Stulnikov Maxim

Tutkimustyö aiheesta "Bioniikka - tiede suurimmista mahdollisuuksista"

Ladata:

Esikatselu:

Alueellinen tieteellinen ja käytännön konferenssi

alueellisen nuorisofoorumin puitteissa

"Tulevaisuus on meissä!"

Luonnontieteellinen suunta (fysiikka, biologia)

Tutkimustyötä aiheesta

"Bioniikka - tiede suurimmista mahdollisuuksista"

Kunnan budjettikoulutuslaitos "Järjestetty koulu nro 7" Petrovskissa, Saratovin alueella

Johtajat:

Filjanina Olga Aleksandrovna,

Kemian ja biologian opettaja

Gerasimova Natalya Anatolevna,

matematiikan ja fysiikan opettaja,

Petrovski

Huhtikuu 2014

1. Johdanto s. 3-4
2. Antiikista moderniin. s. 5-6
3. Bionics-osastot:

3.1. arkkitehti- ja rakennusbioniikka; s. 6-8

3.2. biomekaniikka; s.8-12

3.3. neurobioniikka. s. 13-14

4. Hienoja pieniä asioita, "luonnosta katsottuna". s. 14-15

5. Johtopäätös sivu 16

6. Kirjallisuus ja käytetyt Internet-resurssit. sivu 16

Lintu -

Aktiivinen

Matemaattisen lain mukaan

työkalu,

mitä tehdä,

ihmisvoimissa...

Leonardo da Vinci.

Haluaisitko lentää autojen yli yhdellä hyppyllä, liikkua kuin Hämähäkkimies, havaita vihollisia useiden kilometrien päässä ja taivuttaa teräspalkkeja käsilläsi? Meidän on oletettava, että kyllä, mutta valitettavasti tämä on epärealistista. Se on toistaiseksi epärealistista...

Maailman luomisesta lähtien ihminen on ollut kiinnostunut monista asioista: miksi vesi on märkää, miksi päivä seuraa yötä, miksi haistamme kukkien tuoksua jne. Luonnollisesti ihminen yritti löytää selityksen tälle. Mutta mitä enemmän hän oppi, sitä enemmän hänen mielessään nousi kysymyksiä: voiko ihminen lentää kuin lintu, uida kuin kala, kuinka eläimet "tietävät" myrskyn lähestymisestä, lähestyvästä maanjäristyksestä, tulevasta tulivuorenpurkauksesta , onko mahdollista luoda tekoälyä?

"Miksi"-kysymyksiä on paljon; usein näitä kysymyksiä ei tulkita tieteellisesti, mikä synnyttää fiktiota ja taikauskoa. Tätä varten sinulla on oltava hyvät tiedot monilta aloilta: fysiikka ja kemia, tähtitiede ja biologia, maantiede ja ekologia, matematiikka ja tekniikka, lääketiede ja avaruus.

Onko olemassa tiedettä, joka yhdistäisi kaiken ja pystyisi yhdistämään yhteensopimattoman? Osoittautuu, että se on olemassa!

Tuote tutkimukseni - bioniikan tiede - " BIO Logia” ja ”Tech NIKA”.

Tutkimustyön tarkoitus:bioniikan tieteen syntymisen tarve, sen mahdollisuudet ja sovellettavuusrajat.

Voit tehdä tämän laittamalla rivin tehtävät:

1. Ota selvää, mitä "bioniikka" on.

2. Seuraa "Bioniikan" tieteen kehityshistoriaa: antiikista moderniin ja sen suhdetta muihin tieteisiin.

3. Tunnista bioniikan pääosat.

4. Mistä luontoa pitää kiittää: bioniikan avoimista mahdollisuuksista ja mysteereistä.

Tutkimusmenetelmät:

Teoreettinen:

- tieteellisten artikkelien, aiheeseen liittyvän kirjallisuuden tutkiminen.

Käytännöllinen:

Havainto;

Yleistys.

Käytännön merkitys.

Uskon, että työstäni on hyötyä ja mielenkiintoa monenlaisille opiskelijoille ja opettajille, koska elämme kaikki luonnossa sen luomien lakien mukaan. Ihmisen täytyy vain taitavasti hallita tietoa kääntääkseen tekniikaksi kaikki luonnon vihjeet ja paljastaakseen sen salaisuudet.

Antiikista nykyaikaan

Bioniikka, soveltava tiede, joka tutkii mahdollisuuksia yhdistää eläviä organismeja ja teknisiä laitteita, kehittyy nykyään erittäin nopeasti.

Halu saada kykyjä, jotka ylittävät luonnon meille antamat kyvyt, istuu syvällä jokaisen ihmisen sisällä – jokainen kuntovalmentaja tai plastiikkakirurgi vahvistaa tämän. Kehollamme on uskomaton sopeutumiskyky, mutta on joitain asioita, joihin ne eivät pysty. Emme esimerkiksi osaa puhua niille, jotka ovat kuulon ulkopuolella, emme pysty lentämään. Siksi tarvitsemme puhelimia ja lentokoneita. Epätäydellisyyksiensä kompensoimiseksi ihmiset ovat pitkään käyttäneet erilaisia ​​"ulkoisia" laitteita, mutta tieteen kehittyessä työkalut pienenivät vähitellen ja tulivat lähemmäksi meitä.

Lisäksi kaikki tietävät, että jos hänen keholleen tapahtuu jotain, lääkärit suorittavat "korjauksia" käyttämällä uusinta lääketieteellistä tekniikkaa.

Jos yhdistämme nämä kaksi yksinkertaista käsitettä, voimme saada käsityksen ihmisen evoluution seuraavasta vaiheesta. Tulevaisuudessa lääkärit eivät vain pysty ennallistamaan "vaurioituneita" tai "vikoja" organismeja, he alkavat aktiivisesti parantaa ihmisiä tehden heistä vahvempia ja nopeampia kuin luonto hoitaa. Tämä on juuri bioniikan olemus, ja tänään seisomme uudentyyppisen ihmisen syntymisen kynnyksellä. Ehkä yhdestä meistä tulee se...

Leonardo da Vinciä pidetään bioniikan esivanhempina. Hänen piirustuksensa ja kaavionsa lentokoneista perustuivat linnun siiven rakenteeseen. Meidän aikanamme Leonardo da Vincin piirustusten mukaan mallinnus suoritettiin toistuvasti ornithoptera (kreikaksi órnis, sukupuoli órnithos - lintu ja pterón - siipi), vauhtipyörä , ilmaa raskaampi lentokone, jonka siivet heiluvat). Elävistä olentoista esimerkiksi linnut käyttävät siipien räpyttelyliikkeitä lentääkseen.

Nykyaikaisten tiedemiesten joukossa voidaan nimetä Osip M.R. Delgado.

Hän tutki radioelektronisten laitteidensa avulla eläinten neurologisia ja fyysisiä ominaisuuksia. Ja niiden perusteella yritin kehittää algoritmeja elävien organismien hallitsemiseksi.

Bionics (kreikan kielestä Biōn - elämän elementti, kirjaimellisesti - elävä), biologian ja teknologian rajalla oleva tiede, joka ratkaisee organismien rakenteen ja elintoimintojen mallintamiseen perustuvia teknisiä ongelmia. Bioniikka liittyy läheisesti biologiaan, fysiikkaan, kemiaan, kybernetiikkaan ja tekniikan tieteisiin - elektroniikkaan, navigointiin, viestintään, merenkulkuun jne. /BSE.1978/

Bioniikan muodollisena syntymävuotena pidetään 1960 Bionic-tutkijat valitsivat tunnuksekseen skalpellin ja juotosraudan, jotka on yhdistetty kiinteällä merkillä, ja heidän mottonsa on "Elävät prototyypit ovat avain uuteen teknologiaan».

Monet bioniset mallit, ennen kuin ne saavat teknisen toteutuksen, aloittavat elämänsä tietokoneella, johon kootaan tietokoneohjelma - bioninen malli.

Nykyään bioniikalla on useita suuntauksia.

Bionics-osastot

1. Arkkitehti- ja rakennusbioniikka.

Silmiinpistävä esimerkki arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikasta – täydellinenanalogia viljan varren rakenteestaja modernit kerrostalot. Viljakasvien varret kestävät raskaita kuormia murtumatta kukinnan painon alla. Jos tuuli taivuttaa ne maahan, ne palauttavat nopeasti pystysuoran asennon. Mikä on salaisuus? Osoittautuu, että niiden rakenne on samanlainen kuin nykyaikaisten korkeiden rakennusten suunnittelu. tehtaan putket - yksi insinööriajattelun viimeisimmistä saavutuksista.

Kuuluisat espanjalaiset arkkitehdit M.R. Cervera ja H. Ploz, aktiiviset bioniikan kannattajat, aloittivat "dynaamisten rakenteiden" tutkimuksen vuonna 1985, ja vuonna 1991 he perustivat "Arkkitehtuuriinnovaatioita tukevan seuran". Heidän johtamansa ryhmä, johon kuului arkkitehteja, insinöörejä, suunnittelijoita, biologeja ja psykologeja, kehitti projektin "Pystysuora bioninen tornikaupunki" 15 vuoden kuluttua Shanghaihin pitäisi ilmestyä tornikaupunki (tutkijoiden mukaan 20 vuodessa Shanghain väkiluku voi nousta 30 miljoonaan). Tornikaupunki on suunniteltu 100 tuhannelle ihmiselle, projekti perustuu "puurakentamisen periaatteeseen".

Tornikaupunki saa muotonsa sypressi 1128 m korkea ja ympärysmitta tyvestä 133 x 100 m ja leveimmästä kohdasta 166 x 133 m. Tornissa on 300 kerrosta, ja ne sijoitetaan 12 pystysuoraan 80 kerroksen lohkoon.

