Що вивчає біоніка у біології. Каталог файлів з біології. Ейфелева вежа та гомілкова кістка

Природа і люди будують за одним і тим самим законам, дотримуючись принципу економії матеріалу і підбираючи для систем оптимальні конструктивні рішення (перерозподіл навантаження, стійкість, економію матеріалу, енергії).

Науку, що займається вивченням будови та функціонування живих організмів, щоб використовувати це для вирішення інженерних завдань, створення нових приладів та механізмів, називають біонікою (від грецького bios «життя»). Цей термін вперше прозвучав 13 вересня 1960 р. у Дайтоні на американському національному симпозіумі «Живі прототипи – ключ до нової техніки» та позначив новий науковий напрямок, що виник на стику біології та інженерного мистецтва. Батьком біоніки вважається Леонардо да Вінчі. Його креслення та схеми літальних апаратів засновані на будові крила птиці.

Тривалий час біоніка розвивалася стрибкоподібно. Спочатку інженери та конструктори знаходили вдале рішення будь-якої задачі, а через деякий час виявлялося, що у живих організмів існують аналогічні конструктивні рішення та, як правило, оптимальні.

Сьогодні біоніка має кілька напрямків. Архітектурно-будівельна біоніка вивчає закони формування та структуроутворення живих тканин, займається аналізом конструктивних систем живих організмів за принципом економії матеріалу, енергії та забезпечення надійності. Нейробіоніка вивчає роботу мозку, досліджує механізми пам'яті. Інтенсивно вивчаються органи почуттів тварин, внутрішні механізми реакцію навколишнє середовище і в тварин, і в рослин.

Яскравий приклад архітектурно-будівельної біоніки – повна аналогія будови стебел злаків та сучасних висотних споруд. Стебла злакових рослин здатні витримувати великі навантаження і при цьому не ламатися під вагою суцвіття. Якщо вітер пригинає їх до землі, вони швидко відновлюють вертикальне положення. У чому секрет? Виявляється, їхня будова схожа на конструкцію сучасних висотних фабричних труб - одне з останніх досягнень інженерної думки. Обидві конструкції порожнисті. Склеренхімні тяжи стебла рослини відіграють роль поздовжньої арматури. Міжвузля стебел – кільця жорсткості. Уздовж стін стебла знаходяться овальні вертикальні порожнечі. Стіни труби мають таке ж конструктивне рішення. Роль спіральної арматури, розміщеної біля зовнішньої сторони труби в стеблі злакових рослин, виконує тонка шкірка. Проте до свого конструктивного рішення інженери прийшли самостійно, не заглядаючи в природу. Ідентичність будови було виявлено пізніше.

У Останніми рокамиБіоніка підтверджує, що більшість людських винаходів вже «запатентовано» природою. Такий винахід ХХ століття, як застібки "блискавка" та "липучки", було зроблено на основі будови пера птаха. Борідки пера різних порядків, оснащені гачками, забезпечують надійне зчеплення.

Відомі іспанські архітектори М.Р. Сервера та Х. Плоз, активні прихильники біоніки, з 1985 р. розпочали дослідження «динамічних структур», а в 1991 р. організували «Товариство підтримки інновацій в архітектурі». Група під їх керівництвом, до складу якої увійшли архітектори, інженери, дизайнери, біологи та психологи, розробила проект «Вертикальне біонічне місто-вежа». Через 15 років у Шанхаї має з'явитися місто-вежа (за прогнозами вчених, через 20 років чисельність Шанхаю може досягти 30 млн осіб). Місто-вежа розраховане на 100 тисяч осіб, в основу проекту покладено «принцип конструкції дерева».

Башта-город матиме форму кипариса заввишки 1128 м з обхватом біля основи 133 на 100 м, а найширшій точці 166 на 133 м. У вежі буде 300 поверхів, і розташовані вони будуть у 12 вертикальних кварталах по 80 поверхів. Між кварталами – перекриття-стяжки, які відіграють роль несучої конструкції для кожного рівня-кварталу. Усередині кварталів – різновисокі будинки з вертикальними садами. Ця ретельно продумана конструкція аналогічна до будови гілок і всієї крони кипарису. Стояти башта буде на пальовому фундаменті за принципом гармошки, який не заглиблюється, а розвивається на всі боки в міру набору висоти - аналогічно тому, як розвивається коренева система дерева. Вітрові коливання верхніх поверхів зведені до мінімуму: повітря легко проходить крізь конструкцію вежі. Для облицювання башти буде використано спеціальний пластичний матеріал, що імітує пористу поверхню шкіри. Якщо будівництво пройде успішно, планується збудувати ще кілька таких будівель-міст.

