Но это лишь самые простые примеры, дошедшие до нас буквально из глубины веков, а современное развитие бионики касается множества высокоразвитых медицинских технологий. Типичным примером является современная технология реконструкции и наращивания зубной эмали, являющаяся одним из «китов» нынешней стоматологии и применяющаяся в косметологии технология наращивания ногтей и волос. Основой для этих технологий является принцип построения морских губок, а также техника строения гнёзд стрижей-салангинов. Оба эти строительных принципа основаны на химиоотвердевающей и светоотвердевающей методиках.

В медицине благодаря бионике совершились множественные полезные открытия, среди которых можно назвать и использование биотоков. Правда, их открыл ещё раньше итальянский физиолог Луиджи Гальвани, но в те времена использование биотоков не позволяло добиться нужного результата. Но только не в наше время, сегодня использование биотоков в медицинской бионике позволило сделать существенный прорыв в виде искусственной руки, которая работает с помощью импульсов. Первый искусственный протез появился в тысяча девятьсот пятьдесят седьмом году, но его возможности были крайне малы, такая рука могла только сжимать и разжимать пальцы, а также совершать чередование этих команд. Эти опыты проводились до тысяча девятьсот шестидесятого года, после этого бионика в медицине вновь совершила стремительный рывок, предоставив общественности новый вид искусственной руки, она уже могла не только сжимать пальцы, но и более сносно писать с помощью ручки.

Из года в год такие опыты продолжаются, они совершенствуются, улучшаясь и становясь лучше. Учёные тщательно работают, пытаясь с помощью бионики достичь в медицине новых высот, среди которых, наконец-то появится возможность подарить людям, утратившим конечности возможность полноценно ощущать жизнь, передвигаться без инвалидного кресла. Бионика в медицине не стоит на месте, несмотря на молодой возраст, эта наука уже смогла достичь небывалых высот, и возможно пройдёт ещё пару лет, когда она сможет решить любые сложные медицинские проблемы, по крайней мере, бионика в медицине может подарить надежду, а это дорого стоит.

5. Бионикак и техника.

Может ли человек достичь того, чего достигла живая природа? 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. Полученные сведения о живых организмах можно применять для создания новых приборов, механизмов, материалов.

Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике. Человек, наблюдая за окружающей природой, извлекал из нее некоторые уроки, помогавшие ему создавать полезные устройства. Элементы бионики вложены в изобретение колеса, ножа и других инструментов. Арабские врачи задумались об использовании хрусталя или стекла для увеличения изображения подобно тому, как это происходит в хрусталике глаза. Русский ученый Н.Е. Жуковский разработал методику расчета подъемной силы крыла самолета на основе изучения полета птиц.

Шарниры.

Самое простое в природе и технике сочленение — шарнирное. Оно позволяет вращаться одной части вокруг другой и при этом не сдвигаться с места. Тихоокеанские сердцевидки-великаны, для того чтобы сложить две свои створки, ракушки используют шарниры. Левая створка, имеющая выступ, попадает в углубление правой, и наоборот. Это шарнирное соединение состоит только из двух частей, которые очень прочно смыкаются друг с другом, выполняя свою задачу наилучшим образом. Если в технике шарнир может состоять из трех частей, то в природе он состоит только из двух. Этот более компактный вид шарнира был со временем разработан и в технике. Вспомним защелкивающуюся крышку, например крышку шампуня, для шарнира которой необходимы только две части.

Технические шарниры. Технические шарниры можно приобрести на любом строительном рынке. Их применяют, например, для того, чтобы прикрепить крышку к ящику. При этом крышка легко открывается и закрывается. Шарнирами снабжено большинство футляров. Их крышка плотно соединяется с нижней частью и не может соскочить, поэтому, когда такой футляр кладут в карман, очки не выпадают. Технические шарниры обычно состоят из двух частей, которые соединяются друг с другом с помощью стержня. При этом возможно единственное движение — вращение двух половинок вокруг соединительного стержня.

Экскаваторы.

Для того чтобы схватить предмет или просверлить дырку, в природе и в технике используются одинаковые методы. Ловчие птицы. Такое название объясняется самим принципом охоты птиц. Чтобы удержать добычу, они цепко обхватывают свою жертву и впиваются в нее острыми когтями. Из таких объятий вырваться невозможно. Беркут охотится на мелких млекопитающих и птиц. Своими сильными и цепкими когтями впивается в шкуру молодых сурков. Скопа и орлан-белохвост питаются чаще всего рыбой, которую можно поймать на поверхности воды. Их удлиненные лапы с очень острыми загнутыми когтями и грубой жесткой чешуйчатой внутренней стороной позволяют им впиваться в скользкую, готовую в любой момент ускользнуть рыбу так, что та уже не может вырваться.