Ranskan vallankumouksen 100-vuotispäivänä Pariisissa järjestettiin maailmannäyttely. Näyttelyn alueelle suunniteltiin pystyttää torni, joka symboloisi sekä Ranskan vallankumouksen suuruutta että uusimpia teknologisia saavutuksia. Kilpailuun lähetettiin yli 700 projektia, joista paras palkittiin silta-insinööri Alexandre Gustave Eiffelin projektina. 1800-luvun lopulla luojansa mukaan nimetty torni hämmästytti koko maailmaa harjakattoisuudellaan ja kauneudellaan. 300 metrin tornista on tullut eräänlainen Pariisin symboli. Huhuttiin, että torni rakennettiin tuntemattoman arabitutkijan piirustusten mukaan. Ja vasta yli puolen vuosisadan jälkeen biologit ja insinöörit tekivät odottamattoman löydön: suunnittelun Eiffel torni toistaa täsmälleen suuren rakenteen sääriluu , kestää helposti ihmiskehon painon. Jopa kantavien pintojen väliset kulmat ovat samat. Tämä on toinen kuvaava esimerkki bioniikasta toiminnassa.

Arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikassa kiinnitetään paljon huomiota uusiin rakennusteknologioihin. Esimerkiksi tehokkaiden ja jätteettömien rakennustekniikoiden kehittämisen alalla lupaava suunta on luominenkerroksiset rakenteet. Idea on lainattusyvänmeren nilviäisiä. Niiden kestävät kuoret, kuten laajalle levinneen abalonen, koostuvat vuorotellen kovista ja pehmeistä levyistä. Kun kova levy halkeilee, muodonmuutos imeytyy pehmeään kerrokseen eikä halkea pääse pidemmälle. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää myös autojen peittämiseen.

2. Biomekaniikka

Luontopaikantimet. Livebarometrit ja seismografit.

Bioniikan edistynein tutkimus on biologisten havaitsemis-, navigointi- ja suuntautumiskeinojen kehittäminen; joukko tutkimuksia, jotka liittyvät korkeampien eläinten ja ihmisten aivojen toimintojen ja rakenteiden mallintamiseen; biosähköisten ohjausjärjestelmien luominen ja "ihminen-kone" -ongelman tutkimus. Nämä alueet liittyvät läheisesti toisiinsa. Miksi luonto on niin paljon ihmistä edellä nykyisellä teknisen kehityksen tasolla?

On jo pitkään tiedetty, että linnut, kalat ja hyönteiset reagoivat erittäin herkästi ja tarkasti sään muutoksiin. Pääskysten matala lento ennakoi ukkosmyrskyä. Kun meduusoja kertyy lähelle rantaa, kalastajat tietävät, että he voivat käydä kalassa, meri on tyyni.

Eläimet - "biosynoptiikka"luonnostaan ​​on varustettu ainutlaatuisilla erittäin herkillä "laitteilla". Bioniikan tehtävänä ei ole vain löytää näitä mekanismeja, vaan myös ymmärtää niiden toimintaa ja luoda se uudelleen elektronisissa piireissä, laitteissa ja rakenteissa.

Kalojen ja lintujen monimutkaisen navigointijärjestelmän tutkimus, joka kattaa vaeltojen aikana tuhansia kilometrejä ja palaa erehtymättä paikoilleen kutemaan, talvehtimaan ja kasvattamaan poikasia, myötävaikuttaa erittäin herkkien seuranta-, opastus- ja esineiden tunnistusjärjestelmien kehittämiseen.

Monilla elävillä organismeilla on analyyttisiä järjestelmiä, joita ihmisillä ei ole. Esimerkiksi heinäsirkoilla on 12. antennisegmentissä tuberkuloosi, joka havaitsee infrapunasäteilyä. Hailla ja rauskuilla on päässä ja vartalon etuosassa kanavat, jotka havaitsevat 0,10 C lämpötilan muutokset. Etanoilla, muurahaisilla ja termiiteillä on radioaktiivista säteilyä havaitsevia laitteita. Monet reagoivat magneettikentän muutoksiin (pääasiassa pitkiä matkoja muuttavat linnut ja hyönteiset). Pöllöt, lepakot, delfiinit, valaat ja useimmat hyönteiset havaitsevat infra- ja ultraäänivärähtelyjä. Mehiläisen silmät reagoivat ultraviolettivaloon, torakan infrapunaan.

Kalkkarokäärmeen lämpöherkkä elin havaitsee 0,0010 C lämpötilan muutokset; kalojen sähköelin (rauskut, sähköankeriaat) havaitsee 0,01 mikrovoltin potentiaalit, monien yöeläinten silmät reagoivat yksittäisiin valon kvantteihin, kalat havaitsevat aineen pitoisuuden muutoksen vedessä 1 mg/m3 (=1) µg/l).

Paikallisia suuntautumisjärjestelmiä on monia muitakin, joiden rakennetta ei ole vielä tutkittu: mehiläiset ja ampiaiset ovat hyvin auringossa suuntautuvia, urosperhoset (esim. yöriikinsilmä, kuolinpäähaukkakoi jne.) löytävät naaraan klo. 10 km etäisyydellä. Merikilpikonnat ja monet kalat (ankeriat, sammi, lohi) uivat useita tuhansia kilometrejä alkuperäisistä rannoistaan ​​ja palaavat erehtymättä munimaan ja kutemaan samaan paikkaan, josta he aloittivat elämämatkansa. Niillä oletetaan olevan kaksi suuntausjärjestelmää - kaukana tähtien ja auringon mukaan ja lähellä hajua (rannikkovesien kemia).

Lepakot ovat pääsääntöisesti pieniä ja, olkaamme rehellisiä, monille meistä epämiellyttäviä ja jopa vastenmielisiä olentoja. Mutta niin sattui, että heihin suhtauduttiin ennakkoluuloisesti, joiden perustana ovat yleensä erilaiset legendat ja uskomukset, jotka syntyivät silloin, kun ihmiset uskoivat henkiin ja pahoihin henkiin.

Lepakko on ainutlaatuinen esine bioakustiikan tutkijoille. Hän voi navigoida täysin vapaasti täydellisessä pimeydessä törmäämättä esteisiin. Lisäksi lepakko, jolla on huono näkö, havaitsee ja nappaa lennossa pieniä hyönteisiä, erottaa lentävän hyttysen tuulessa ryntäävästä täplästä, syötävän hyönteisen mauttomasta leppäkerrasta.

Italialainen tiedemies Lazzaro Spallanzani kiinnostui lepakoiden epätavallisesta kyvystä ensimmäisen kerran vuonna 1793. Aluksi hän yritti selvittää, millä tavoin eri eläimet löytävät tiensä pimeässä. Hän onnistui vahvistamaan: pöllöt ja muut yöeläimet näkevät hyvin pimeässä. Totta, täydellisessä pimeydessä heistäkin, kuten käy ilmi, tulee avuttomia. Mutta kun hän alkoi kokeilla lepakoita, hän huomasi, että täydellinen pimeys ei ollut heille este. Sitten Spallanzani meni pidemmälle: hän yksinkertaisesti riisti useilta lepakoilta näkönsä. Ja mitä? Tämä ei muuttanut mitään heidän käytöksessään, he olivat yhtä erinomaisia ​​hyönteisten metsästämisessä kuin näkevät ihmiset. Spallanzani vakuuttui tästä, kun hän avasi kokeellisten hiirten mahat.

Kiinnostus mysteeriä kohtaan kasvoi. Varsinkin sen jälkeen, kun Spallanzani tutustui sveitsiläisen biologin Charles Jurinin kokeisiin, joka vuonna 1799 tuli siihen tulokseen, että lepakot pärjäävät ilman näköä, mutta vakavat kuulovauriot ovat heille kohtalokkaita. Heti kun he tukkivat korvansa erityisillä kupariputkilla, he alkoivat sokeasti ja satunnaisesti törmätä kaikkiin heidän tielleen ilmestyneisiin esteisiin. Tämän lisäksi useat erilaiset kokeet ovat osoittaneet, että näkö-, kosketus-, haju- ja makuelinten toiminnan häiriöt eivät vaikuta lepakoiden lentoon.

Spallanzanin kokeet olivat epäilemättä vaikuttavia, mutta ne olivat selvästi aikaansa edellä. Spallanzani ei osannut vastata pääasialliseen ja tieteellisesti aivan oikeaan kysymykseen: jos ei kuulo tai näkö, niin mikä tässä tapauksessa auttaa lepakoita navigoimaan niin hyvin avaruudessa?

Tuolloin he eivät tienneet mitään ultraäänestä tai siitä, että eläimillä voisi olla muita havainnointielimiä (järjestelmiä), ei vain korvia ja silmiä. Muuten, juuri tässä hengessä jotkut tutkijat yrittivät selittää Spallanzanin kokeita: he sanovat, että lepakoilla on hienovarainen kosketusaisti, jonka elimet sijaitsevat todennäköisesti heidän siipiensä kalvoissa...

Lopputuloksena oli, että Spallanzanin kokeet unohdettiin pitkäksi aikaa. Vasta meidän aikanamme, yli sata vuotta myöhemmin, niin kutsuttu "spallanzanian lepakoiden ongelma", kuten tiedemiehet itse kutsuivat sitä, ratkaistiin. Tämä tuli mahdolliseksi uusien elektroniikkapohjaisten tutkimustyökalujen syntymisen ansiosta.

Harvardin yliopiston fyysikko G. Pierce havaitsi, että lepakot tuottavat ääniä, jotka ylittävät ihmiskorvan kuuluvuuskynnyksen.

Aerodynaamiset elementit.

Nykyaikaisen aerodynamiikan perustaja N. E. Zhukovsky tutki huolellisesti lintujen lentomekanismia ja olosuhteita, jotka sallivat niiden nousta ilmassa. Lintujen lentotutkimuksen perusteella ilmailu syntyi.

Hyönteisillä on luonnossa vielä kehittyneempiä lentäviä laitteita. Lennon tehokkuuden, suhteellisen nopeuden ja ohjattavuuden suhteen niillä ei ole luonteeltaan vertaa. Ajatus hyönteisten lentoperiaatteella toimivan lentokoneen luomisesta odottaa hyväksyntäänsä. Haitallisen tärinän syntymisen estämiseksi lennon aikana nopeasti lentävien hyönteisten siipien päissä on kitiinejä. Lentokoneiden suunnittelijat käyttävät nyt samanlaisia ​​laitteita lentokoneiden siipissä, mikä eliminoi tärinän vaaran.