В архітектурно-будівельній біоніці багато уваги приділяється новим будівельним технологіям. Наприклад, у галузі розробок ефективних та безвідходних будівельних технологій перспективним напрямом є створення шаруватих конструкцій. Ідея запозичена у глибоководних молюсків. Їх міцні черепашки, наприклад у широко поширеного «морського вуха», складаються з жорстких і м'яких пластинок, що чергуються. Коли жорстка пластинка тріскається, деформація поглинається м'яким шаром і тріщина не йде далі. Така технологія може бути використана для покриття автомобілів.

Основними напрямками нейробіоніки є вивчення нервової системи людини та тварин та моделювання нервових клітин-нейронів та нейронних мереж. Це дає можливість удосконалювати та розвивати електронну та обчислювальну техніку.

Нервова система живих організмів має ряд переваг перед найсучаснішими аналогами, винайденими людиною:
1. Гнучке сприйняття зовнішньої інформації незалежно від форми, у якій вона надходить (почерк, шрифт, колір, тембр тощо. буд.).
2. Висока надійність: технічні системи виходять з ладу при поломці однієї чи кількох деталей, а мозок зберігає працездатність при загибелі навіть кількох сотень тисяч клітин.
3. Мініатюрність. Наприклад, транзисторний пристрій з таким самим числом елементів, як головний мозок людини, займало б об'єм близько 1000 м 3 тоді як наш мозок займає об'єм 1,5 дм 3 .
4. Економічність споживання енергії – різниця просто очевидна.
5. Високий рівень самоорганізації - швидке пристосування до нових ситуацій, до зміни програм діяльності.

Ейфелева вежа та гомілкова кістка До 100-х роковин Великої французької революції в Парижі було організовано всесвітню виставку. На території цієї виставки планувалося спорудити вежу, яка б символізувала і велич Французької революції, і новітні досягненнятехніки. На конкурс надійшло понад 700 проектів, найкращим було визнано проект інженера-мостовика Олександра Гюстава Ейфеля. Наприкінці ХІХ століття вежа, названа ім'ям свого творця, вразила весь світ ажурністю та красою. 300-метрова вежа стала своєрідним символом Парижа. Ходили чутки, ніби збудовано вежу за кресленнями невідомого арабського вченого. І лише більш ніж через півстоліття біологи та інженери зробили несподіване відкриття: конструкція Ейфелевої вежі в точності повторює будову великої гомілкової кістки, що легко витримує тяжкість людського тіла. Збігаються навіть кути між несучими поверхнями.

Вивчення механізмів пам'яті веде до створення "думаючих" машин для автоматизації складних процесів виробництва та управління.

Давно відомо, що птахи, риби, комахи дуже чуйно та безпомилково реагують на зміни погоди. Низький політ ластівок віщує грозу. За скупченням медуз біля берега рибалки дізнаються, що можна вирушати на промисел, море буде спокійним. Тварини-«біосиноптики» від природи наділені унікальними надчутливими «приладами». Завдання біоніки - як знайти ці механізми, а й зрозуміти їх дію і відтворити їх у електронних схемах, приладах, конструкціях.

Вивчення складної навігаційної системи риб та птахів, що долають тисячі кілометрів під час міграцій та безпомилково повертаються до своїх місць для нересту, зимівлі, виведення пташенят, сприяє розробці високочутливих систем стеження, наведення та розпізнавання об'єктів.

В даний час великим внеском у хід науково-технічного прогресу є дослідження аналізаторних систем тварин та людини. Ці системи настільки складні та чутливі, що поки що не мають собі рівних серед технічних пристроїв. Наприклад, термочутливий орган гримучої змії розрізняє зміни температури 0,0010C; електричний орган риб (скатів, електричних вугрів) сприймає потенціали 0,01 мікровольта, очі багатьох нічних тварин реагують на поодинокі кванти світла, риби відчувають зміну концентрації речовини у воді 1 мг/м3 (=1мкг/л).

Багато живих організмів мають такі аналізаторні системи, яких немає в людини. Наприклад, у коників на 12-му членику вусиків є горбок, що сприймає інфрачервоне випромінювання. У акул і схилів є канали на голові і в передній частині тулуба, що сприймають зміни температури 0,10С. Пристрій, що сприймає радіоактивне випромінювання, мають равлики, мурахи та терміти. Багато хто реагує на зміни магнітного поля (в основному птахи та комахи, які здійснюють далекі міграції). Є ті, хто сприймає інфра- та ультразвукові коливання: сови, кажани, дельфіни, кити, більшість комах і т. д.