Лапы 290 видов ловчих птиц имеют свои различия: природа позаботилась о том, чтобы «захватывающий аппарат» был приспособлен для охоты на определенный вид добычи. Таким образом, птица всегда может добыть пропитание.

Присоски.

Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.

Технические присоски. Если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нем. Присоска слегка закруглена и расправляется при соприкосновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум, и присоска прикрепляется к стеклу.

Пингвины и снегоходная машина.

Пингвины передвигаются по снегу, отталкиваясь ластами, подобно лыжникам, использующим для этой цели палки. Основанная на этом принципе снегоходная машина «Пингвин», лежа на снегу широким днищем, способна двигаться со скоростью до 50 км/ч. В подобных машинах нуждаются исследователи Арктики и Антарктиды, а также жители наших северных регионов – охотники, оленеводы. Здесь тягачи, тракторы и снегоходы при своем движении по снегу образуют глубокую колею, буксуют и увязают. Подобные машины могут использоваться и на мелководных озерах, где обычные плавательные средства чаще всего не могут применяться.

Пинцеты.

Техника использует специальные инструменты: клещи и пинцеты. Природа же работает с многочисленными «комбинированными приборами».

Веретенник своим длинным 15-сантиметровым клювом ощупывает землю, втыкая его в мягкую почву. При этом кончик клюва птица в нужный момент открывает и закрывает. Таким образом ей легко хватать маленьких червяков и другую добычу. Ее тонкий клюв входит довольно глубоко в землю, и оттуда птица достает себе пищу.

Клюв — это комбинированный инструмент. До захвата пищи клюв сжат и служит в качестве ищущего инструмента. Только глубоко в земле он открывается, словно две створки пинцета, выполняя в этом случае функцию точно работающего хватающего механизма. Природа создала инструмент, который способен решить большое количество задач.

Человек изобрел инструмент, который выполняет те же функции, что и клюв веретенника. Это – пинцет. Его острые концы легко проникают под верхний слой предметов. Сжав пальцами обе половинки пинцета, можно захватить даже самые мелкие предметы. Если отпустить их, пинцет разожмется и выпустит предмет. Преимущество инструмента, обе половинки которого движутся навстречу друг другу, состоит в том, что захватить предмет довольно легко. Тоже самое мы наблюдаем, когда работаем ножницами. Если удерживать одну их половину и двигать только другой, можно быстро заметить, насколько труднее режется бумага.

Судостроение.

Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов. Японский ученый Тако Инуи учел это при создании модели пассажирского парохода. По сравнению с обычными судами китообразный пароход оказался более экономичным. При уменьшении мощности двигателей на 25% он сохранил прежнюю скорость и грузоподъемность. Американская подводная лодка «Скипджек», корпус которой по форме напоминает белого кита, имеет более высокую скорость, повышенную маневренность по сравнению с другими подводными судами.

Турбулентность дельфина и автомобильных шин.

Дельфины способны развивать в воде скорость до 56 км/ч, сопровождая часами и даже днями быстроходные корабли. Расчеты показали, что для достижения такой скорости мышцы дельфинов должны быть в 10 раз мощнее, чем они есть на самом деле. Было замечено, что вокруг живого дельфина возникает струйное течение, не переходящее в вихревое. Обтекаемая форма дельфина способна преодолевать турбулентность воды. Его эпидермис очень эластичен. Антитурбулентность дельфина применяется в конструкции автомобильных шин. Кожа дельфина состоит из тонкого наружного и лежащего под ним росткового (шиловидного) слоев. В ячейки росткового слоя входят упругие сосочки дермы, точно зубцы резиновой щетки для замшевой обуви. Эпидермис и сосочки дермы особенно развиты в лобной части головы и на передних краях плавников, где давление воды максимальное. Ниже сосочков дермы располагаются коллагеновые и эластиновые волокна, а между ними – жир. Кожа дельфина под микроскопом

Лодка с «плавниками».

В технике использует принцип вращения, природа использует принцип колебания. Инженеры рассчитали, что тяга при колебании плавников эффективнее, чем тяга судового винта, и при этом затрачивается меньше энергии. Недавно удалось создать настоящие подводные «лодки-рыбы», хотя и небольшого размера. Они приводятся в действие колеблющимся плавником, который похож на плавник тунца.

Как серебряная птица в небе кружит самолет.

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. Новые принципы полета, разрабатываются на основе изучения птиц и насекомых.

Природа даёт человеку множество примеров для технических изобретений.

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. Например его используют для производства тканевополимерного бронежилета.

Камеры наблюдения и тропическая рыба-кузовок.

Но не всегда и не всё так просто. К примеру, в 70-х годах учёным понадобилось несколько лет и растровый электронный микроскоп, чтобы понять, почему листья лотоса никогда не пачкаются. После нескольких лет дополнительных исследований и экспериментов открытые водоотталкивающие микро- и наноструктуры были перенесены в техническую сферу. Так возникли непачкающиеся краски для фасадов и самоочищающееся стекло, применяемое на камерах наблюдения за дорожным движением.