Suihkukoneisto.

Lentokoneissa, raketeissa ja avaruusaluksissa käytetty suihkuvoima on ominaista myös pääjalkaisille - mustekalaille, kalmareille, seepialle. Kalmarin suihkukoneisto kiinnostaa eniten teknologiaa. Pohjimmiltaan kalmarilla on kaksi pohjimmiltaan erilaista propulsiomekanismia. Hitaasti liikkuessaan se käyttää suurta vinoneliön muotoista evää, joka taipuu ajoittain. Nopeaa heittoa varten eläin käyttää suihkukoneistoa. Lihaskudos - vaippa ympäröi nilviäisen vartaloa kaikilta puolilta, sen tilavuus on lähes puolet sen kehon tilavuudesta. Suihkuuintimenetelmällä eläin imee vettä vaipan onteloon vaipparaon kautta. Kalmarin liike saadaan aikaan heittämällä vesivirta kapeasta suuttimesta (suppilosta). Tämä suutin on varustettu erityisellä venttiilillä, ja lihakset voivat pyörittää sitä ja muuttaa siten liikesuuntaa. Kalmarin propulsiojärjestelmä on erittäin taloudellinen, minkä ansiosta se voi saavuttaa 70 km/h nopeuksia, joidenkin tutkijoiden mukaan jopa 150 km/h.

Vesitaso Kehon muoto on samanlainen kuin delfiinillä. Purjelentokone on kaunis ja ratsastaa nopeasti, ja sillä on kyky luonnollisesti leikkiä aalloissa kuin delfiini heiluttaen eväänsä. Runko on valmistettu polykarbonaatista. Moottori on erittäin voimakas. Ensimmäisen tällaisen delfiinin rakensi Innespace vuonna 2001.

Ensimmäisen maailmansodan aikana brittiläinen laivasto kärsi valtavia tappioita saksalaisten sukellusveneiden takia. Oli tarpeen oppia tunnistamaan ja jäljittämään niitä. Tätä tarkoitusta varten on luotu erityisiä laitteita. hydrofonit. Näiden laitteiden piti havaita vihollisen sukellusveneet potkurien melusta. Ne asennettiin laivoille, mutta laivan liikkuessa veden liike hydrofonin vastaanottoreiässä aiheutti melua, joka peitti sukellusveneen melun. Fyysikko Robert Wood ehdotti, että insinöörit oppisivat... hylkeiltä, ​​jotka kuulevat hyvin vedessä liikkuessaan. Tämän seurauksena hydrofonin vastaanottoreikä oli hylkeen korvan muotoinen ja hydrofonit alkoivat "kuulla" jopa laivan täydellä nopeudella.

3. Neurobioniikka.

Kuka poika ei olisi kiinnostunut leikkimään robotteja tai katsomaan elokuvaa Terminaattorista tai Wolverinesta? Omistautuneimmat bionikot ovat robotteja suunnittelevat insinöörit. On näkemys, että tulevaisuudessa robotit pystyvät toimimaan tehokkaasti vain, jos ne ovat mahdollisimman samanlaisia ​​kuin ihmiset. Bioniikan kehittäjät lähtevät siitä, että robottien on toimittava kaupunki- ja kotioloissa, eli "ihmisympäristössä", jossa on tietyn kokoisia portaita, ovia ja muita esteitä. Siksi niiden on vastattava vähintään henkilöä kooltaan ja liikeperiaatteiltaan. Toisin sanoen robotilla on oltava jalat, eivätkä pyörät, telat jne. sovi ollenkaan kaupunkiin. Ja keneltä meidän pitäisi kopioida jalkojen suunnittelu, ellei eläimistä? Stanfordin yliopiston miniatyyri, noin 17 cm pitkä kuusijalkainen robotti (hexapod) juoksee jo 55 cm/s nopeudella.

Keinotekoinen sydän on luotu biologisista materiaaleista. Uusi tieteellinen löytö voi lopettaa elinluovuttajapulan.

Minnesotan yliopiston tutkijaryhmä yrittää luoda pohjimmiltaan uuden menetelmän 22 miljoonan ihmisen hoitoon – juuri näin monet ihmiset maailmassa kärsivät sydänsairauksista. Tutkijat pystyivät poistamaan lihassoluja sydämestä säilyttäen vain sydänläppä- ja verisuonten rungon. Uusia soluja siirrettiin tähän kehykseen.

Bioniikan voitto – keinotekoinen käsi. Chicagon kuntoutusinstituutin tutkijat onnistuivat luomaan bionisen proteesin, jonka avulla potilas ei vain voi hallita kättä ajatuksella, vaan myös tunnistaa tiettyjä tuntemuksia. Bionic-käden omistaja oli Claudia Mitchell, joka palveli aiemmin Yhdysvaltain laivastossa. Vuonna 2005 Mitchell loukkaantui onnettomuudessa. Kirurgien piti amputoida Mitchellin vasen käsi olkapäähän asti. Tämän seurauksena hermoja, joita olisi voitu käyttää proteesin hallitsemiseen, jäi käyttämättä.

Hienoja pieniä asioita "nähdään luonnosta"

Kuuluisan lainauksen teki sveitsiläinen insinööri George de
Mestral vuonna 1955. Hän käveli usein koiransa kanssa ja huomasi, että jotkut omituiset kasvit tarttuivat jatkuvasti sen turkkiin. Tutkittuaan ilmiötä de Mestral totesi, että se oli mahdollista simpukoiden (takaisen) hedelmissä olevien pienten koukkujen ansiosta. Tuloksena insinööri ymmärsi löytönsä tärkeyden, ja kahdeksan vuotta myöhemmin hän patentoi kätevän "Velcron".

Imejät keksittiin tutkiessaan mustekaloja.

Virvoitusjuomien valmistajat etsivät jatkuvasti uusia tapoja pakata tuotteitaan. Samaan aikaan tavallinen omenapuu ratkaisi tämän ongelman kauan sitten. Omena on 97-prosenttisesti vettä, eikä se ole pakattu puupahviin, vaan syötävään kuoreen, joka on tarpeeksi herkullinen houkuttelemaan eläimiä syömään hedelmiä ja jakamaan jyviä.

Hämähäkkilangat, hämmästyttävä luonnon luomus, ovat herättäneet insinöörien huomion. Raina oli prototyyppi sillan rakentamiselle pitkille taipuisille kaapeleille, mikä merkitsi alkua vahvojen, kauniiden riippusiltojen rakentamiselle.

Nyt on kehitetty uudenlainen ase, joka voi järkyttää vihollisen joukkoja ultraäänellä. Tämä vaikutusperiaate lainattiin tiikereiltä. Petoeläimen karjunta sisältää erittäin matalia taajuuksia, jotka, vaikka ihmiset eivät niitä näe äänenä, heikentävät niitä.

Verenpoistoon käytettävä koukkuneula on suunniteltu periaatteella, joka toistaa täydellisesti lepakon etuhammasrakenteen, jonka purenta on kivuton ja siihen liittyy voimakasta verenvuotoa.

Meille tuttu mäntäruisku jäljittelee verenimulaitetta - hyttysiä ja kirppuja, joiden pureman jokainen tuntee.

Pörröiset "laskuvarjot" hidastavat voikukan siementen putoamista maahan, aivan kuten laskuvarjo hidastaa ihmisen putoamista.

Johtopäätös.

Bioniikan mahdollisuudet ovat todella rajattomat...

Ihmiskunta yrittää tarkastella luonnon menetelmiä lähemmin voidakseen sitten käyttää niitä viisaasti tekniikassa. Luonto on kuin valtava insinööritoimisto, jolla on aina oikea tie ulos tilanteesta. Nykyajan ihmisen ei tule tuhota luontoa, vaan ottaa se mallina. Monimuotoisen kasviston ja eläimistön ansiosta luonto voi auttaa ihmistä löytämään oikean teknisen ratkaisun monimutkaisiin ongelmiin ja ulospääsyn mistä tahansa tilanteesta.

Minusta oli erittäin mielenkiintoista työskennellä tämän aiheen parissa. Jatkossa jatkan bioniikan saavutusten tutkimista.

LUONTO STANDARDINA – JA BIONIKKAA ON!

Kirjallisuus:

1. Bioniikka. V. Martek, toim.: Mir, 1967

2. Mikä on bioniikka. Sarja "Popular Science Library". Astashenkov P.T. M., Voenizdat, 1963

3. Arkkitehtoninen bioniikka Yu.S. Lebedev, V.I. Rabinovich ym. Moskova, Stroyizdat, 1990. 4.

Käytetyt Internet-resurssit

Htth://www/cnews/ru/news/top/index. Shtml 2003/08/21/147736;

Bio-nika.narod.ru

www.computerra.ru/xterra

- http://ru.wikipedia.org/ wiki/Bionics

Www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

Http://factopedia.ru/publication/4097

Http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

http://novostey.com

Http://images.yandex.ru/yandsearch

Http://school-collection.edu.ru/catalog

Mallin luominen sisään bioniikka- Se on puoli taistelua. Tietyn käytännön ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen paitsi tarkistaa käytännössä kiinnostavien malliominaisuuksien olemassaolo, myös kehittää menetelmiä laitteen ennalta määrättyjen teknisten ominaisuuksien laskemiseksi ja kehittää synteesimenetelmiä, jotka varmistavat saavutuksen. ongelman edellyttämistä indikaattoreista.

Ja siksi monet bioninen mallit aloittavat elämänsä tietokoneella ennen kuin ne saavat teknisen toteutuksen. Mallista muodostetaan matemaattinen kuvaus. Siitä kootaan tietokoneohjelma - bioninen malli. Tällaista tietokonemallia käyttämällä voidaan käsitellä erilaisia ​​parametreja lyhyessä ajassa ja suunnitteluvirheet voidaan poistaa.