Є ще багато систем орієнтації в просторі, пристрій яких поки не вивчений: бджоли та оси добре орієнтуються по сонцю, самці метеликів (наприклад, нічний павич очей, бражник мертва голова і т. д.) відшукують самку на відстані 10 км. Морські черепахи та багато риб (вугри, осетри, лососі) відпливають на кілька тисяч кілометрів від рідних берегів і безпомилково повертаються для кладки яєць і нересту до того самого місця, звідки самі почали свій життєвий шлях. Передбачається, що вони мають дві системи орієнтації - далека, за зірками і сонцем, і ближня - за запахом (хімізм прибережних вод).

Чому ж за сучасного розвитку техніки природа настільки випереджає людини? По-перше, щоб зрозуміти пристрій та принцип дії живої системи, змоделювати її та втілити у конкретних конструкціях та приладах, потрібні універсальні знання. А сьогодні, після тривалого процесу дроблення наукових дисциплін, лише починає позначатися потреба у такій організації знань, яка б охопити і об'єднати їх з урахуванням єдиних загальних принципів.

А по-друге, у живій природі сталість форм та структур біологічних систем підтримується за рахунок їх безперервного відновлення, оскільки ми маємо справу зі структурами, які безперервно руйнуються та відновлюються. Кожна клітина має свій період розподілу, свій цикл життя. У всіх живих організмах процеси розпаду і відновлення компенсують один одного, і вся система знаходиться в динамічній рівновазі, що дає можливість пристосовуватися, перебудовуючи свої конструкції відповідно до умов, що змінюються. Основною умовою існування біологічних систем є їхнє безперервне функціонування. Технічні системи, створені людиною, немає внутрішнього динамічного рівноваги процесів розпаду і відновлення, й у сенсі вони статичні. Їхнє функціонування, як правило, періодично. Ця різниця між природними та технічними системами дуже суттєва з інженерної точки зору.

Живі системи значно різноманітніші та складніші технічних конструкцій. Біологічні форми часто не можуть бути розраховані через їхню надзвичайну складність. Ми просто ще не знаємо законів їхнього формування. Таємниці структуроутворення живих організмів, подробиці життєвих процесів, що відбуваються в них, пристрій і принципи функціонування можна дізнатися лише за допомогою найсучаснішої апаратури, що не завжди доступно. Але навіть за наявності новітньої техніки дуже багато залишається «за кадром».

Швидше вище сильніше! Вивчення гідродинамічних особливостей будови китів та дельфінів допомогло створити особливу обшивку підводної частини кораблів, яка забезпечує підвищення швидкості на 20–25% за тієї ж потужності двигуна. Називається ця обшивка ламінфло і, аналогічно до шкіри дельфіна, не змочується і має еластично-пружну структуру, що усуває турбулентні завихрення і забезпечує ковзання з мінімальним опором. Такий приклад можна навести з історії авіації. Довгий час проблемою швидкісної авіації був флаттер - вібрації крил, що раптово і бурхливо виникають на певній швидкості. Через ці вібрації літак розвалювався в повітрі за кілька секунд. Після численних аварій конструктори знайшли вихід – крила почали робити з потовщенням на кінці. Через деякий час аналогічні потовщення були виявлені на кінцях крил бабки. У біології ці потовщення називаються птеростигми. Нові принципи польоту, безколісного руху, побудови підшипників тощо розробляються на основі вивчення польоту птахів і комах, руху стрибаючих тварин, будови суглобів.

Біоніка- прикладна наука про використання практичної діяльності людини як моделі для конструювання споруд та механізмів найбільш вдалих пристосувань живих організмів до середовища їх проживання.

Біоніка - Напрямок у науці та техніці, мета якого - використовувати біологічні знання для вирішення інженерних завдань та розвитку техніки. Батьком біоніки вважається Леонардо да Вінчі. Його креслення та схеми літальних апаратів засновані на будові крила птиці.

Основні напрямки робіт:

¨ Основні напрямки робіт з біоніки охоплюють такі проблеми:

¨ вивчення нервової системи людини і тварин та моделювання нервових клітин (нейронів) та нейронних мереж для подальшого вдосконалення обчислювальної техніки та розробки нових елементів та пристроїв автоматики та телемеханіки (нейробіоніка);

¨ дослідження органів чуття та інших сприймаючих систем живих організмів з метою розробки нових датчиків та систем виявлення;

¨ вивчення принципів орієнтації, локації та навігації у різних тварин для використання цих принципів у техніці;

¨ дослідження морфологічних, фізіологічних, біохімічних особливостей живих організмів для висування нових технічних та наукових ідей.