Три года назад корпорация Mercedes Benz разработала бионическое транспортное средство, скопированное с тропической рыбы-кузовка. Несмотря на свою чемоданообразную форму, машина имеет крайне низкое сопротивление воздуха.

Таким образом, уже из нескольких примеров можно сделать вывод о значительной роли бионики в современном научном мире, причем не просто как абстрактной науки, не лишенной небольшого прикладного значения, а как базисной основы современной техники и технологий. Природа оттачивала свое инженерное мастерство неисчислимое количество лет, что и объясняет детальную, даже миниатюрную отточенность функций и форм природных объектов. Человек обладает инженерным мастерством сравнительно недавно, значит, его обращение к природным объектам принципиально верное и сулит в будущем много интересного и неожиданного, а следовательно обусловливает развитие одной из новых наук — бионики.

Заключение.

Сегодня бионика уже не разменивается на мелочи. Это установившаяся наука, которая получает выгоду от всё более быстрых компьютеров и расширяющихся возможностей микротехники: теперь учёные могут исследовать даже мельчайшие структуры растительного и животного мира.

В 1963 г. на Всесоюзной конференции по бионике академик А.И. Берг, один из создателей и идеологов бионики, отметил, что в природе существует много лишнего и несовершенного, избыточного и с технической точки зрения неоправданного. Поэтому бионика не слепо копирует природу, она лишь заимствует у нее совершенные конструктивные схемы и механизмы биологических систем, обеспечивающие в сложных условиях существования особую гибкость и живучесть, выработанные живыми системами. На протяжении многих миллионов лет биологической эволюции на Земле в процессе естественного отбора возникало огромное количество самых разнообразных видов живых организмов. Изучение существующих и вымирших в далекие геологические эпохи видов живых организмов показало, что и в древности существовали формы жизни, изучение организации которых может пригодиться для создания или усовершенствования некоторых машин и механизмов. Перечислить все, чем занимается бионика, нелегко; трудно также охарактеризовать все живые объекты, принципы организации которых могут помочь человеку в решении разнообразных научно- технических задач.

Проблемы, связанные с бионикой, можно разделить на две группы. К первой относятся те, для решения которых достаточно имеющихся знаний биологии. Ко второй группе относятся вопросы, решение которых нужно искать, изучая живую природу и совершенствуя биологические знания. Может быть, есть вопросы самые увлекательные, которые природа пока еще таит в себе.

Источники информации.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Бионика (Энциклопедия Википедия)

2. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/69413/Бионика (Словари и энциклопедии Академик)

4. http://www.medical-enc.ru/2/bionika.shtml (Медицинская энциклопедия)

Микробы

В наши дни наука открывает перед человечеством новые неизведанные горизонты, позволяющие шагнуть далеко и достичь многих важных побед. И одна из таких наук это бионика в медицине, с её открытием у учёных появилось много вопросов и противоречивых проблем, ответы на которые до сих пор не найдены. Но перед тем как перейти к описанию, стоит понять, что же такое бионика и какие возможности она открывает в медицине. Итак, бионика это особая прикладная наука о применении в технологических устройствах и системах принципов организации основных структур и свойств живой природы, простым языком используются формы живого в природе и их аналоги в промышленности.

Сама бионика, как наука, появилась относительно недавно, впервые о ней мир услышал тринадцатого сентября тысяча девятьсот шестидесятого года, на популярном американском симпозиуме на тему «Живые прототипы искусственных систем». Именно на этом симпозиуме учёные выступили с накопленными за долгие годы знаниями. Часть из этих знаний позволяла ещё лучше узнать о принципах организации и самом функционировании живых систем, к тому же эти знания позволяли решать актуальные проблемы.

Несмотря на то, что прошло уже порядочно лет, многие учёные так и не пришли к единому выводу, чем же считать бионику в медицине, одни её считают перспективной ветвью в развитии человечества, а другие напротив, относятся крайне скептически, но есть и такие которые считаю бионику в медицине перспективной и развивающейся наукой. Если посмотреть на бионику в медицине, то можно смело утверждать, что эта наука, которая занимается изучением принципов построения, а также функционирования не только сложных биологических систем, но и их элементов.

Занимаясь подробным изучением бионики в медицине, учёные могут добиться потрясающих результатов, а также усовершенствовать текущие наработки, всё это позволит разработать методы помогающие людям избавиться от сложных проблем и излечить серьёзные болезни. Вообще сама наука бионика и медицина плотно связаны друг с другом, ведь если посмотреть, то бионика не может обойтись без биологии, химии, инженерных наук и кибернетики, все это связывает бионику в медицине прочной цепью. Ещё древние мудрецы предложили использовать знания о живой природе во благо человечества.