Aivan oikein, ohjelmiston perusteella mallinnus, yleensä analysoida mallin toiminnan dynamiikkaa; Mitä tulee mallin erityiseen tekniseen rakenteeseen, tällainen työ on epäilemättä tärkeä, mutta niiden tavoitekuorma on erilainen. Pääasia niissä on löytää paras pohja, jolle mallin tarvittavat ominaisuudet voidaan luoda tehokkaammin ja tarkemmin. Kertynyt sisään bioniikka käytännön kokemus mallinnus erittäin monimutkaisilla järjestelmillä on yleinen tieteellinen merkitys. Valtava määrä sen heuristisia menetelmiä, jotka ovat ehdottoman välttämättömiä tällaisissa teoksissa, ovat jo yleistyneet tärkeiden kokeellisen ja teknisen fysiikan ongelmien ratkaisemiseksi, taloudellisten ongelmien, monivaiheisten haarautuneiden viestintäjärjestelmien suunnitteluongelmien jne.

Nykyään bioniikalla on useita suuntauksia.

Arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikka tutkii elävien kudosten muodostumisen ja rakenteen muodostumisen lakeja, analysoi elävien organismien rakenteellisia järjestelmiä materiaalin, energian säästämisen ja luotettavuuden varmistamisen periaatteella. Neurobioniikka tutkii aivojen toimintaa ja muistin mekanismeja. Eläinten aistielimiä ja sisäisiä reaktiomekanismeja ympäristöön sekä eläimissä että kasveissa tutkitaan intensiivisesti.

Silmiinpistävä esimerkki arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikasta on täydellinen analogia viljanvarsien ja nykyaikaisten korkeiden rakennusten rakenteesta. Viljakasvien varret kestävät raskaita kuormia murtumatta kukinnan painon alla. Jos tuuli taivuttaa ne maahan, ne palauttavat nopeasti pystysuoran asennon. Mikä on salaisuus? Osoittautuu, että niiden rakenne on samanlainen kuin nykyaikaisten korkeiden tehdasputkien suunnittelu - yksi tekniikan viimeisimmistä saavutuksista. Molemmat rakenteet ovat onttoja. Kasvin varren sklerenchyma-säikeet toimivat pituussuuntaisena vahvistuksena. Varsien väliset solmut ovat jäykkyysrenkaita. Varren seinillä on soikeat pystysuorat aukot. Putkien seinillä on sama suunnitteluratkaisu. Viljakasvien varren putken ulkopuolelle sijoitetun spiraalivahvikkeen roolia hoitaa ohut kuori. Insinöörit päätyivät kuitenkin rakentavaan ratkaisuunsa omin avuin "katsomatta" luontoon. Rakenteen henkilöllisyys paljastettiin myöhemmin.

Viime vuosina bioniikka on vahvistanut, että suurin osa ihmisen keksinnöistä on jo "patentoitu" luonnon toimesta. 1900-luvun keksintö, kuten vetoketjut ja tarranauha, tehtiin linnun höyhenen rakenteen perusteella. Koukuilla varustetut erikokoiset höyhenpartat tarjoavat luotettavan otteen.

Kuuluisat espanjalaiset arkkitehdit M. R. Cervera ja J. Ploz, aktiiviset bioniikan kannattajat, aloittivat "dynaamisten rakenteiden" tutkimuksen vuonna 1985, ja vuonna 1991 he perustivat "Arkkitehtuuriinnovaatioita tukevan seuran". Heidän johtamansa ryhmä, johon kuului arkkitehteja, insinöörejä, suunnittelijoita, biologeja ja psykologeja, kehitti "Vertical Bionic Tower City" -projektin. 15 vuoden kuluttua Shanghaihin pitäisi ilmestyä tornikaupunki (tutkijoiden mukaan 20 vuodessa Shanghain väkiluku voi nousta 30 miljoonaan). Tornikaupunki on suunniteltu 100 tuhannelle ihmiselle, projekti perustuu "puurakentamisen periaatteeseen".

Kaupungin torni tulee olemaan sypressin muotoinen, jonka korkeus on 1128 m ja ympärysmitta tyvestä 133 x 100 m ja leveimmästä kohdasta 166 x 133 m. Tornissa on 300 kerrosta ja ne ovat sijaitsee 12 pystykorttelissa 80 kerroksessa. Lohkojen välissä on tasoituslattiat, jotka toimivat tukirakenteena kullekin lohkotasolle. Korttelin sisällä on erikorkuisia taloja, joissa on pystysuorat puutarhat. Tämä monimutkainen muotoilu on samanlainen kuin sypressipuun oksien ja koko latvun rakenne. Torni tulee seisomaan haitariperiaatteella paalujalustalle, joka ei ole hautautunut, vaan kehittyy kaikkiin suuntiin noustessaan korkeutta - samalla tavalla kuin puun juuristo kehittyy. Tuulen vaihtelut yläkerroksissa on minimoitu: ilma kulkee helposti tornirakenteen läpi. Tornin peittämiseen käytetään erityistä muovimateriaalia, joka jäljittelee nahan huokoista pintaa. Mikäli rakentaminen onnistuu, suunnitteilla on rakentaa useita tällaisia ​​rakennuskaupunkeja lisää.

Arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikassa kiinnitetään paljon huomiota uusiin rakennusteknologioihin. Esimerkiksi tehokkaiden ja jätteettömien rakennustekniikoiden kehittämisen alalla lupaava suunta on kerrosrakenteiden luominen. Idea on lainattu syvänmeren nilviäisiltä. Niiden kestävät kuoret, kuten laajalle levinneen abalonen, koostuvat vuorotellen kovista ja pehmeistä levyistä. Kun kova levy halkeilee, muodonmuutos imeytyy pehmeään kerrokseen eikä halkea pääse pidemmälle. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää myös autojen peittämiseen.

Neurobioniikan pääalueita ovat ihmisten ja eläinten hermoston tutkimus sekä hermosolujen-neuronien ja hermoverkkojen mallintaminen. Tämä mahdollistaa elektroniikka- ja tietotekniikan parantamisen ja kehittämisen.

Elävien organismien hermostolla on useita etuja ihmisen keksimiin nykyaikaisimpiin analogeihin verrattuna:

Joustava ulkoisen tiedon havaitseminen riippumatta siitä, missä muodossa se tulee (käsiala, fontti, väri, sointi jne.).

Korkea luotettavuus: tekniset järjestelmät epäonnistuvat, kun yksi tai useampi osa hajoaa, ja aivot pysyvät toimintakunnossa, vaikka useita satojatuhansia soluja kuolee.

Miniatyyri. Esimerkiksi transistorilaite, jossa on sama määrä elementtejä kuin ihmisen aivoissa, vie tilan noin 1000 m3, kun taas aivomme 1,5 dm3.

Energiatehokkuus - ero on yksinkertaisesti ilmeinen.

Korkea itseorganisoitumisaste - nopea sopeutuminen uusiin tilanteisiin ja toimintaohjelmien muutoksiin.

Eiffel-torni ja sääriluu

Ranskan vallankumouksen 100-vuotispäivänä Pariisissa järjestettiin maailmannäyttely. Näyttelyn alueelle suunniteltiin pystyttää torni, joka symboloisi sekä Ranskan vallankumouksen suuruutta että uusimpia teknologisia saavutuksia. Kilpailuun lähetettiin yli 700 projektia, joista paras palkittiin silta-insinööri Alexandre Gustave Eiffelin projektina. 1800-luvun lopulla luojansa mukaan nimetty torni hämmästytti koko maailmaa harjakattoisuudellaan ja kauneudellaan. 300 metrin tornista on tullut eräänlainen Pariisin symboli. Huhuttiin, että torni rakennettiin tuntemattoman arabitutkijan piirustusten mukaan. Ja vasta yli puoli vuosisataa myöhemmin biologit ja insinöörit tekivät odottamattoman löydön: Eiffel-tornin suunnittelu jäljittelee tarkasti sääriluun rakennetta, joka kestää helposti ihmiskehon painon. Jopa kantavien pintojen väliset kulmat ovat samat. Tämä on toinen hyvä esimerkki bioniikka Toiminnassa.

Luonto ja ihmiset rakentavat samojen lakien mukaan materiaalisäästön periaatetta noudattaen ja optimaalisten suunnitteluratkaisujen valinnassa syntyville järjestelmille (kuorman uudelleenjako, vakaus, materiaalin, energian säästö).

Tiedettä, joka tutkii elävien organismien rakennetta ja toimintaa käyttääkseen sitä teknisten ongelmien ratkaisemiseen ja uusien laitteiden ja mekanismien luomiseen, kutsutaan bioniikaksi (kreikan sanasta bios "elämä"). Tätä termiä käytettiin ensimmäisen kerran 13. syyskuuta 1960 Daytonassa Yhdysvaltain kansallisessa symposiumissa "Elävät prototyypit - avain uuteen teknologiaan", ja se merkitsi uutta tieteellistä suuntaa, joka syntyi biologian ja tekniikan risteyksessä. Leonardo da Vinciä pidetään bioniikan esi-isänä. Hänen piirustuksensa ja kaavionsa lentokoneista perustuvat linnun siiven rakenteeseen.

Bioniikka kehittyi pitkään harppauksin. Aluksi insinöörit ja suunnittelijat löysivät onnistuneen ratkaisun ongelmaan, ja jonkin ajan kuluttua havaittiin, että elävillä organismeilla on samanlaiset suunnitteluratkaisut ja yleensä optimaaliset.

Nykyään bioniikalla on useita suuntauksia. Arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikka tutkii elävien kudosten muodostumisen ja rakenteen muodostumisen lakeja, analysoi elävien organismien rakenteellisia järjestelmiä materiaalin, energian säästämisen ja luotettavuuden varmistamisen periaatteella. Neurobioniikka tutkii aivojen toimintaa ja muistin mekanismeja. Eläinten aistielimiä ja sisäisiä reaktiomekanismeja ympäristöön sekä eläimissä että kasveissa tutkitaan intensiivisesti.