2. Основні середовища життя організмів.Середовище - все, що оточує організм (популяцію, співтовариство) і впливає на нього. На Землі існує чотири довкілля, освоєні і заселені організмами:

3. Завдання:

Дано: ДНК: АТГ – ГЦГ – АГЦ – ТГА – ТГЦ

Рішення: РНК: УАЦ - ЦГЦ - УЦГ - АЦУ - АЦГ; ділянка ДНК включає п'ять триплетів

Біоніка - один з напрямків біології та кібернетики, що вивчає особливості будови та життєдіяльності організмів з метою створення більш досконалих технічних системчи пристроїв, характеристики яких наближаються до характеристик живих систем.

Цього дня відкрився перший міжнародний симпозіум на тему "Живі прототипи штучних систем - ключ до нової техніки".

Але й до офіційного визнання біоніка як така була відома. Винахідники вже давно звертали увагу на різні явищаприроди, закономірності її розвитку та знаходили правильні рішення технічних завдань.

У процесі послідовного, жорстокого природного відбору природа тисячоліттями вдосконалювала свої системи, відточувала окремі органи тварин.

У жорстокій боротьбі існування виживали і давали потомство лише найдосконаліші форми організмів. В результаті такої тривалої еволюції природа створила на Землі гігантську скарбницю, в якій не порахувати дивовижних зразків «живих інженерних систем», що функціонують дуже точно, надійно та економічно, що відрізняються вражаючою доцільністю та гармонійністю дій, здатністю реагувати на найтонші зміни численних факторів. зовнішнього середовища, запам'ятовувати та враховувати ці зміни, відповідати на них різноманітними пристосувальними реакціями. У природи для цього було багато часу, а людина, яка створює сучасні машини, повинен вирішувати технічні завдання за короткий термін, за десятиліття, навіть за роки.

Багато «винаходів» природи ще в давнину допомагали вирішувати ряд технічних завдань. Так, арабські лікарі вже багато сотень років тому, проводячи очні хірургічні операції, отримали уявлення про заломлення світлових променів під час переходу з одного прозорого середовища до іншого. Вивчення кришталика ока наштовхнуло лікарів давнини на думку про використання лінз, виготовлених із кришталю чи скла, для збільшення зображення.

В галузі фізики вивчення багатьох основних принципів вчення про електрику було розпочато з дослідження так званої тваринної електрики. Зокрема, відомі досліди італійського фізіолога XVIII ст. Луїджі Гальвані з лапкою жаби привели зрештою до створення гальванічних елементів — хімічних джерел електричної енергії.

Ще роки Першої світової війни британський флот отримала озброєння гідрофони — прилади виявлення німецьких підводних човнів по шуму їх гвинтів у питній воді. Конструкція виявилася невдалою. Під час ходу судна гідрофони не сприймали інших звуків, оскільки все заглушалося гуркотом машини власного корабля. На допомогу прийшли зоологи. Вони нагадали, що тюлені чудово чують у воді за будь-якої швидкості, і запропонували надати гідрофонам форму вушної раковини тюленя. З того часу англійці стали успішніше боротися з німецькими під-водними човнами.

Прагнення вчених зрозуміти,в чому природа досконаліша, розумніша, економніша за сучасну техніку, їх спроби знайти і систематизувати нові методи длякорінного вдосконалення існуючих та створення принципово нових машин, приладів, будівельних конструкційі технологічних процесів і породили новий науковий напрямок, який отримав назву біоніка.

Форми живого у природі та його промислові аналоги.

Однією з основних завдань, вирішуваних біонікою, є дослідження принципів, що дозволяють досягти високої надійності біологічних систем, моделювання компенсаторних функцій організмів та його здібностей адаптації.

Прикладом високої надійності пристосувальних механізмів в деяких організмів є спеціальні оболонки для захисту від дії навколишнього середовища та можливого нападу.

Інженерам-теплотехнікам добре відомий діатоміт — вогнетривкий матеріал, з якого виготовляють стінки скловарних печей. Діатоміт отримують з покладів гігантських скупчень оболонок діатомових водоростей, що осіли на дно водоймищ. Клітини цих водоростей розташовуються усередині захисного панцира. Панцир діатомей складається з двох половин, вставлених одна в одну. Завдяки особливій шишкуватій структурі, що складається з паралелепіпедів або решіток, що надають панцирю високу міцність, діатомей здатні витримувати велику напругу стиснення та вигину.