Бионика в медицине охватывает множество очень важных направлений, над которыми работают учёные, к тому же эта наука изучает следующие проблемы:

  • Бионика в медицине ставит перед учёными важные задачи по изучению нервной системы человека и животных, а также моделирования нервных клеток и нейронных сетей для создания более совершенных вычислительных систем.
  • Также бионика в медицине занимается изучением органов чувств и многих систем восприятия окружающего мира живыми организмами.
  • Важной задачей бионики в медицине по-прежнему является изучение принципов ориентации, навигации и локации у различных видов животных.
  • И последнее, но не менее важно исследование бионики в медицине, является тщательное изучение физиологических, биохимических, а также морфологических особенностей живых организмов.

В медицине благодаря бионике совершились множественные полезные открытия, среди которых можно назвать и использование биотоков. Правда, их открыл ещё раньше итальянский физиолог Гальвани, но в те времена использование биотоков не позволяло добиться нужного результата. Но только не в наше время, сегодня использование биотоков в медицинской бионике позволило сделать существенный прорыв в виде искусственной руки, которая работает с помощью импульсов. Первый искусственный протез появился в тысяча девятьсот пятьдесят седьмом году, но его возможности были крайне малы, такая рука могла только сжимать и разжимать пальцы, а также совершать чередование этих команд. Эти опыты проводились до тысяча девятьсот шестидесятого года, после этого бионика в медицине вновь совершила стремительный рывок, предоставив общественности новый вид искусственной руки, она уже могла не только сжимать пальцы, но и более сносно писать с помощью ручки.

Из года в год такие опыты продолжаются, они совершенствуются, улучшаясь и становясь лучше. Учёные тщательно работают, пытаясь с помощью бионики достичь в медицине новых высот, среди которых, наконец, то появится возможность подарить людям, утратившим конечности возможность полноценно ощущать жизнь, передвигаться без инвалидного кресла. Бионика в медицине не стоит на месте, несмотря на молодой возраст, эта наука уже смогла достичь небывалых высот, и возможно пройдёт ещё пару лет, когда она сможет решить любые сложные медицинские проблемы, по крайней мере, бионика в медицине может подарить надежду, а это дорого стоит.

Рисунки по теме «Бионика»

Курс повышения квалификации «Организация и руководство учебно-исследовательскими проектами учащихся по предмету «Биология» в рамках реализации ФГОС»
Курс повышения квалификации «Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности»
Курс повышения квалификации «Методические аспекты реализации элективного курса «Антропология и этнопсихология» в условиях реализации ФГОС»
Курс повышения квалификации «Государственная итоговая аттестация как средство проверки и оценки компетенций учащихся по биологии»
Курс повышения квалификации «Нанотехнологии и наноматериалы в биологии. Нанобиотехнологическая продукция»
Курс повышения квалификации «Основы биоэтических знаний и их место в структуре компетенций ФГОС»
Курс повышения квалификации «Гендерные особенности воспитания мальчиков и девочек в рамках образовательных организаций и семейного воспитания»
Курс профессиональной переподготовки «Биология и химия: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс профессиональной переподготовки «Организация производственно-технологической деятельности в области декоративного садоводства»
Курс повышения квалификации «Составление и использование педагогических тестов при обучении биологии»
Курс повышения квалификации «Инновационные технологии обучения биологии как основа реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Организация и выполнение работ по производству продукции растениеводства»

Бионика как связь природы и техники

Предмет исследования: наука бионика.

Цели исследовательской работы:

Расширить представление о бионики, ее развитии и значении.

Повысить интерес к изучению биологии, физики, химии.

Задачи:

1. Познакомиться с историей создания науки «Бионика».

2. Показать взаимосвязь биологии с физикой, техникой, другими науками.

3. Выделить основные направления бионики.

4. Обозначить важное практическое значение бионики.

5. Развитие мотивации изучения биологии, повышение интереса к предметам естественно-научного цикла.

6. Развивать умения работать в команде, находить и использовать информацию на заданную тему; воспитывать навыки самообразования, исследования.

Методы исследования:

Теоретические:

— изучение научных статей, литературы по теме.

Практические:

— наблюдение;

— анализ;

— обобщение.

Практическая значимость.

В процессе изучения биологии на уроках и во время дополнительных занятий мы очень много внимания уделяем внутреннему и внешнему строению, поведению, живых организмов. Иногда дети эти темы считают скучными, и даже ненужными. В то же время, именно благодаря изучению живых существ, были сделаны очень важные и значительные открытия в технике, медицине, электронике и других науках. Многие даже не догадываются, как многим они обязаны именно животным, и растениям. Собираясь утром мы не задумываясь застёгиваем молнии, «липучки». Что говорить про сотовый телефон, который стал важным предметом нашей повседневной жизни. И таких примеров можно привести немало.