Silmiinpistävä esimerkki arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikasta on täydellinen analogia viljanvarsien ja nykyaikaisten korkeiden rakennusten rakenteesta. Viljakasvien varret kestävät raskaita kuormia murtumatta kukinnan painon alla. Jos tuuli taivuttaa ne maahan, ne palauttavat nopeasti pystysuoran asennon. Mikä on salaisuus? Osoittautuu, että niiden rakenne on samanlainen kuin nykyaikaisten korkeiden tehdasputkien suunnittelu - yksi tekniikan viimeisimmistä saavutuksista. Molemmat rakenteet ovat onttoja. Kasvin varren sklerenchyma-säikeet toimivat pituussuuntaisena vahvistuksena. Varsien väliset solmut ovat jäykkyysrenkaita. Varren seinillä on soikeat pystysuorat aukot. Putkien seinillä on sama suunnitteluratkaisu. Viljakasvien varren putken ulkopuolelle sijoitetun spiraalivahvikkeen roolia hoitaa ohut kuori. Insinöörit päätyivät kuitenkin rakentavaan ratkaisuunsa omin avuin "katsomatta" luontoon. Rakenteen henkilöllisyys paljastettiin myöhemmin.

Viime vuosina bioniikka on vahvistanut, että suurin osa ihmisen keksinnöistä on jo "patentoitu" luonnon toimesta. 1900-luvun keksintö, kuten vetoketjut ja tarranauha, tehtiin linnun höyhenen rakenteen perusteella. Koukuilla varustetut erikokoiset höyhenpartat tarjoavat luotettavan otteen.

Kuuluisat espanjalaiset arkkitehdit M.R. Cervera ja H. Ploz, aktiiviset bioniikan kannattajat, aloittivat "dynaamisten rakenteiden" tutkimuksen vuonna 1985, ja vuonna 1991 he perustivat "Arkkitehtuuriinnovaatioita tukevan seuran". Heidän johtamansa ryhmä, johon kuului arkkitehteja, insinöörejä, suunnittelijoita, biologeja ja psykologeja, kehitti "Vertical Bionic Tower City" -projektin. 15 vuoden kuluttua Shanghaihin pitäisi ilmestyä tornikaupunki (tutkijoiden mukaan 20 vuodessa Shanghain väkiluku voi nousta 30 miljoonaan). Tornikaupunki on suunniteltu 100 tuhannelle ihmiselle, projekti perustuu "puurakentamisen periaatteeseen".

Kaupungin torni tulee olemaan sypressin muotoinen, jonka korkeus on 1128 m ja ympärysmitta tyvestä 133 x 100 m ja leveimmästä kohdasta 166 x 133 m. Tornissa on 300 kerrosta ja ne ovat sijaitsee 12 pystykorttelissa 80 kerroksessa. Lohkojen välissä on tasoituslattiat, jotka toimivat tukirakenteena kullekin lohkotasolle. Korttelin sisällä on erikorkuisia taloja, joissa on pystysuorat puutarhat. Tämä monimutkainen muotoilu on samanlainen kuin sypressipuun oksien ja koko latvun rakenne. Torni tulee seisomaan haitariperiaatteella paalujalustalle, joka ei ole hautautunut, vaan kehittyy kaikkiin suuntiin noustessaan korkeutta - samalla tavalla kuin puun juuristo kehittyy. Tuulen vaihtelut yläkerroksissa on minimoitu: ilma kulkee helposti tornirakenteen läpi. Tornin peittämiseen käytetään erityistä muovimateriaalia, joka jäljittelee nahan huokoista pintaa. Mikäli rakentaminen onnistuu, suunnitteilla on rakentaa useita tällaisia ​​rakennuskaupunkeja lisää.

Arkkitehtuuri- ja rakennusbioniikassa kiinnitetään paljon huomiota uusiin rakennusteknologioihin. Esimerkiksi tehokkaiden ja jätteettömien rakennustekniikoiden kehittämisen alalla lupaava suunta on kerrosrakenteiden luominen. Idea on lainattu syvänmeren nilviäisiltä. Niiden kestävät kuoret, kuten laajalle levinneen abalonen, koostuvat vuorotellen kovista ja pehmeistä levyistä. Kun kova levy halkeilee, muodonmuutos imeytyy pehmeään kerrokseen eikä halkea pääse pidemmälle. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää myös autojen peittämiseen.

Neurobioniikan pääalueita ovat ihmisten ja eläinten hermoston tutkimus sekä hermosolujen-neuronien ja hermoverkkojen mallintaminen. Tämä mahdollistaa elektroniikka- ja tietotekniikan parantamisen ja kehittämisen.

Elävien organismien hermostolla on useita etuja ihmisen keksimiin nykyaikaisimpiin analogeihin verrattuna:
1. Joustava ulkoisen tiedon havaitseminen riippumatta siitä, missä muodossa se tulee (käsiala, fontti, väri, sointi jne.).
2. Korkea luotettavuus: tekniset järjestelmät epäonnistuvat, kun yksi tai useampi osa hajoaa, ja aivot pysyvät toimintakunnossa, vaikka useita satojatuhansia soluja kuolee.
3. Miniatyyri. Esimerkiksi transistorilaite, jossa on sama määrä elementtejä kuin ihmisen aivoissa, vie tilan noin 1000 m 3, kun taas aivomme 1,5 dm 3.
4. Taloudellinen energiankulutus - ero on yksinkertaisesti ilmeinen.
5. Korkea itseorganisoitumisaste - nopea sopeutuminen uusiin tilanteisiin ja toimintaohjelmien muutoksiin.

Muistimekanismien tutkiminen johtaa "ajattelevien" koneiden luomiseen monimutkaisten tuotanto- ja hallintaprosessien automatisoimiseksi.

On jo pitkään tiedetty, että linnut, kalat ja hyönteiset reagoivat erittäin herkästi ja tarkasti sään muutoksiin. Pääskysten matala lento ennakoi ukkosmyrskyä. Kun meduusoja kertyy lähelle rantaa, kalastajat tietävät, että he voivat käydä kalassa, meri on tyyni. "Biosynoptisilla" eläimillä on luonnostaan ​​ainutlaatuisia erittäin herkkiä "laitteita". Bioniikan tehtävänä ei ole vain löytää näitä mekanismeja, vaan myös ymmärtää niiden toimintaa ja luoda se uudelleen elektronisissa piireissä, laitteissa ja rakenteissa.

Kalojen ja lintujen monimutkaisen navigointijärjestelmän tutkimus, joka kattaa vaeltojen aikana tuhansia kilometrejä ja palaa erehtymättä paikoilleen kutemaan, talvehtimaan ja kasvattamaan poikasia, myötävaikuttaa erittäin herkkien seuranta-, opastus- ja esineiden tunnistusjärjestelmien kehittämiseen.

Tällä hetkellä eläinten ja ihmisten analyyttisten järjestelmien tutkimus edistää suuresti tieteen ja teknologian kehitystä. Nämä järjestelmät ovat niin monimutkaisia ​​ja herkkiä, ettei niillä ole vielä vertaa teknisten laitteiden joukossa. Esimerkiksi kalkkarokäärmeen lämpöherkkä elin havaitsee 0,0010C lämpötilan muutokset; kalojen sähköelin (rauskut, sähköankeriaat) havaitsee 0,01 mikrovoltin potentiaalit, monien yöeläinten silmät reagoivat yksittäisiin valon kvantteihin, kalat havaitsevat aineen pitoisuuden muutoksen vedessä 1 mg/m3 (=1) µg/l).

Monilla elävillä organismeilla on analyyttisiä järjestelmiä, joita ihmisillä ei ole. Esimerkiksi heinäsirkoilla on 12. antennisegmentissä tuberkuloosi, joka havaitsee infrapunasäteilyä. Hailla ja rauskuilla on päässä ja kehon etuosassa kanavat, jotka havaitsevat 0,10 asteen lämpötilan muutokset. Etanoilla, muurahaisilla ja termiiteillä on laitteita, jotka tunnistavat radioaktiivista säteilyä. Monet reagoivat magneettikentän muutoksiin (pääasiassa pitkiä matkoja muuttavat linnut ja hyönteiset). On niitä, jotka havaitsevat infra- ja ultraäänivärähtelyjä: pöllöt, lepakot, delfiinit, valaat, useimmat hyönteiset jne. Mehiläisen silmät reagoivat ultraviolettivaloon, torakan - infrapunavaloon jne.

Paikallisia suuntautumisjärjestelmiä on monia muitakin, joiden rakennetta ei ole vielä tutkittu: mehiläiset ja ampiaiset ovat hyvin auringossa suuntautuvia, urosperhoset (esim. yöriikinsilmä, kuolinpäähaukkakoi jne.) löytävät naaraan klo. 10 km etäisyydellä. Merikilpikonnat ja monet kalat (ankeriat, sammi, lohi) uivat useita tuhansia kilometrejä alkuperäisistä rannoistaan ​​ja palaavat erehtymättä munimaan ja kutemaan samaan paikkaan, josta he aloittivat elämämatkansa. Niillä oletetaan olevan kaksi suuntausjärjestelmää - kaukana tähtien ja auringon mukaan ja lähellä hajua (rannikkovesien kemia).

Miksi luonto on niin paljon ihmistä edellä nykyisellä teknisen kehityksen tasolla? Ensinnäkin, jotta voidaan ymmärtää elävän järjestelmän rakenne ja toimintaperiaate, mallintaa ja toteuttaa se tietyissä rakenteissa ja laitteissa, tarvitaan yleismaailmallista tietoa. Ja tänään, pitkän tieteenalojen pirstoutumisen jälkeen, tarve sellaiselle tiedon organisoinnille, joka mahdollistaisi niiden omaksumisen ja yhdistämisen yhteisten universaalien periaatteiden pohjalta, on vasta alkamassa.

