Бионика. Актуальность исследования презентация

Актуальность исследования:
В каждом творении Природы мы видим высочайшую степень целесообразности, надежности, прочности, экономичности, и в то же время разнообразие форм и конструкций природных творений бесконечно.
Этот синтез биологии и человеческого разума открывает для нас мир растений и животных как неиссякаемый источник новых идей для различных форм моделирования.

Природа
знает
лучше?
Основополагающий вопрос:

Цель:изучение Природы как гениального конструктора, инженера, художника и великого строителя.

Задачи:
При изучении живой мастерской природы, выяснить, что изучает наука бионика.
Историю ее развития, символы, направления бионики, перспективы развития науки.
Изучить литературу и Интернет - ресурсы по данному вопросу;
Провести наблюдение в природе, фотографирование и изучение природных объектов.
Развивать умения находить необходимый материал в учебных и справочных изданиях, сети Интернет, грамотно излагать материал;
Подготовить презентацию по данному вопросу и выступление на научном форуме исследовательских работ.

Содержание проекта:
Что изучает наука бионика ?
Символ бионики.
Прародитель бионики.
Виды бионики.
Моделирование живых организмов.
Направления бионики.
Примеры использования принципов работы и устройства биологических объектов в бионике.
Упор бионики на человекоподобных роботов.
Торжество бионики - искусственная рука.
Перспективы развития бионики.
Источники информации

Что изучает наука бионика ?
Бионика - наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма.
Формальным годом рождения бионики принято считать 1960 г.

Символ бионики
Учёные – бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи.
Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.
Чертеж аэроплана, выполненный Леонардо да Винчи

Орнитоптер
Термин "орнитоптер" происходит от греческих слов ornithos, что означает птица, и pteron - крыло. Орнитоптер представляет собой летательный аппарат, передвигающийся за счёт маха крыльев. Упоминания людей, способных летать подобно птицам при помощи искусственных крыльев, встречаются, например, в мифах Древней Греции.

Виды бионики:
биологическая бионика, изучающая процессы, происходящие в биологических системах;
теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов;
техническая бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
Воздушный колокол паука-серебрянки
Водолазный колокол Галлея

Природа знает лучше.
В последнее десятилетее бионика получила значительный импульс к новому развитию.
Это связано с переходом современных технологий на гига- и наноуровень и позволяют копировать природные конструкции с небывалой точностью.
Именно в этой области, граничащей на стыке биологии и техники, свершаются величайшие открытия современности.

Сегодня бионика имеет несколько направлений:
Архитектурная бионика
Нейробионика

Архитектурная бионика
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

Что же такое сооружение в бионическом стиле?
Дома хоббитов построены по всем законам бионики.
Постройки в бионическом стиле выбиваются из правильной геометрии.
В бионике стены подобны живым мембранам.
Пластичные и протяженные стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов.
Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит.
Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму.

Бионический стиль

Нейробионика
Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Бионика нашла свое широкое применение практически везде: в моде, в медицине,в устройстве некоторых объектов, в танцевальном направлении.

1. Застёжка - молния.
В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже "запатентовано" природой. Такое изобретение XX века, как застежки "молния" и "липучки", было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.
Примеры использования принципов работы и устройства биологических объектов в бионике

2.Изобретение застежек «липучки»
Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де
Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника
(так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку»
Плод дурнишника на рубашке
Застежка - липучка

3. Эйфелева башня
Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.
Костная структура
Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру
головки бедренной кости

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

5. Китоподобное судно
Японские инженеры и биологи установили в результате многочисленных экспериментов, что форма тела кита совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское китоподобное судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъемность остались теми же.

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

6. Фабричные трубы
Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия стеблей — кольца жесткости.

В Штутгарте создали новый экспериментальный «бионический автомобиль Mercedes», который в точности похож на рыбу!
Работу над проектом мерседесовцы начали с того, что запустили в аквариум тропическую рыбу-кузовок (boxfish). Изучив ее вдоль и поперек, инженеры сделали точную модель рыбки и отправили на продувку в аэродинамическую трубу.
Инженеры также обратили внимание на рыбью чешую — шестиугольные чешуйки образуют прочную поверхность при минимальном весе. Если подобную технологию применить, например, при формовке внешних дверных панелей, то их жесткость увеличится на 40%. А если чешуйчатым сделать весь кузов, то он станет на треть легче традиционного, не потеряв при этом в прочности!
7.«Бионический автомобиль Mercedes»,

Грейферный экскаватор
Лапы ловчих птиц

Клюв веретенника
Операционные ножницы и пинцет

Клещи муравьиного льва
Комбинированные клещи

Осьминог
Технические присоски

Плод репейника
Застежка-
липучка

Строение костей
Фахверк

Постройки термитов
Кондиционирование зданий

Насекомые
Роботы

Птицы
Самолёты

Зрение мухи
Глаза робота

Бионика делает упор на человекоподобных роботов
Как известно, самые преданные адепты бионики — это инженеры, которые конструируют роботов. Сегодня среди разработчиков очень популярна такая точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно функционировать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Разработчики -бионики исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде — с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги, а колеса, гусеницы и прочее совсем не подходит для города. И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных?
Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек

Торжество бионики - искусственная рука
Ученым из Института реабилитации Чикаго удалось создать бионический протез, который позволяет пациенту не только управлять рукой с помощью мыслей, но и распознавать некоторые ощущения..

Обладательницей бионической руки стала Клаудиа Митчелл (Claudia Mitchell), в прошлом служившая в морском флоте США.
В 2005 году Митчелл пострадала в аварии. Хирургам пришлось ампутировать левую руку Митчелл по самое плечо. Как следствие, нервы, которые могли бы быть в дальнейшем использованы для контроля над протезом, остались без применения.
Клаудиа Митчелл

Почти любая технологическая проблема, которая встает перед дизайнерами или инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами.
Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукт и распространяют зерна.

Перспективы развития бионики
Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире техники. И самые неожиданные сюрпризы ждут нас в разработке различных приборов обнаружения, методах добычи полезных ископаемых и производства веществ. А в технике - и этого ожидают - появятся такие системы управления, куда будут «встроены» новые биологические машины.

Разработка навигационных систем
Удивительно, сколь сложной навигационной системой наделены некоторые рыбы и птицы, которым приходится преодолевать тысячи километров во время миграций. Изучение этого феномена способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Не случайно бионика вызывает пристальный интерес у военных. Большинство исследований в этой области финансируется управлениями ВВС и ВМС.

Сейчас ведутся разработки нового типа оружия, способного вводить войска противника в шоковое состояние с помощью ультразвука. Этот принцип воздействия был позаимствован у тигров. Рев хищника содержит ультранизкие частоты, которые хотя и не воспринимаются человеком как звук, оказывают на него паралитическое воздействие.
Разработки нового типа оружия.

«Природа знает лучше»
Чем глубже человек проникает в уникальные «изобретения» животного мира, тем очевиднее становится необходимость использования их в практической деятельности. Свершения Homo sapiens впечатляют, но вряд ли стоит забывать о том, что Природа хитрее и мудрее нас.