Наша исследовательская работа способствует повышению интереса к изучению наук естественного цикла. Я считаю, что она будет интересна как кадетам, так и педагогам. В ней также учитывается военная составляющая работы нашего учебного заведения.

История создания бионики.

В процессе эволюции живая природа тысячелетиями совершенствовала формы и строение живых организмов. В результате борьбы за существование выживали и давали потомство только самые приспособленные и совершенные из них.

Своё название бионика получила от древнегреческого слова » bion»- элемент жизни, ячейка, или элемент биологической системы.

Бионика является одним из направлений биологии, которое изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов. Целью этого является создание более совершенных технических систем или устройств.

Основоположником бионики принято считать Леонардо да Винчи. С кадетами 5 классов мы познакомились с биографией Леонардо да Винчи, а также с его проектами. Ребята узнали, что было обнаружено огромное количество чертежей различных машин и устройств, созданные им. Все они по технической мысли опережали своё время. Лишь одно из его изобретений было воплощено в действительности при жизни. В своих работах Леонардо да Винчи часто основывался на знания о строении живых организмов. Среди его машин есть прототипы самолёта, вертолёта, танка, парашюта и мн.др. Кадеты увидели, что многие идеи для своих работ Леонардо да Винчи черпал у самой природы.

Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 года- день открытия первого американского национального симпозиума на тему » Живые прототипы искусственных систем- ключ к новой технике. К этому времени в научных кругах были получены уже значительные результаты в изучении принципов работы различных систем живых организмов.

Своей эмблемой бионики выбрали скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом- » Живые прототипы-ключ к новой технике.

Мы все живем в обществе, но очень важно и необходимо понимать и учитывать законы, которые созданы природой. Изучая основы ботаники и зоологии в 6–7 классе мы часто говорим о совершенстве многих систем живых организмов, и отмечаем, что эти системы значительно многообразнее и сложнее технических сооружений и конструкций, созданных человеком. Очень важно увидеть и раскрыть тайны природы, научиться использовать эти знания в практической деятельности.

Взаимосвязь с другими науками.

Достижения бионики используются в различных сферах для усовершенствования уже существующих приборов, строительных конструкций, а также создания принципиально новых технологий и устройств.

Современная бионика объединяет знания, используемые в разных научных областях: ботанике, зоологии, анатомии, биохимии, архитектуре, электронике, механике, биофизике, химии, физиологии, др.

Ещё с древних времён знания о строении объектов природы помогало решить многие задачи. Например, изучая хрусталик глаза, арабские учёные пришли к мысли о создании линз. Первые линзы были изготовлены из хрусталя или стекла, они использовались для увеличения изображения.

В области физики в основу принципов учения об электричестве было положено исследование животного электричества.

В 18 веке Луиджи Гольвани проводил успешные опыты с лапкой лягушки, которые привели к созданию гальванических элементов — химических источников электрической энергии.

Долгое время проблемой при строительстве скоростной авиации было внезапно возникающие вибрации крыла. Из-за этого самолет мог развалиться в воздухе за несколько секунд. После тщательного изучения аварийных ситуаций конструкторы нашли необходимое решение— крылья стали делать с утолщением на конце. Похожие утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекоз.

Русские учённые также внесли свой вклад в развитие бионики. Основоположник современной аэродинамики Н. Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить. Он рассчитал подъёмную силу крыла, которая смогла удерживать самолёт в воздухе. На основании проведённых исследований появилась современная авиация.

Очень высокой оказалась способности к полету у насекомых. Так, есть бабочки, которые как и птицы улетают осенью из Европы в Африку. Устройство их крыльев и способность резко изменять направление, а также зависать над цветком- пока не удалось повторить учёным в современных конструкциях самолетов.

И таких примеров уникальности живых систем сейчас обнаружено немало.

Направления бионики.

В настоящее время различают три основных направления в бионике:

— биологическое;

— математическое;

— техническое.

Темы, по которым идут исследования в разных странах, очень разнообразны:

— исследование и моделирование нейронов;

— исследование систем навигации, эхолокации;

— исследование биологических анализаторов;

— исследование методов кодирования и передачи информации у животных;

— изучение аэродинамических свойств птиц, гидродинамических особенностей рыб, дельфинов, китов,

— освоение биологических способов добычи полезных ископаемых, и многое другое.

Тема бионики очень увлекла и заинтересовала кадет. Сейчас идёт более подробное знакомство с этой наукой. Проводится исследовательская работа, в результате которой планируется создание тематических статей и презентаций. Кадеты занимаются очень увлечённо. Работа ведётся с различными источниками информации. Некоторые задания ребята выполняют самостоятельно, другие — в группе. Это помогает развивать чувство коллективного труда, взаимопомощи, взаимоуважения. Наша исследовательская деятельность включает работу по разным направлениям в бионике. Но все их объединяет военная направленность разработок. Эта тематика особенно близка и интересна кадетам, и непосредственно связана с профилем нашего учебного заведения.