Ja toiseksi, elävässä luonnossa biologisten järjestelmien muotojen ja rakenteiden pysyvyyttä ylläpidetään niiden jatkuvalla ennallistamisella, koska kyse on rakenteista, jotka tuhoutuvat ja kunnostuvat jatkuvasti. Jokaisella solulla on oma jakautumisjaksonsa, oma elinkaarensa. Kaikissa elävissä organismeissa hajoamis- ja palautumisprosessit kompensoivat toisiaan, ja koko järjestelmä on dynaamisessa tasapainossa, mikä mahdollistaa sopeutumisen ja rakenteiden uudelleenrakentamisen muuttuvien olosuhteiden mukaisesti. Biologisten järjestelmien olemassaolon pääedellytys on niiden jatkuva toiminta. Ihmisen luomilla teknisillä järjestelmillä ei ole hajoamis- ja palautumisprosessien sisäistä dynaamista tasapainoa ja ne ovat tässä mielessä staattisia. Niiden toiminta on yleensä säännöllistä. Tämä ero luonnollisten ja teknisten järjestelmien välillä on erittäin merkittävä suunnittelun näkökulmasta.

Elinjärjestelmät ovat paljon monimuotoisempia ja monimutkaisempia kuin tekniset rakenteet. Biologisia muotoja ei useinkaan voida laskea niiden poikkeuksellisen monimutkaisuuden vuoksi. Emme yksinkertaisesti vielä tiedä niiden muodostumisen lakeja. Elävien organismien rakenteen muodostumisen salaisuudet, niissä tapahtuvien elämänprosessien yksityiskohdat, rakenne ja toimintaperiaatteet voidaan oppia vain nykyaikaisimpien laitteiden avulla, joita ei aina ole saatavilla. Mutta jopa uusimmalla tekniikalla, paljon jää kulissien taakse.

Bioniikka (kreikaksi biōn - elämän elementti, kirjaimellisesti - elävä), biologian ja teknologian rajalla oleva tiede, joka ratkaisee teknisiä ongelmia organismien rakenteen ja elintärkeän toiminnan analyysin perusteella. Biologia liittyy läheisesti biologiaan, fysiikkaan, kemiaan, kybernetiikkaan ja tekniikan tieteisiin – elektroniikkaan, navigointiin, viestintään, merenkulkuun jne.

Ajatus elävästä luonnosta saatavan tiedon käyttämisestä teknisten ongelmien ratkaisemiseen kuuluu Leonardo da Vincille, joka yritti rakentaa lentokoneen, jolla on lintujen kaltaiset siivet - ornitopterin. Elävien organismien ja koneiden hallinnan ja kommunikoinnin yleisiä periaatteita pohtivan kybernetiikan ilmaantumisesta on tullut kannustin elävien järjestelmien rakenteen ja toimintojen laajemmalle tutkimukselle niiden yhteisyyden selvittämiseksi teknisten järjestelmien kanssa sekä käytön elävistä organismeista saadut tiedot uusien laitteiden, mekanismien, materiaalien jne. luomiseksi. Vuonna 1960 Daytonassa (USA) pidettiin ensimmäinen biokemian symposiumi, joka muodosti uuden tieteen syntymän.

Biologian pääasialliset työalueet kattavat seuraavat ongelmat: ihmisten ja eläinten hermoston tutkimus sekä hermosolujen - hermosolujen - ja hermoverkkojen mallintaminen tietotekniikan edelleen parantamiseksi sekä uusien automaatioelementtien ja -laitteiden kehittäminen. ja telemekaniikka (neurobioniikka); elävien organismien aistielimien ja muiden havainnointijärjestelmien tutkimus uusien antureiden ja havaitsemisjärjestelmien kehittämiseksi; eri eläinten orientoitumisen, sijainnin ja navigoinnin periaatteiden tutkiminen näiden periaatteiden hyödyntämiseksi tekniikassa; elävien organismien morfologisten, fysiologisten ja biokemiallisten ominaisuuksien tutkimus uusien teknisten ja tieteellisten ideoiden esittämiseksi.

Hermostoa koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että sillä on useita tärkeitä ja arvokkaita ominaisuuksia ja etuja kaikkiin nykyaikaisimpiin tietokonelaitteisiin verrattuna. Nämä ominaisuudet, joiden tutkiminen on erittäin tärkeää elektronisten tietojenkäsittelyjärjestelmien edelleen parantamisen kannalta, ovat seuraavat: 1) Erittäin täydellinen ja joustava ulkoisen tiedon havaitseminen riippumatta siitä, missä muodossa se saapuu (esim. käsiala, fontti, tekstin väri, piirustukset, sointi ja muut ääniominaisuudet jne.). 2) Korkea luotettavuus, joka ylittää merkittävästi teknisten järjestelmien luotettavuuden (jälkimmäiset epäonnistuvat, kun yksi tai useampi osa katkeaa piirissä; jos miljoonia hermosoluja aivoissa olevista miljardeista kuolee, järjestelmän toimivuus säilyy). 3) Hermoston elementtien miniatyyri: elementtien lukumäärällä 1010-1011 ihmisen aivojen tilavuus on 1,5 dm3. Transistorilaite, jossa on sama määrä elementtejä, vie tilan useita satoja tai jopa tuhansia m3. 4) Taloudellinen käyttö: ihmisaivojen energiankulutus ei ylitä useita kymmeniä watteja. 5) Hermoston korkea itseorganisoituminen, nopea sopeutuminen uusiin tilanteisiin, toimintaohjelmien muutoksiin.

Yritykset mallintaa ihmisten ja eläinten hermostoa alkoivat hermosolujen ja niiden verkostojen analogien rakentamisella. Erilaisia ​​keinotekoisia hermosoluja on kehitetty (kuva 1). On luotu keinotekoisia "hermoverkkoja", jotka pystyvät organisoitumaan itse eli palaamaan vakaisiin tiloihin, kun ne on otettu pois tasapainosta. Muistin ja muiden hermoston ominaisuuksien tutkiminen on tärkein tapa luoda "ajattelukoneita" monimutkaisten tuotanto- ja hallintaprosessien automatisoimiseksi. Hermoston luotettavuuden varmistavien mekanismien tutkiminen on tekniikan kannalta erittäin tärkeää, koska tämän ensisijaisen teknisen ongelman ratkaiseminen tarjoaa avaimen useiden teknisten järjestelmien (esimerkiksi 105 elektronista elementtiä sisältävien lentokoneiden) luotettavuuden varmistamiseen.

Analysaattorijärjestelmien tutkimus. Jokainen eläinten ja ihmisten analysaattori, joka havaitsee erilaisia ​​ärsykkeitä (valo, ääni jne.), koostuu reseptorista (tai aistielimestä), poluista ja aivokeskuksesta. Nämä ovat erittäin monimutkaisia ​​ja herkkiä muodostelmia, joilla ei ole vertaa teknisten laitteiden joukossa. Pienoiskokoiset ja luotettavat anturit, joiden herkkyys ei ole huonompi kuin esimerkiksi yksittäisiin valon kvantteihin reagoiva silmä, kalkkarokäärmeen lämpöherkkä elin, joka erottaa 0,001 °C lämpötilan muutokset, tai kalan sähköelin, joka havaitsee potentiaalit mikrovoltin murto-osissa, voisi merkittävästi nopeuttaa prosessia.teknologian kehitys ja tieteellinen tutkimus.

Tärkeimmän analysaattorin - visuaalisen - kautta suurin osa tiedosta tulee ihmisen aivoihin. Tekniseltä kannalta katsottuna seuraavat visuaalisen analysaattorin ominaisuudet ovat mielenkiintoisia: laaja herkkyysalue - yksittäisistä kvanteista voimakkaisiin valovirtoihin; näön selkeyden muutos keskustasta reunaan; liikkuvien kohteiden jatkuva seuranta; sopeutuminen staattiseen kuvaan (kiinteän kohteen katsomiseksi silmä tekee pieniä värähteleviä liikkeitä taajuudella 1-150 Hz). Teknisistä syistä keinotekoisen verkkokalvon kehittäminen on kiinnostavaa. (Verkkokalvo on hyvin monimutkainen muodostelma; esimerkiksi ihmissilmässä on 108 valoreseptoria, jotka on yhdistetty aivoihin 106 gangliosolun avulla.) Yksi keinotekoisen verkkokalvon versio (sammakon silmän verkkokalvon kaltainen) koostuu 3:sta kerrokset: ensimmäinen sisältää 1800 fotoreseptorisolua, toinen - "neuroneja", jotka havaitsevat positiivisia ja estäviä signaaleja fotoreseptoreista ja määrittävät kuvan kontrastin; kolmannessa kerroksessa on 650 "solua" viidestä eri tyypistä. Nämä tutkimukset mahdollistavat automaattisten tunnistuksenseurantalaitteiden luomisen. Tilallisen syvyyden aistimisen tutkiminen yhdellä silmällä näkemisen yhteydessä (monokulaarinen näkö) mahdollisti avaruudellisen syvyysmittarin luomisen ilmakuvien analysointiin.

Ihmisten ja eläinten kuuloanalysaattorin jäljitteleminen on käynnissä. Tämä analysaattori on myös erittäin herkkä - akuuttikuuloiset ihmiset havaitsevat äänen, kun paine korvakäytävässä vaihtelee noin 10 µn/m2 (0,0001 dyne/cm2). On myös teknisesti mielenkiintoista tutkia tiedon välittymismekanismia korvasta aivojen kuuloalueelle. Eläinten hajuelimiä tutkitaan "keinotekoisen nenän" luomiseksi - elektronisen laitteen, jolla analysoidaan pieniä hajuaineiden pitoisuuksia ilmassa tai vedessä [jotkut kalat aistivat aineen pitoisuuden useiden mg/m3 (µg/l) )]. Monilla organismeilla on analyyttisiä järjestelmiä, joita ihmisillä ei ole. Esimerkiksi heinäsirkassa on tuberkuloosi 12. antennisegmentissä, joka havaitsee infrapunasäteilyä; hailla ja rauskuilla on päässä ja kehon etuosassa kanavia, jotka havaitsevat 0,1 °C lämpötilan muutoksia. Etanat ja muurahaiset ovat herkkiä radioaktiiviselle säteilylle. Kalat ilmeisesti havaitsevat ilman sähköistymisen aiheuttamat hajavirrat (tämän todistaa kalat siirtyvät syvyyksiin ennen ukkosta). Hyttyset liikkuvat suljettuja reittejä keinotekoisen magneettikentän sisällä. Jotkut eläimet tunnistavat infra- ja ultraäänivärähtelyt hyvin. Jotkut meduusat reagoivat ennen myrskyä tapahtuviin infraäänivärähtelyihin. Lepakot lähettävät ultraäänivärähtelyä alueella 45-90 kHz, ja niiden ruokkimien koiden elimet ovat herkkiä näille aallolle. Pöllöillä on myös "ultraäänivastaanotin" lepakoiden havaitsemiseksi.