прикладом складної системиадаптації до змін навколишніх умов єхарактерна для тварин система, що регулює рівень вмісту крові цукру — важливого джерела енергії. Вона становить особливий науковий інтерес. Нормальна життєдіяльність організму можлива лише за певному вмісті у крові виноградного цукру (глюкози). Унікальна система регулювання не допускає згубних для організму коливань вмісту цукру в крові.

У організмі є депонуючий (запасающий) орган, у якому глюкоза, полимеризуясь, перетворюється на інший вид вуглецю —гликоген (називається іноді тваринним крохмалем). Цей орган – печінка. У її клітинах глікоген може відкладатися у великих кількостях, знижуючи таким чином вміст у крові глю-кози. Коли вміст глюкози в крові падає нижче необхідного рівня, частина глікогену деполімеризується і знову глюкоза, що утворюється, надходить у кров до тих пір, поки її вміст знову не досягне норми. Організм не позбавляється надлишкового цінного енергетичного продукту, а перетворює його в зручну для зберігання форму, створює запас на «чорний день».

До комплексу завдань, вирішуваних біонікою, входить також дослідження біологічних рецепторних і аналізаторних систем (насамперед вивчення органів зору, слуху та нюху) з метою побудови їх технічних моделей. Око кальмара пристосоване для бачення предметів як при слабкому, так і при сильному освітленні. Цей прилад пов'язаний з наявністю в клітинах сітківки бурого зернистого пігменту. На яскравому світлі пігмент розподілений по всій клітині, захищаючи її чутливу основу від надлишку світлових променів. Вночі, при слабкому освітленні, весь пігмент навпаки рівномірно зосереджується в основі клітини, підвищуючи її чутливість. Щось схоже створено зараз оптиками. Їм вдалося розробити шибки, що миттєво темніють при попаданні на них яскравого світла. Коли яскравість зменшується, скла знову набувають колишньої прозорості.

Дуже цікавим та перспективним виявилося дослідження аеродинамічних властивостей птахів та комах, гідродинамічних характеристик головоногих молюсків, риб, китоподібних. Результати цього дослідження використовують в авіа-і суднобудуванні, конструюванні та виготовленні гідрореактивних двигунів для підводного транспорту. Великий російський учений М. Є. Жуковський, досліджуючи політ птахів, відкрив «таємницю крила», розробив методику розрахунку підйомної сили крила, тієї сили, що тримає літак повітря. Результати вивчення особливостей польоту птахів, якому багато часу приділяв Жуковський, лежать в основі сучасної аеродинаміки.

Ще більш досконалим літальним апаратом у живій природі мають комахи. По економічності польоту, відносної швидкості і маневреності вони не мають собі рівних у живій природі, а тим більше у сучасній авіаційній техніці. Хоча швидкість їхнього польоту, здавалося б, невелика в порівнянні з сучасними авіалайнерами, але якщо підрахувати швидкість щодо довжини тіла тварини, що летить, або комахи, то виявляється, що найшвидше літає джміль: за одну хвилину він пролітає 10 000 відстаней, рівних довжині його тіла; друге місце займають стрижі, третє - шпак, потім сіра ворона і тільки на самому останньому місцівиявляється наш швидкісний реактивний пасажирський авіалайнер, який за хвилину пролітає лише 1500 відстаней, рівних його довжині, тобто. він літає в 6-7 разів повільніше за джмеля!

Виявивши функцію дзижчалець — недорозвинених задніх крил у вигляді булавоподібних придатків, наявних у мух, ученим вдалося створити прилад «гіротрон», який застосовується для визначення кутового відхилення стабільності польоту в літаках та ракетах.

Методом швидкісної кінозйомки встановили, що крило метелика не тільки піднімається і опускається при його польоті, як видно оком, але й одночасно здійснює хвилеподібні рухи по поперечній осі. За аналогією з рухом крила метелика до крил вітряка приробили додаткові лопаті у вигляді крилець, і вітряк почав працювати навіть при тихому вітрі.

Реактивний рух, що використовується зараз у літаках, ракетах і космічних снарядах, властиво також головоногим молюскам— восьминогам, кальмарам, каракатиці. Водометний двигун на судах - це точна копія реактивного «механізму», використовуючи який каракатиця швидко рухається, викидаючи з себеструмінь води з великою силою. Кальмаров можна назвати "спринтерами моря". Вони здатні стартувати з морських глибин у повітря з такою швидкістю, що нерідко пролітають над хвилями понад 50 м-коду.

Кальмарам властива разюча маневреність у воді, вони виробляють надзвичайно стрімкі повороти не тільки у горизонтальній, а й у вертикальній площині. Вивчення локомоторного апарату кальмарів, гідродинамічних показників формиїх тіла може дати інженерам-кораблебудівникам багатий матеріал для створення високоманевреної морської ракети, здатної розвивати під водою величезну швидкість.