В данной работе мы хотели несколько подробнее остановиться на некоторых достижениях в одном из направлений бионике-техническом. Т. к. в одной работе сложно охватить весь спектр успешных инноваций. Поэтому на этом этапе коснёмся некоторых из них, связанных с военно-морской и космической темой исследований.

Изучая особенности строения и поведения морских обитателей, их гидродинамические особенности- учёные стали использовать эти знания при строительстве подводных лодок и судов.

Американская подводная лодка «Скипджек» в точности повторяет форму тунца. Конструкторы добились хорошей обтекаемости, в результате у судна выросла скорость и поворотливость. Поворотливость- очень важное свойство, способность судна к быстрому изменению направления. Большому кораблю для разворота требуется описать полуокружность с радиусом в 4–5 длин корпуса.

Рис. 1. Американская подводная лодка ‘Скипджек’. Форма корпуса подводной лодки точно такая же, как и у быстроходной рыбы тунца

Часто говорят: «плавает, как рыба». В действительности, все рыбы плавают по-разному. Угри и миноги не развивают большие скорости. Лучшими пловцами среди рыб считаются лосось, акула, тунец, скумбрия. Лосось плывет со скоростью 5 м/сек (18 км/час), скорость акул равна 36–42 км/час. Морское млекопитающее кит свободно плывет со скоростью 40 км/час. Но самой быстрой рыбой является рыба-меч. Она может развивать скорость, достигающую 130 км/час. Что позволяет рыбам так быстро перемещаться в воде?

На этот вопрос пытались ответить многие учёные в течение последних 40–50 лет. Были проделаны сотни экспериментов. Секрет скоростного движения рыб был раскрыт благодаря опыту. В аквариум с рыбами был заполнен не водой, а молоком. Это позволило проследить движения рыбы. Было установлено, что основная «движущая сила» возникает при колебательных движениях туловища рыбы. До этого времени считалось, что рыбы передвигаются под водой за счет движений хвоста и отчасти плавников.

Рис. 2. Завихрения жидкости, вызываемые перемещением в ней рыбы

Много исследований учёные посвятили изучению дельфинов. Дельфины развивают очень высокую скорость движения, до 30 узлов в час (около 56 км в час). Это также долго являлось загадкой, которую не могли объяснить. Английский учёный Грей установил, что для достижения такой скорости мышцы дельфина д. б. в 7–10 больше, чем есть на самом деле.

Ещё в 1936 году за изучение этого явления взялась группа русских учёных под руководством В. В. Шулейкина. Учёные выводили формулы движения отдельных животных и целой стаи. В результате этой работы было установлено, что дельфины испытывают меньшее сопротивление в воде, чем другие водные животные. Точно созданная механическая копия дельфина не давала таких результатов. Выяснилось, что при движении дельфина не возникает турбулентности, как у других животных или морских судов.

Учёные разных стран пытались раскрыть секрет необычайно высокой скорости дельфина. Было замечено, что вокруг движущегося дельфина возникает лишь незначительное струйное (ламинарное) течение, не переходящее в вихревое (турбулентное). Однако движение плывущей подводной лодки, сходная по форме с дельфином, вызывает высокую турбулентность. На преодоление сопротивления воды при наличии турбулентности тратится около 9/10 движущей силы лодки.

В чем же все-таки секрет необычайно высокой скорости движения дельфина? Исследователи выяснили, вся тайна «антитурбулентности» этого животного заключена в структуре его кожи.

В 1960 г. изучая природный кожный покров дельфина в США немецкий инженер Макс Крамер создал опытные образцы покрытий твердых тел в целях снижения силы трения. Мягкая оболочка — «дельфинья кожа» получила название «ламинфло» (от слов «laminar flow» — ламинарное течение т. е. без завихрения или турбулентности). Сначала она была изготовлена из двух, а затем из трех слоев резины толщиной около 2,5 мм. Она имитировала строение кожи дельфина. Первые же опыты с торпедой и катером, обшитыми такой мягкой оболочкой «ламинфло», были успешны. Торможение снизилось почти наполовину, а скорость увеличилась вдвое. Эксперименты, начатые М. Крамером, продолжались учеными в разных странах. Результаты многочисленных испытаний подтвердили возможность снижения сопротивления воды на 40–60 %.

Рис. 3. Искусственная кожа — обшивка «ламинфло»: а — боковой разрез; б —срез через слой палочекпо линии АБ; 1— верхний слои; 2 — средний слой; 3 —гибкие палочки среднего слоя; 4- пространство между палочками, заполненное жидкостью (черного цвета); 5 — нижний слой; 6 — корпус модели

Американский изобретатель Р. Пелт выстлал внутреннюю поверхность трубы имитатором кожи дельфина и получил снижение потерь от при перемещении жидкости на 35 %. Появилась возможность сделать более экономичным трубопроводный транспорт.