On luultavasti lupaavaa suunnitella eläinten aistielinten teknisten analogien lisäksi myös teknisiä järjestelmiä, joissa on biologisesti herkkiä elementtejä (esimerkiksi mehiläisen silmät ultraviolettisäteiden havaitsemiseen ja torakan silmät infrapunasäteiden havaitsemiseen).

Teknisessä suunnittelussa suuri merkitys on ns. Perceptronit ovat "itseoppivia" järjestelmiä, jotka suorittavat loogisia tunnistus- ja luokittelutoimintoja. Ne vastaavat aivokeskuksia, joissa vastaanotettua tietoa käsitellään. Suurin osa tutkimuksesta on omistettu visuaalisen, äänen tai muun kuvan tunnistamiselle, eli signaalin tai koodin muodostamiseen, joka vastaa kohdetta yksilöllisesti. Tunnistus on suoritettava kuvan muutoksista (esim. sen kirkkaus, väri jne.) riippumatta säilyttäen sen perusmerkityksen. Tällaiset itseorganisoituvat kognitiiviset laitteet toimivat ilman aiempaa ohjelmointia ja asteittaista koulutusta suorittaa ihminen; se esittää kuvia, ilmaisee virheitä ja vahvistaa oikeita vastauksia. Perceptronin syöttölaite on sen perceptiivinen, reseptorikenttä; visuaalisia objekteja tunnistaessaan se on sarja valokennoja.

"Harjoittelun" jälkeen perceptron voi tehdä itsenäisiä päätöksiä. Perceptroneihin perustuen luodaan laitteita tekstin, piirustusten, oskilogrammien, röntgenkuvien jne. lukemiseen ja tunnistamiseen.

Lintujen, kalojen ja muiden eläinten havaitsemis-, navigointi- ja suuntausjärjestelmien tutkiminen on myös yksi biologian tärkeistä tehtävistä, koska Pienet ja tarkat havainnointi- ja analysointijärjestelmät, jotka auttavat eläimiä navigoimaan, löytämään saalista ja vaeltamaan tuhansia kilometrejä (katso Eläinten vaellukset), voivat auttaa parantamaan ilmailussa, merenkulussa jne. käytettyjä välineitä. Ultraäänisijainti on löydetty lepakoista ja useista merieläimistä. eläimet (kalat, delfiinit). Tiedetään, että merikilpikonnat uivat useita tuhansia kilometrejä merelle ja palaavat aina samaan paikkaan rantaan munimaan. Niillä uskotaan olevan kaksi järjestelmää: pitkän kantaman suuntaus tähtien avulla ja lyhyen kantaman suuntaus hajun perusteella (rannikkovesien kemia). Urosyö riikinkukkoperhonen etsii naaraan jopa 10 km:n etäisyydeltä. Mehiläiset ja ampiaiset liikkuvat hyvin auringossa. Näiden monien ja monimuotoisten tunnistusjärjestelmien tutkimuksella on paljon tarjottavaa teknologialle.

Elävien organismien morfologisten piirteiden tutkiminen antaa myös uusia ideoita tekniseen suunnitteluun. Nopeiden vesieläinten ihon rakenteen tutkiminen (esim. delfiinin iho ei ole kastunut ja sillä on elastis-elastinen rakenne, joka varmistaa turbulenssin turbulenssin ja liukumisen eliminoitumisen minimaalisella vastuksella) on siis tehnyt sen. mahdollista lisätä laivojen nopeutta. Luotiin erityinen päällyste - keinonahka "laminflo" (kuva 2), joka mahdollisti merialusten nopeuden lisäämisen 15-20%. Diptera-hyönteisillä on lisäkkeet - riimut, jotka värisevät jatkuvasti siipien mukana. Lentosuunnan muuttuessa riimujen liikesuunta ei muutu, ne vartaloon yhdistävä lehtilehti venytetään ja hyönteinen saa signaalin lentosuunnan vaihtamisesta. Tällä periaatteella on rakennettu gyrotroni (kuva 3) - haarukkavärähtelijä, joka stabiloi lentokoneen lentosuunnan suurilla nopeuksilla. Lentokone, jossa on gyrotron, voidaan automaattisesti palauttaa pyörimisestä. Hyönteisten lentoon liittyy alhainen energiankulutus. Yksi syy tähän on siipien liikkeen erityinen muoto, joka näyttää kahdeksalta.

Tällä periaatteella kehitetyt liikkuvilla siivillä varustetut tuulimyllyt ovat erittäin taloudellisia ja toimivat alhaisilla tuulennopeuksilla. Uudet lentoperiaatteet, pyörätön liike, laakereiden rakenne, erilaiset manipulaattorit jne. kehitetään lintujen ja hyönteisten lentojen, hyppäävien eläinten liikkeen, nivelten rakenteen jne. Luun rakenteen analyysi, joka varmistaa sen suuremman keveyden ja samalla lujuuden, voi avata uusia mahdollisuuksia rakentamisessa jne.

Uusi teknologia, joka perustuu organismeissa tapahtuviin biokemiallisiin prosesseihin, on myös olennaisesti ongelma B. Tässä mielessä biosynteesiprosessien ja bioenergian tutkiminen on erittäin tärkeää, koska energeettisesti biologiset prosessit (esim. lihasten supistuminen) ovat erittäin taloudellisia. Samalla tekniikan kehityksen kanssa, jonka biologian menestykset takaavat, se hyödyttää myös biologiaa itseään, koska auttaa aktiivisesti ymmärtämään ja mallintamaan tiettyjä biologisia ilmiöitä tai rakenteita.

Bioniikan iskulause on: "Luonto tietää parhaiten." Mitä tiedettä tämä on? Itse nimi ja tämä motto saavat meidät ymmärtämään, että bioniikka liittyy luontoon. Monet meistä kohtaavat bioniikan tieteen elementtejä ja tuloksia päivittäin tietämättään.

Oletko kuullut sellaisesta tieteestä kuin bioniikka?

Biologia on suosittu tieto, johon tutustutaan koulussa. Jostain syystä monet ihmiset uskovat, että bioniikka on yksi biologian osa-alueista. Itse asiassa tämä lausunto ei ole täysin oikea. Todellakin, sanan suppeassa merkityksessä bioniikka on tiede, joka tutkii eläviä organismeja. Mutta useimmiten olemme tottuneet yhdistämään jotain muuta tähän opetukseen. Soveltava bioniikka on tiede, joka yhdistää biologian ja tekniikan.

Bionisen tutkimuksen aihe ja kohde

Mitä bioniikka tutkii? Vastataksemme tähän kysymykseen meidän on tarkasteltava itse opetuksen rakenteellista jakoa.

Biologinen bioniikka tutkii luontoa sellaisena kuin se on yrittämättä puuttua asiaan. Sen tutkimuksen kohteena ovat sisällä tapahtuvat prosessit

Teoreettinen bioniikka käsittelee luonnossa havaittujen periaatteiden tutkimusta ja luo niiden pohjalta teoreettisen mallin, jota käytetään myöhemmin tekniikassa.

Käytännön (tekninen) bioniikka on teoreettisten mallien soveltamista käytännössä. Niin sanotusti luonnon käytännön tuominen tekniseen maailmaan.

Mistä kaikki alkoi?

Suuri Leonardo da Vinci kutsutaan bioniikan isäksi. Tämän neron muistiinpanoista löytyy ensimmäisiä yrityksiä luonnonmekanismien tekniseen toteuttamiseen. Da Vincin piirustukset havainnollistavat hänen halustaan ​​luoda lentokone, joka pystyy liikuttamaan siipiään lentävän linnun tavoin. Kerran tällaiset ideat olivat liian rohkeita tullakseen suosituiksi. Ne herättivät huomiota paljon myöhemmin.

Ensimmäinen henkilö, joka sovelsi bioniikan periaatteita arkkitehtuurissa, oli Antoni Gaudí i Cournet. Hänen nimensä on lujasti painettu tämän tieteen historiaan. Suuren Gaudin suunnittelemat arkkitehtoniset rakenteet olivat vaikuttavia rakennusaikanaan, ja ne herättävät saman ilon monia vuosia myöhemmin nykyaikaisten tarkkailijoiden keskuudessa.

Seuraava henkilö, joka tuki ajatusta luonnon ja tekniikan symbioosista, oli Hänen johdollaan bionisten periaatteiden laaja käyttö rakennussuunnittelussa.

Bioniikka hyväksyttiin itsenäiseksi tieteeksi vasta vuonna 1960 Daytonan tieteellisessä symposiumissa.

Tietotekniikan ja matemaattisen mallinnuksen kehittyminen mahdollistaa nykyaikaisten arkkitehtien toteuttaa luonnon vihjeitä arkkitehtuurissa ja muilla toimialoilla paljon nopeammin ja tarkemmin.

Teknisten keksintöjen luonnolliset prototyypit

Yksinkertaisin esimerkki bioniikan tieteestä on saranoiden keksintö. Kiinnitys on tuttu kaikille, ja se perustuu periaatteeseen, jossa rakenteen yksi osa pyörii toisen ympäri. Tätä periaatetta simpukankuoret käyttävät molempien venttiilien ohjaamiseen ja niiden avaamiseen tai sulkemiseen tarpeen mukaan. Tyynenmeren jättiläissydänkalat saavuttavat 15-20 cm:n koot, ja niiden kuorien yhdistämisen saranoitu periaate näkyy selvästi paljaalla silmällä. Tämän lajin pienet edustajat käyttävät samaa venttiilien kiinnitysmenetelmää.