Глибоке та всебічне дослідження біологічних процесів, природних конструкцій та форм з метою їх використання у 250 будівельній техніці та архітектурі за короткий термін принесло чимало відкриттів. Вчені виявили, що витончена конструкція трисотметрової металевої Ейфелевої вежі точно повторює (збігаються навіть кути несучих поверхонь) будову великої гомілкової кістки, що легко витримує тяжкість людського тіла, хоча при створенні проекту вежі інженер Ж. Ейфель не користувався живими моделями. Велика гомілкова кістка людини при своїх невеликих діаметрі та масі витримує стиск у 1650 кг, що у 20 — 25 разів більше за звичайне навантаження.

При ретельному вивченні звичайного «виїденого яйця» встановили, що його міцність пояснюється тонкою та еластичною плівкою-мембраною, завдяки якій шкаралупа виявляється конструкцією із попереднім натягом. Цим відкриттям скористалися будівельники при спорудженні будівлі театру в Дакарі, всередині якої не мало бути жодної колони, жодної декоративної опори — вся будівля мала бути величезною, порожньою, тонкою залізобетонною «шкаралупою», що лежить на спеціальному фундаменті. Тільки мембрана, що надає міцності цієї конструкції, була виготовлена ​​не з «курячого» матеріалу, а з армоцементу. Тонкі армоцементні шкаралупи товщиною 15-30 мм покривають без опор простору заввишки більше 120 м. При цьому чим більше проліт, тим тонше і легше (до певних меж) має бути шкаралупа.

Вивчення дивовижного устрою листя, що має ребристу структуру та форму віяла, підказало архітекторам так звані «складчасті конструкції». Наприклад, лист звичайного паперу письма, покладений протилежними краями на підставки, не витримує власної маси і прогинається.

Той самий лист, але складений «гармошкою» і знову покладений на дві опори так, щоб паралельні складки йшли поперек прольоту, поводиться інакше, ніж гладкий. Він стійкий і може легко, не деформуючись, витримувати навантаження, що дорівнює стократній масі його власного тіла. Нова форма листа надала йому нових механічних якостей. Використовуючи принцип «складчастих конструкцій», США побудували складчасті куполи прольотом 100 — 200 м, мови у Франції перекриття павільйону прольотом 218 м.

Широке застосування отримали тонкостінні просторові складчасті конструкції й у Росії. Будівельникам житлових будинків виявився корисним тисячолітній досвід бджіл у спорудженні сот. Бджолині стільники мають багато переваг. Одноманітність елементів тут доведено до краю: головним і єдиним кон-структивним елементом усієї бджолиної будівлі служить шестигранна комірка, зроблена з воску. Інша перевага сот — їхня міцність. Міцність тут (відносна звичайно) вища, ніж у цегляної стіни. Стільники ізотропні (їх міцність однакова у всіх напрямках). Завдяки цим перевагам конструкція бджолиних сот лягла в основу виготовлення «стільникових панелей» для будівництва житлових будинків. У бджолиних стільник є ще одна надзвичайно важлива гідність. За мільйони років еволюції бджолам вдалося методом спроб і помилок знайти найекономічнішу і найємнішу форму судини для зберігання меду. Весь секрет полягає в раціонально обраній формі, в геометричній побудові воскового осередку. Всі гострі кути трьох ромбів, що утворюють основу кожного шестигранника, дорівнюють 70° 32". Математики довели, що при шестигранній формі саме така величина кутів забезпечує найбільшу місткість стільникового осередку при мінімальних витратах будівельного матеріалуна її спорудження. Наші інженери скористалися досвідом бджіл та розробили нову конструкцію залізобетонного елеватора для зберігання зерна. До цього в нашій країні будувалися десятки звичайних елеваторів із масивними монолітними залізобетонними вежами. Досконалості в нихбуло мало, а залізобетону витрачалося багато. На будівництвосучасного досконалого елеватора стільникової конструкції бетону йде на 30% менше, ніж на його монолітного предка. Але багатовіковий досвід бджіл у спорудженні сотень виявився корисним не тільки будівельникам житлових будинків та зерносховищ. Його дуже успішно використовують при будівництві гребель, шлюзів та багатьох інших складних та відповідальних об'єктів.