Ещё один пример изучения и применения знаний на практике явился очень важным этапом в развитии науки. Изучение реактивного движения живых организмов привело к созданию реактивных двигателей. Это сделало возможным освоение космического пространства.

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. 12 апреля наша страна отмечает день Космонавтики, и, наверное, немногие знают, что большая заслуга в развитии космонавтики во многом принадлежит животным. На этот раз-головоногим моллюскам.

Мы живём на берегу Чёрного моря и часто, особенно летом, можем встретить медуз. Но редко кто задумывается, что медузы для передвижения пользуются реактивным движением. Такое движение используется многими моллюсками — осьминогами, кальмарами, каракатицами. Также передвигаются и личинки стрекоз.

Но наибольший интерес для учёных представляет реактивное движение кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Размер некоторых может достигать 20 м. Их тело даже внешними формами напоминает ракету. Точнее сказать — ракета копирует форму кальмара. При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником. Для резкого и быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань — мантия окружает тело моллюска со всех сторон. Объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Вода засасывается внутрь мантийной полости животного, а затем струя воды резко выбрасывается наружу через сопло. Кальмар толчками движется назад, развивая большую скорость. При этом все десять щупалец собираются над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, что позволяет кальмару изменять направление движения. Он может двигаться и вертикальной, и в горизонтальной плоскости. Кальмар способен развивать скорость до 60–70 км/ч. (некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч). Кальмара часто называют “живой торпедой”.

В мире растений также встречается реактивное движение. Например, при самом легком прикосновении к плодам созревшего “бешенного огурца” из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Огурец при этом может отлететь в противоположном направлении на расстояние до 12 м. Этот принцип реактивного движения лежит в основе работы ружья. Выстрел из ружья сопровождается отдачей. Чем больше масса и скорость выходящих газов, тем больше реактивная сила и сила отдачи, которое испытывает плечо.

Итак, изучение реактивного движения живых организмов, привело к новому направлению в бионике- созданию реактивных двигателей.

Ещё в конце 1 тыс. н. э. в Китае приводились в действие «ракеты» с реактивным движением, созданные из бамбука и начинённые порохом.

Проект первого автомобиля на реактивном двигателе принадлежит И. Ньютону.

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский учёный Н. И. Кибальчич.

Идея использования ракет с реактивным двигателем для космических полётов была предложена в начале 20 века русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. Он работал преподавателем в г. Калуге. В 1903 году в печати появилась статья К. Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В ней содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, известное теперь как “формула Циолковского». Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т. е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее, находящееся на самом аппарате, и приобретающий скорость в обратном направлении.

Идея К. Э. Циолковского была успешно воплощена советскими учёными под руководством академика С. П. Королёва. 4 октября 1957 г. с помощью ракеты был запущен первый в истории искусственный спутник Земли.

12 апреля 1961 г. Юрий Алексеевич Гагарин облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток». Он был первым человеком, который совершил полёт в космическое пространство.

Советские ракеты первыми достигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы. В 1986 г. советские космические корабли «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.

Одним из важных направлений в изучении систем живых организмов является исследование систем эхолокации, навигации и ориентации у птиц, рыб и других животных.

Исследователям известен факт, что морские черепахи уходят в море за тысячи километров, а затем всегда возвращаются к одному и тому же месту на берегу для кладки яиц. Учёные предполагают, что возможно они ориентируются по звёздам и по запаху. Самец бабочки малый ночной павлиний глаз отыскивает самку на расстоянии до 10 км. Пчёлы и осы хорошо ориентируются по солнечному свету.

Многие живые организмы имеют такие сложные анализаторные системы, которых нет у человека. Например, у кузнечиков на усиках есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение. У акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры в 0,10 С. Улитки, муравьи и термиты способны воспринимать радиоактивное излучение. Некоторые животные реагируют на изменения магнитного поля (в основном птицы и насекомые, совершающие дальние миграции. Глаза пчелы реагируют на ультрафиолетовый свет, а таракана — на инфракрасный. Термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры в 0,0010 С.

Совы, летучие мыши, дельфины, киты и большинство насекомых воспринимает инфра- и ультразвуковые колебания.

Начало изучению полёта летучих мышей положил итальянский ученый Ладзаро Спалланцани. Он провёл ряд экспериментов, доказывающих, что мышь видит преграды не глазами. Ослепленное им животное продолжало свободно летать, не сталкиваясь с препятствиями. Рукокрылые ориентируются при помощи отраженных звуковых импульсов. Их ноздри и рот также составляют части локационного аппарата.

Изучением этих систем животных, способных преодолевать тысячи километров во время миграций и безошибочно возвращающихся к своим местам для нереста, зимовки, выведения птенцов, занимаются многие специалисты в различных областях. Это способствует разработке и созданию высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Такие инновационные разработки активно используется в оборонной промышленности, в совершенствовании приборов, используемых в авиации, морском деле и др.