Käytämme jokapäiväisessä elämässä usein erilaisia ​​pinsetejä. Godwitin terävästä ja pihdin muotoisesta nokasta tulee tällaisen laitteen luonnollinen analogi. Nämä linnut käyttävät ohutta nokkaa, työntävät sen pehmeään maaperään ja poistavat pieniä kovakuoriaisia, matoja jne.

Monet nykyaikaiset laitteet ja laitteet on varustettu imukupeilla. Niitä käytetään esimerkiksi parantamaan erilaisten keittiökoneiden jalkojen muotoilua, jotta ne eivät pääse liukumaan käytön aikana. Imukuppeja käytetään myös kerrostalojen ikkunanpesuaineiden erikoiskenkien varustamiseen niiden turvallisen kiinnityksen varmistamiseksi. Tämä yksinkertainen laite on myös lainattu luonnosta. Puusammakko, jolla on imukupit jaloissaan, pysyy epätavallisen taitavasti kasvien sileillä ja liukkailla lehdillä, ja mustekala tarvitsee niitä läheiseen kosketukseen uhriensa kanssa.

Löydät monia tällaisia ​​esimerkkejä. Bioniikka on juuri tiedettä, joka auttaa ihmisiä lainaamaan teknisiä ratkaisuja luonnosta keksintöihinsä.

Kumpi tulee ensin - luonto vai ihmiset?

Joskus käy niin, että yksi tai toinen ihmiskunnan keksintö on jo pitkään ollut luonnon "patentoitu". Eli keksijät, kun luovat jotain, eivät kopioi, vaan keksivät itse tekniikan tai toimintaperiaatteen, ja myöhemmin käy ilmi, että se on ollut luonnossa jo pitkään ja sitä voisi yksinkertaisesti vakoilla ja ottaa käyttöön. .

Tämä tapahtui tavallisella tarranauhalla, jota henkilö käyttää vaatteiden kiinnittämiseen. On todistettu, että tarranauhan kaltaisia ​​koukkuja käytetään myös ohuiden väkästen yhdistämiseen.

Tehdaspiippujen rakenne on samanlainen kuin viljan ontot varret. Putkissa käytetty pitkittäinen vahvistus on samanlainen kuin varren sklerenchyma-säikeet. Teräksiset jäykistysrenkaat - välit. Ohut kuori varren ulkopuolella on analogi spiraalivahvistukselle putkien rakenteessa. Huolimatta rakenteen valtavasta samankaltaisuudesta, tutkijat keksivät itsenäisesti juuri tällaisen menetelmän tehdasputkien rakentamiseen ja näkivät vasta myöhemmin tällaisen rakenteen identiteetin luonnollisten elementtien kanssa.

Bioniikka ja lääketiede

Bioniikan käyttö lääketieteessä mahdollistaa monien potilaiden hengen pelastamisen. Pysähtymättä tehdään työtä keinotekoisten elimien luomiseksi, jotka pystyvät toimimaan symbioosissa ihmiskehon kanssa.

Tanskalainen Dennis Aabo testasi sitä ensimmäisenä. Hän menetti puolet käsivarrestaan, mutta hänellä on nyt kyky havaita esineitä koskettamalla lääketieteellisen keksinnön avulla. Hänen proteesinsa on kytketty loukkaantuneen raajan hermopäätteisiin. Keinotekoiset sormianturit pystyvät keräämään tietoa esineiden koskettamisesta ja välittämään sen aivoihin. Suunnittelua ei ole vielä viimeistelty, se on erittäin iso, mikä vaikeuttaa sen käyttöä arjessa, mutta nyt voimme kutsua tätä tekniikkaa todelliseksi löydökseksi.

Kaikki tämänsuuntainen tutkimus perustuu täysin luonnollisten prosessien ja mekanismien kopioimiseen ja niiden tekniseen toteutukseen. Tämä on lääketieteellistä bioniikkaa. Tiedemiesten arvioiden mukaan heidän työnsä mahdollistaa pian kuluneiden elävien ihmiselinten korvaamisen ja sen sijaan mekaanisten prototyyppien käytön. Tämä on todellakin lääketieteen suurin läpimurto.

Bioniikka arkkitehtuurissa

Arkkitehti- ja rakennusbioniikka on bioniikan erikoisala, jonka tehtävänä on arkkitehtuurin ja luonnon orgaaninen yhdistäminen. Viime aikoina yhä useammin nykyaikaisia ​​rakenteita suunniteltaessa he turvautuvat elävistä organismeista lainattuihin bionisiin periaatteisiin.

Nykyään arkkitehtonisesta bioniikasta on tullut erillinen arkkitehtoninen tyyli. Se syntyi yksinkertaisesta lomakkeiden kopioinnista, ja nyt tämän tieteen tehtävänä on omaksua periaatteet, organisatoriset piirteet ja toteuttaa ne teknisesti.

Joskus tätä arkkitehtonista tyyliä kutsutaan ekotyyliksi. Tämä johtuu siitä, että bioniikan perussäännöt ovat:

• etsiä optimaalisia ratkaisuja;
• materiaalien säästämisen periaate;
• mahdollisimman ympäristöystävällisyyden periaate;
• energiansäästön periaate.

Kuten näette, bioniikka arkkitehtuurissa ei ole vain vaikuttavia muotoja, vaan myös edistyksellisiä teknologioita, jotka mahdollistavat rakenteen, joka täyttää nykyajan vaatimukset.

Arkkitehtonisten bionisten rakennusten ominaisuudet

Aiemman arkkitehtuurin ja rakentamisen kokemuksen perusteella voimme sanoa, että kaikki ihmisen rakenteet ovat hauraita ja lyhytikäisiä, jos ne eivät käytä luonnonlakeja. Bionic-rakennukset ovat hämmästyttävien muotojen ja rohkeiden arkkitehtonisten ratkaisujen lisäksi kestäviä ja kestävät haitallisia luonnonilmiöitä ja katastrofeja.

Tällä tyylillä rakennettujen rakennusten ulkopinnassa näkyy elementtejä reliefeistä, muodoista ja ääriviivoista, jotka suunnitteluinsinöörit ovat taitavasti kopioineet elävistä luonnon esineistä ja joita rakennusarkkitehdit ovat mestarillisesti ilmentäneet.

Jos yhtäkkiä arkkitehtonista esinettä tarkastellessasi näyttää siltä, ​​​​että katsot taideteosta, on suuri todennäköisyys, että edessäsi on bionisen tyylin rakennus. Esimerkkejä tällaisista rakenteista voidaan nähdä melkein kaikissa maiden pääkaupungeissa ja suurissa teknologisesti edistyneissä kaupungeissa maailmassa.

Suunnittelu uudelle vuosituhannelle

90-luvulla espanjalainen arkkitehtiryhmä loi rakennusprojektin, joka perustui täysin uuteen konseptiin. Kyseessä on 300-kerroksinen rakennus, jonka korkeus ylittää 1200 m. Suunnitelman mukaan liikkuminen tätä tornia pitkin tapahtuu neljälläsadalla pysty- ja vaakasuuntaisella hissillä, joiden nopeus on 15 m/s. Maa, joka suostui sponsoroimaan tätä hanketta, oli Kiina. Rakentamiseen valittiin väkirikkain kaupunki, Shanghai. Hankkeen toteuttaminen ratkaisee alueen demografisen ongelman.

Torni tulee olemaan täysin bioninen rakenne. Arkkitehdit uskovat, että vain tämä voi varmistaa rakenteen lujuuden ja kestävyyden. Rakenteen prototyyppi on sypressipuu. Arkkitehtonisella koostumuksella ei ole vain lieriömäistä muotoa, joka muistuttaa puunrunkoa, vaan myös "juuret" - uudenlainen bioninen perusta.

Rakennuksen ulkopäällyste on muovia ja hengittävää puunkuorta jäljittelevää materiaalia. Tämän pystysuoran kaupungin ilmastointijärjestelmä vastaa ihon lämpöä säätelevää toimintaa.

Tiedemiesten ja arkkitehtien mukaan tällainen rakennus ei jää ainoaksi laatuaan. Onnistuneen toteutuksen jälkeen bionisten rakennusten määrä planeetan arkkitehtuurissa vain kasvaa.

Bionic rakennukset ympärillämme

Mitkä kuuluisat luomukset ovat käyttäneet bioniikan tiedettä? Esimerkkejä tällaisista rakenteista on helppo löytää. Otetaan esimerkiksi Eiffel-tornin luomisprosessi. Jo pitkään oli huhuja, että tämä 300 metrin Ranskan symboli rakennettiin tuntemattoman arabiinsinöörin piirustusten mukaan. Myöhemmin paljastettiin sen täydellinen analogia ihmisen sääriluun rakenteen kanssa.

Eiffel-tornin lisäksi löydät monia esimerkkejä bionisista rakenteista ympäri maailmaa:

• pystytettiin analogisesti lootuksen kukan kanssa.
• Pekingin kansallisoopperatalo - vesipisaran jäljitelmä.
• Uimakompleksi Pekingissä. Ulkoisesti se toistaa vesihilan kiderakenteen. Hämmästyttävässä suunnitteluratkaisussa yhdistyvät myös rakenteen hyödyllinen kyky kerätä aurinkoenergiaa ja käyttää sitä myöhemmin kaikkien rakennuksessa toimivien sähkölaitteiden virtalähteenä.
• Aqua-pilvenpiirtäjä näyttää putoavan vesivirralta. Sijaitsee Chicagossa.
• Arkkitehtonisen bioniikan perustajan Antonio Gaudin talo on yksi ensimmäisistä bionisista rakenteista. Tähän päivään asti se on säilyttänyt esteettisen arvonsa ja on edelleen yksi Barcelonan suosituimmista turistikohteista.

Tietoa, jota jokainen tarvitsee

Yhteenvetona voimme turvallisesti sanoa: kaikki, mitä bioniikka opiskelee, on relevanttia ja välttämätöntä modernin yhteiskunnan kehitykselle. Jokaisen tulisi tutustua bioniikan tieteellisiin periaatteisiin. Ilman tätä tiedettä on mahdotonta kuvitella teknistä edistystä monilla ihmisen toiminnan aloilla. Bioniikka on tulevaisuutemme täydellisessä harmoniassa luonnon kanssa.