Наслідуючи природні структури, низку оригінальних споруд створили і мостовики. Так, французькі інженери звели міст, надавши йому форму скелета морської зірки. Він має вигляд рівностороннього трикутника, що значно надійніше, ніж арочні конструкції. Трансформація форми листя, коли вони, згортаючись у трубку і утворюючи химерні жолоби, закручуються в спіраль, забезпечуючи собі найбільшу міцність, підказала інженерам та конструкторам ідею мосту через річку у вигляді напівзгорнутого листа. Його легкість вражає, міцність надзвичайна. Красою, економічністю та довговічністю цей містповністю завдячує природі. Ще одну конструкцію мосту, підказану природою, розробив інженер Семюель Броун. Вийшовши в сад і розглядаючи тисячі тонких ниток павутиння, що провисали між деревами, він побачив прообраз шуканої конструкції моста на гнучких довгих нитках. Вітер розгойдував її, але підвісні нитки не рвалися. Інженеру залишалося лише розрахувати навантаження та перерізи. Так з'явилися міцні та красиві підвісні мости.

Надзвичайно важливим та цікавим є вирішуване біонікою завдання дослідження систем навігації, локації, стабілізації, орієнтації деяких представників світу тварин та створення принципово нових технічних пристроїв на основі.результати цих досліджень. Навігаційні здібності мігруючих тварин вражають своєю точністю, проте влаштування і принцип роботи систем, що забезпечують орієнтацію, поки не розгадані.

Біоніка, що у наукових колах у другій половині ХХ століття? Біоніка містить у своїй основі матеріали спостереження природними системами до створення з їхньої основі сучасних технологій.

Слово "біоніка" у перекладі з англійської означає "знання про живі організми". Її основне завдання (як було сказано раніше) – це виявлення закономірностей живої природи та застосування їх у системі людської діяльності. Вперше проблеми біоніки, її цілі та функції були визначені на дайтонському симпозіумі у США. Тоді в 1960 році сміливо було висунуто твердження про те, що тільки біологічні механізмиможуть бути дійсними прототипами технічного розвитку.

Основні проблеми та завдання біоніки

1. Спостереження та вивчення функцій та особливостей окремих систем та органів живих організмів (наприклад, нервової системи, серця чи шкіри) для використання отриманих знань як базис для створення новітніх технічних досягнень: засобів пересування, обчислень тощо.
2. Вивчення біоенергетичного потенціалу живих організмів для створення на їх основі двигунів, здатних діяти подібно до м'язів, щоб за допомогою цього економити електроенергію.
3. Дослідження біохімічних синтезуючих процесів для розвитку галузей хімії для отримання нових миючих засобівта лікарських препаратів.

Зв'язок біоніки з іншими галузями людських знань

«Біоніка вважається сполучною ланкою, прокладеною між безліччю технічних (електронна, транспортна, інформаційні технології) та природничих наук (медичною, біологією, хімією)».

Фахівці стверджують, що об'єднання у певну єдність сукупності наявних знань з метою їхнього раціонального практичного застосування – це найбільш необхідний процес для сучасного світу. Біоніка виникла тоді, коли спеціалізація окремих галузей знання посилилася, позбавляючи науку життєво необхідної єдності.

Так біоніка в біології є необхідним компонентом, що дозволяє застосовувати отримані знання в їх якісному поєднанні з математикою, технікою та хімією. Встановлення аналогічних зв'язків між інформаційними, технічними та природними ресурсами – невід'ємна частина біонічного дослідження.

Якщо у своєму широкому розумінні біоніка – засіб «запозичення» у природи геніальних ідей для нових наукових розробок, то у вужчому сенсі можна говорити про цю науку як про найтісніший зв'язок біології з аеронавтикою, кібернетикою, матеріалознавством, будівництвом, бізнесом, медициною, хімією, архітектурою та навіть мистецтвом. Спеціаліст-біонік повинен володіти надмірною спостережливістю, а також аналітичним складом розуму для здатності адекватного зіставлення наявного і знову оновлюваного за допомогою еволюції матеріалу та технічних можливостей, наданих розвитком людства.

Продовжуючи розмову про вузьке значення біоніки, можна говорити про таку її задачу, як розробка нових методів видобутку природних ресурсів та корисних копалин для використання їх у виробництві.

Незважаючи на те, що біоніка – це наука про те, як краще та раціональніше використовувати те, що дає нам природа, однією з її основних функцій виступає захист природного матеріалу як невичерпного джерела ресурсів та ідеї для безперервного прогресу суспільства. Для цього фахівцями-біоніками використовуються три основні підходи.

1. Функціональний математичний програмний підхід (вивчення схеми процесу, його структури, витоків і результатів). Цей підхід дає можливість конструювання нової моделі за допомогою наявних коштів.
2. Фізико-хімічний підхід (дослідження біохімічних процесів). Цей підхід надає дослідникам можливість синтезу нових речовин за допомогою вивчених механізмів.
3. Пряме застосування біологічних систем у структурі технологій, що називається зворотним моделюванням. Якщо в попередніх підходах йшлося про використання біологічного матеріалу для створення нових технічних засобів, то ми можемо говорити про вирішення завдань та питань техніки за допомогою пошуку відповідей та необхідних ресурсів у біологічному середовищі.

Отже, питанням у тому, що вивчає наука біоніка, найкраще відповісти так. Біоніка – це пошук шляхів, засобів та можливостей зв'язку біологічних аспектів існування та технічного прогресу з метою збільшення наукового прогресу та одночасного збереження існуючих природних ресурсів.

Про застосування в технічні пристроїта системах принципів організації, властивостей, функцій та структур живої природи, тобто форми живого в природі та їх промислові аналоги.

Розрізняють:

• біологічнубіоніку, що вивчає процеси, що відбуваються у біологічних системах;
• теоретичнубіоніку, яка будує математичні моделі цих процесів;
• технічнубіоніку, що застосовує моделі теоретичної біоніки на вирішення інженерних завдань.

Див. також

Література

• Моделювання у біології, пров. з англ., за ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963.
• Парін Ст Ст і Баєвський Р. М., Кібернетика в медицині та фізіології, М., 1963.
• Запитання біоніки. Зб. ст., відп. ред. М. Р. Гаазе-Рапопорт, М., 1967.
• Мартека Ст, Біоніка, пров. з англ., М., 1967.
• Крайзмер Л. П., Сочивко Ст П., Біоніка, 2 видавництва, М., 1968.
• Брайнес С. Н., Свечинський Ст Би., Проблеми нейрокібернетики та нейробіоніки, М., 1968.
• Бібліографічний покажчик з біоніки, М., 1965.
• Ігнатьєв М. Б. «Артоніка» Стаття у словнику-довіднику "Системний аналіз та прийняття рішень" вид. Вища школа, М., 2004.
• Мюллер, Т., Біоміметіка: National Geographic Росія, травень 2008, с. 112-135.
• Lakhmi C. Jain; NM. Martin Fusion of Neural Networks, Fuzzy Systems та Genetic Algorithms: Industrial Applications. - CRC Press, CRC Press LLC, 1998
• Ємельянов Ст Ст, Курейчик Ст Ст, Курейчик Ст Н. Теорія та практика еволюційного моделювання. - М: Фізматліт, 2003.
• Архітектурна біоніка. За редакцією Ю. З. Лебедєва.-М.:Стройиздат, 1990. 269с.
• Г. В. Васильків. Еволюційна теорія життєвого циклу механічних систем. Теорія споруд.-М.Видавництво ЛКІ, 2008. 320с.

Примітки

Посилання

Wikimedia Foundation.

2010 .:

• Синоніми
• Шварц, Олександр Львович

Відкритий чемпіонат Росії з ділових ігор

Дивитись що таке "Біоніка" в інших словниках:Біоніка

Дивитись що таке "Біоніка" в інших словниках:- [від біо... та (електро)ніка], наука, що вивчає живі організми з метою використання результатів пізнання механізмів їх функціонування при конструюванні машин та створенні нових технічних систем. Наприклад, дані біоніки, отримані при… Екологічний словник

біоніка- Етимологія. Походить від грецьк. Біо життя. категорія. Наукова дисципліна. Специфіка. Вивчає принципи функціонування живих систем для використання їх у галузі інженерної практики. Почала своє формування у 60-х роках. ХХ ст. Основним методом… … Велика психологічна енциклопедія

Дивитись що таке "Біоніка" в інших словниках:- біоніка, напрямок у біології та кібернетиці; вивчає особливості будови та життєдіяльності організмів з метою створення нових приладів, механізмів, систем та вдосконалення існуючих. Сформувалася у 2-й половині 20 ст. Для вирішення… … Сучасна енциклопедія

Дивитись що таке "Біоніка" в інших словниках:- вивчає особливості будови та життєдіяльності організмів для створення нових приладів, механізмів, систем та вдосконалення існуючих. Перспективні напрями: вивчення нервової системи людини та тварин, органів чуття, принципів… … Великий Енциклопедичний словник

Біоніка- наука, що почала формуватися у 60-х роках. ХХ ст. і вивчає з допомогою методу моделювання принципи функціонування живих систем для перенесення в область інженерної практики. Зокрема, суттєвих досягнень вдалося досягти при розробці. Психологічний словник