Также внимание ученых привлекли пауки. Паутина паука толщиной в один простой карандаш может остановить «Боинг» на полной скорости. Знаменательно то, что в состав паутины входит всего 2 вида белков. Один из них отвечает за прочность нити, второй за её эластичность. В настоящее время научные лаборатории многих стран изучают этот удивительный природный материал. Создаются искусственные материалы, близкие по составу к паутине. Они используются в новейших разработках спецзащиты, военной промышленности.

На сегодняшний момент нити паутины применяются в основном в оптической промышленности, в качестве ниток в микрохирургии. За счет высокого содержания в себе бактерицидных свойств паутина может с успехом применяться в медицине в качестве шовного материала, искусственных связок и сухожилий, пленок для заживления ран, ожогов и пр.

Наблюдение и изучение этих разнообразных систем обнаружения может помочь в создании новых технических приборов.

Особое направление бионики — исследования нервной системы. Они показали, что нервная система обладает целым рядом важных и ценных преимуществ перед всеми самыми современными вычислительными устройствами. Изучение этих особенностей очень важно для совершенствования электронных систем.

Современные биотехнологии помогают создавать различные виды защитных материалов. Подсматривая за самой природой и перенимая у нее лучшее, ученые пытаются создать новые образцы пуленепробиваемой защиты.

Повышенный интерес сейчас обращён ещё к одному обитателю морских глубин — миксине, или » слизистому угрю». Название связано с тем, что миксины вырабатывают огромное количество слизи на поверхности тела. Данный вид существует на нашей планете около 300 миллионов лет и за это время существенно не изменился. В случае опасности миксины выпускают очень крепкие нити слизи, которые тоньше человеческого волоса в 100 раз. Выяснилось, что ДНК этого живого организма может помочь в разработке защищающей от пуль одежды.

Ещё одним инновационным проектом является работа голландских ученых. Они провели удачные испытания пуленепробиваемой кожи. В разработке данного материала использовалось вещество, которое было получено из молока домашних коз специальной породы. Прочность материала объясняется наличием в его составе того же белка, который входит в состав паутины. По словам ученых, такую искусственную паутину можно вживить даже в человеческую кожу. В настоящее время эксперименты с человеческим геномом запрещены в мировой науке, по этой причине материал синтезирован в лабораторных условиях.

Вывод.

Со второй половине XX в. во всём мире произошёл резкий скачок в развитии многих отраслей научных знаний. Неуклонно растёт поиск новых открытий и идей в мире живой природы. Это способствует решению многих научных и технических задач.

Целью нашей работы является повышение интереса кадет к изучению биологии. Важно познакомиться с ролью и значением этой науки в современном мире. В результате исследований идёт создание кадетами ряда статей и презентаций по данной теме.

В нашем дальнейшем исследовании мы будем подробнее знакомится с разработками в различных направлениях бионики.

В настоящее время для важны и актуальны решения следующих задач:

1. способы восприятия и переработки информации нервной системой;

2. особенности строения и функционирования анализаторов;

3. принципы функционирования систем навигации, ориентации и локации, используемые животными;

4. особенности строения природных конструкций (растений и животных), обладающих особой прочностью;

5. биологические процессы у животных, происходящие с минимальными затратами энергии;

6. принципы работы нервной системы, позволяющие достичь высокой надежности и устойчивости биологических систем;

7. способность организмов к адаптации в окружающей среде;

8. принципы кодирования, хранения, передачи и обмена информацией в различных биологических системах.

Заключение.

Потенциал бионики практически безграничен. Её достижения очень важны для человека. Появляется всё больше областей ее исследования, постоянно расширяются перспективы в создании новых уникальных материалов и приборов.

Интерес, проявленный кадетами к изучению бионики, позволит усилить мотивацию и углубить знания не только в биологии, но и в смежных дисциплинах, таких, как физика, химия, история. Это способствует укреплению и развитию метапредметных связей.

В дальнейшем проведении исследовательской работы планируются совместные проекты. Работа предполагает поиск и анализ информации, что способствует развитию у кадет взаимопомощи, созданию благоприятной психологической атмосферы в процессе познавательной деятельности.

Литература:

1. Википедия.

2. И. И. Гармаш. Тайны бионики. К.: Рад. шк., 1985 г.

3. В. Д. Ильичёв. Бионика. Синтез биологии и техники. http//dokus.me

4. И.Б Литинецкий. Беседы о бионике. М.: Наука, 1968г.

5. А. Рийо, Ж. А. Мейе. Бионика. Когда наука имитирует природу. М.: Техносфера,2013.

6. В. Фрадкин. За гранью. Бионика. Обратный эффект. Документальный фильм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *