Glazková Nasťa

Lidské myšlení od nepaměti hledá odpověď na otázku: může člověk dosáhnout toho, čeho dosáhla živá příroda? Bude schopen například létat jako pták nebo plavat pod vodou jako ryba? Zpočátku o tom lidé mohli jen snít, ale brzy vynálezci začali ve svých návrzích uplatňovat organizační vlastnosti živých organismů.

Stažení:

Náhled:

Úvod ………………………………………… 2
Co je to „bionika“?................................4
Patenty na ochranu přírody…………………9
Architektonická bionika……………………….16
Neurobionika………………………………29
Technická bionika………………………...37
Závěr …………………………………39
Literatura……………………………………….40

Pták - jedná podle matematického zákona

nástroj, který je v lidských silách vyrobit

Se všemi jeho pohyby...

Leonardo da Vinci.

Dokonce i největší řecký materialistický filozof Demokritos (asi 460-370 př. n. l.) napsal:

„Od zvířat jsme se naučili nejdůležitější věci prostřednictvím napodobování. Jsme učedníky pavouka ve tkaní a krejčovství, učedníky vlaštovky ve stavbě domů...“

Po přečtení Demokritova prohlášení jsem přemýšlel, co si člověk vzal z přírody, aby zlepšil svůj život.

Charakteristický rys moderní věda je intenzivní prolínání myšlenek, teoretických přístupů a metod vlastní různým disciplínám. To platí zejména pro fyziku, chemii, biologii a matematiku. Fyzikální výzkumné metody se tedy hojně využívají při studiu živé přírody a jedinečnost tohoto objektu dává vzniknout novým pokročilejším metodám fyzikálního výzkumu.

Např:

Každý ví, že vážka je schopna se vznášet ve vzduchu, pohybovat se do stran nebo prudce dozadu. Navíc všechny manévry provádí ve vysoké rychlosti. Málokdo však ví, že vztlaková síla vážky je třikrát větší než u moderního letadla. Pomocí aerodynamiky vážky se vědci domnívají, že je možné výrazně zlepšit účinnost a bezpečnost letadel. Letadla navržená s ohledem na vážky budou moci dělat těsnější zatáčky a budou méně náchylná na poryvy větru, které bohužel stále způsobují nehody.
Dokáže chřestýš rozeznat rozdíl teplot rovný tisícině stupně?
...Některé ryby cítí v jednom litru vody stomiliardtinu zapáchající látky? To je stejné jako zjištění přítomnosti 30 g takové látky v celém Aralském jezeře.
...Cítí krysy záření?
...Reagují některé druhy mikrobů i na nepatrné změny záření?
...Vidí běžný černý šváb záření?
...komár vyvine při kousání specifický tlak až 1 miliard kg/cm2? Srovnání s 16kilogramovým závažím, které má základnu 4 cm2 a dává měrný tlak pouze 4 kg/cm2, ukazuje, jak velká je „komáří síla“.
...Hlubokomořské ryby detekují změny proudové hustoty menší než sto miliardtin ampéru?
...Nilská ryba Mormyrus používá elektromagnetické vibrace k „sondování“ své cesty ve vodě?

Není to úžasný seznam? A lze pokračovat dále a dále na neméně úžasných příkladech. Když se to všechno naučil, mohl by člověk projít lákavou myšlenkou vytvořit vlastníma rukama to, co příroda již vytvořila?

Účel mého výzkumu:Zjistěte, jak člověk využívá „přirozené“ vynálezy zvířat a rostlin k vytváření umělých zařízení ve prospěch člověka.

Co je to "bionika"?

Leonardo da Vinci je považován za předchůdce bioniky.

Jeho kresby a schéma letadel

Byly založeny na struktuře ptačích křídel

Kresby Leonarda da Vinciho...

V naší době se podle kreseb Leonarda da Vinciho opakovaně provádělo modelování ornitoptéry.

V roce 1960 se v Daytoně (USA) konalo první sympozium o bionice, které oficiálně potvrdilo nar. nová věda a navrhovaný název Americký inženýr Jack Steele.

Biologie + elektronika = Bionika.

Bionika (z Řecké slovo„bion“ - prvek života, doslova živý), věda hraničící s biologií a technologií, řešící inženýrské problémy založené na modelování struktury a životní činnosti organismů.

Motto bioniky: „Klíčem k tomu jsou živé prototypy nová technologie»

Bionika je zde symbol: zkřížený skalpel, páječka a integrální znak. Toto spojení biologa, technologie a matematiky nám umožňuje doufat, že věda bionika pronikne tam, kam ještě nikdo nepronikl, a uvidíte, co ještě nikdo neviděl.

Patenty na ochranu přírody.

Je známo, že rostliny jsou „zelené filtry“, které čistí vzduch a vodu od škodlivých nečistot. Doplňují atmosféru kyslíkem, zvlhčují a ionizují vzduch a snižují počet mikrobů.

Chlorophytum je přírodní kondicionér.

Byly vytvořeny domácí a průmyslové elektrické čističky vzduchu, jejichž funkce jsou podobné přírodním zeleným filtrům.

Stromy jsou výkonná rostlinná čerpadla. Velký význam pro pohyb vody má kořenový tlak a transpirace (odpařování vody listy), stejně jako adhezní síla mezi molekulami vody a stěnami cév.

Stejně jako si strom dodává živiny a vláhu svými kořeny, tak se lidé snaží ze země získávat minerály.

Hydrometalurgický způsob je oproti ohni (ve vysokých pecích) jednoduchý a ekonomický. Uhličitan sodný se čerpá do ložisek uranové rudy. Poté se hadicemi, jako kořeny rostlin, odsává z dolu čerpadlem kapalná směs obsahující uran. Po usazení se uran získává v čistší formě, než jaká se těží jinými metodami. Uran se také získává z měděných rud, které jej obsahují ve velmi malých množstvích.

Hydrometalurgie se používá při zpracování komplexních rud a rudných koncentrátů.

Architektonická bionika.

Divoká zvěř přestává být záhadným fenoménem. Jedním z hlavních zobecnění moderní biologie je, že všechny životní jevy podléhají zákonům fyziky a chemie a lze je vysvětlit pomocí těchto zákonů na různých úrovních: molekulární, během tvorby krystalů, tvorba mechanických (strukturálních) tkáně a podpůrné kostry, obecný systém forem a ekologických souvislostí. Živá příroda a architektura se vyvíjejí za stejných biofyzikálních podmínek pozemské a kosmické sféry a podléhají zákonům gravitace, setrvačnosti a termodynamiky. Jejich formy jsou dány podobným působením teplotních a vlhkostních faktorů, režimem slunečního záření, cykličností meteorologických jevů atd. Stavební činnost živých organismů je stejně jako v architektuře spojena s tvorbou stavební materiál a určitý řád (technologie) práce.

Architektura, která se v procesu svého vývoje stala velkým společenským fenoménem, směřuje k uspokojování nejen společenských, ale i biologických potřeb člověka. A zde získává architektura studiem biologické organizace člověka zvláštní utvářející impulsy, jejichž význam narůstá v podmínkách vědeckotechnické revoluce, rostoucích požadavků na úsporu sociální energie a zintenzivnění lidské práce.

Zkušenosti světové architektury posledních tří desetiletí potvrzují, že architektonická bionika je schopna řešit širokou škálu architektonických problémů, a to jak v jejich samostatné interpretaci, tak v komplexu. Patří mezi ně: objasnění obecných teoretických otázek architektury souvisejících se základními aspekty jejího vývoje; zdokonalení teorie systémů; další směry pro diferenciaci funkční struktury architektonických forem a architektonického prostoru; prohloubení kompozičních technik - tektonika, proporce, rovnováha, symetrie, rytmy, světlo, barva atd.; řešení problému vytvoření příznivého mikroklimatu PROTI budovy a jiné architektonické útvary; racionalizace stávajících struktur a zavádění nových konstrukčních forem; rozvoj industrializace výroby založené na unifikaci, standardizaci a prefabrikaci architektonických a konstrukčních prvků; vytváření stavebních materiálů s novými účinnými komplexními konstrukčními a tepelně-izolačními vlastnostmi; další rozvoj technologie výroby konstrukcí a organizace výstavby budov; zdokonalení experimentálních metod navrhování pomocí fyzikálních modelů atd.

Výsledky výzkumu provedeného v oblasti architektonické bioniky se tedy ukazují být užitečné při řešení problémů sociálního a estetického zdokonalování architektury v jejích nejrozmanitějších typologických sektorech: v obytných souborech, ve veřejných a průmyslových budovách a stavbách, v urbanismu . Nic z toho samozřejmě neznamená, že ona PROTI schopni vyřešit všechny tyto problémy až do konce. Ne, nenahrazuje ani nevylučuje stávající metody a je pouze připravena pomoci jejich dalšímu pokroku. V určitých oblastech přitom může mít revoluční dopad. Architektonická bionika tedy získává velká důležitost v dalším rozvoji nejen praxe, ale i architektonické vědy.

HISTORICKÉ POZADÍ PRO ROZVOJ ARCHITEKTONICKÉ BIONIKY

Je zajímavé sledovat, jak se formovaly historické předpoklady pro formování teorie a praxe architektonické bioniky, potvrzující její oprávněnost, nevyhnutelnost vývoje a zároveň osvětlující formování těch směrů, které se v naší době vyvinuly. .

Člověk se v průběhu dějin při své architektonické a stavební činnosti vědomě či intuitivně obracel k živé přírodě, která mu pomáhala řešit nejrůznější problémy.

jihoamerická indiánská chata a termitiště; hnízdo tkadlec; Dům z afrických vepřovic

Člověk samozřejmě nezačal napodobováním. S největší pravděpodobností můžeme mluvit o organicky inherentních formách stavební činnosti. Člověk, jak známo, se postupně vyvinul z nejstarších primátů savců do stavu „homo sapiens“. Ale postupné odstraňování člověka v průběhu času od jeho zvířecích předků, samostatný vývoj lidské větve, formování činnosti podle principu „já sám“ vyhladilo organickou spontánnost živočišného původu a přeneslo ji na úroveň více či méně smysluplného napodobování živé přírody, stavební činnosti živých organismů.

Výzdoba hlavic chrámových sloupů Starověký Egypt analogicky s tvary květů lotosu a papyru: od zaměření na dekorativní stránku(1-4) před tektonickým vývojem(5-6)

Japonská lidová architektura. Průřez budovou připomínající smrk

Obrazové znázornění prostoru živé přírody v interiéru gotické katedrály: katedrála v Amiens (Francie) a ulička v lese (foto Yu. Lebedev)

Jednota architektonických forem a okolní přírody. Klášter Savvino-Storozhevsky u Zvenigorodu u Moskvy (XV-XVII století) (foto Yu. Lebedev)

Rozhlasová a televizní věž v Moskvě, 1922. Ing. V.G. Šuchov. Celkový pohled a vnitřní pohled (foto L.V. Kuchinsky)

Odborníci na bioniku uvažují tímto způsobem. Když narazí na technický nebo konstrukční problém, hledají řešení v neomezené „vědecké základně“ zvířat a rostlin.

Gustav Eiffel udělal zhruba totéž, když v roce 1889 vytvořil kresbu Eiffelova věž. Tato struktura je považována za jeden z prvních jasných příkladů využití bioniky ve strojírenství.

Design Eiffelovy věže vychází z vědecká práceŠvýcarský profesor anatomie Hermann von Meyer. 40 let před stavbou pařížského inženýrského zázraku profesor zkoumal kostní stavbu hlavice stehenní kosti v místě, kde se ohýbá a šikmo vstupuje do kloubu. A přesto se kost z nějakého důvodu neláme pod tíhou těla.

Von Meyer zjistil, že hlavice kosti je pokryta spletitou sítí miniaturních kůstek, díky nimž se zátěž úžasně přerozděluje po celé kosti. Tato síť měla přísnou geometrickou strukturu, kterou profesor zdokumentoval.

V roce 1866 poskytl švýcarský inženýr Carl Cullman teoretický základ pro von Meyerův objev a o 20 let později přirozené rozložení zatížení pomocí zakřivených třmenů použil Eiffel.

Nápadným příkladem architektonické a stavební bioniky je úplná analogie struktury obilných stonků a moderních výškových budov. Stonky obilných rostlin jsou schopny odolat velkému zatížení, aniž by se zlomily pod tíhou květenství. Pokud je vítr ohne k zemi, rychle obnoví vertikální polohu. Jaké je tajemství? Ukazuje se, že jejich struktura je podobná designu moderních výškových továrních trubek - jeden z nejnovějších úspěchů inženýrství. Obě konstrukce jsou duté. Provazce sklerenchymu rostlinného stonku působí jako podélná výztuž. Internodia stonků jsou prstence tuhosti. Podél stěn stonku jsou oválné vertikální dutiny. Stejné konstrukční řešení mají i stěny potrubí. Roli spirálové výztuže umístěné na vnější straně trubky ve stonku obilnin hraje tenká slupka. Inženýři však ke svému konstruktivnímu řešení přišli sami, aniž by se „dívali“ do přírody. Identita struktury byla odhalena později.

Tento proces využívání zákonitostí utváření živé přírody měnil její povahu a hranice v závislosti na objektivních i subjektivních faktorech.

Lze rozlišit tři chronologické etapy, předcházející té moderní a odpovídající změnám v podstatě tohoto procesu.

První etapu - nejstarší, sahající do hlubin historie - lze považovat za etapu spontánního využívání konstruktivních a funkčně-prostorových prostředků živé přírody a výsledků „stavebních“ činností zvířat, ptáků a hmyzu. při vytváření úkrytů, hnízd, chýší, dolmenů nebo „veřejných budov“, ve kterých mohly být menhiry, kromlechy atd. Těžko říci, do jaké míry zde byly formy převzaté z přírody interpretovány esteticky. Jisté je jen jedno: byly především funkční (na své úrovni a svým způsobem). Spolu s funkcí byla do umělých staveb mechanicky vnášena přirozená forma, proto mnoho starověkých lidských staveb - hnízda, chýše atd. - Často je obtížné odlišit jakákoli zvířata nebo hmyz, jako jsou termiti, od budov.

Druhá etapa je od počátku formování architektury jako umění přibližně do poloviny 19. století. Přes velkou délku tohoto časového období spojuje všechny jeho možné mezistupně jeden základ – princip napodobování přírody. To znamenalo především využití přírodních forem pro obrazové a dekorativní účely a kopírování vnější formy Příroda. Příkladem jsou sloupy egyptských chrámů v Luxoru a Karnaku; korintské a iónské hlavice sloupů řeckých chrámů; renesanční paláce a klasicistní paláce; figurativní a umělecké techniky tvarování v ruských kostelech; hlavice sloupů a celá jejich struktura jsou imitací motivu lesa v gotických katedrálách; Japonská lidová architektura atd.

Když už mluvíme o tomto období, nelze popřít výklad některých konstruktivních a tektonických principů živé přírody. Například tektonika sloupů s periodicitou svých průměrů na výšku interpretuje tektoniku kmene stromu; Drážky sloupů jsou podobné rýhovaným stonkům rostlin, což jim dodává dodatečnou pevnost. Logika přechodu z jedné formy do druhé ve strukturních jednotkách řádů řeckých chrámů v podstatě opakuje principy vertikální změny forem stonku rostliny, kmene stromu a koster zvířat; žebra obkladů gotických kostelů plní stejnou konstrukční funkci jako nervatura (žilky) zeleného listu stromu atd.

Přírodní tektonika v architektonických formách není vždy přítomna spontánně, jak dokazují výroky Vitruvia, Albertiho, Palladia atd. Ale vyjádřené myšlenky týkající se konstruktivní řešení, z velké části nebylo možné kvůli omezeným technickým možnostem implementovat. Bylo snazší vyrobit formu z kamene nebo hlíny podobnou přírodě pro umělecké účely, než vytvořit konstrukční systém podobný přírodě.

Třetí etapou je konec 19. - začátek 20. století, který našel svůj výraz v „moderní“ architektuře. V této fázi se přírodní principy současně, i když v různé míře, projevovaly ve funkčních, konstrukčních, konstruktivních a dekorativních řešeních.

Využívání přírodních zdrojů v této fázi značně ovlivnil prudký rozvoj biologie a nebývalé úspěchy stavební technologie (např. vynález železobetonu a počátek intenzivního používání kovových konstrukcí, keramiky atd.).

Právě v secesní architektuře, jak ukázaly nedávné studie ruské secese, začal funkční a strukturální vývoj architektonických forem na principu adaptability na funkčně složité úkoly architektury a prostředí. Byla to secese, která otevřela cestu k nejrůznějším interpretacím architektonických forem, nesvázaných žádným zavedeným rigidním systémem, jako je ten klasický. I zde se chtě nechtě vtělil přirozený princip rozmanitosti forem s jejich „stylovou“ jednotou. Právě v secesi našly své uplatnění nové prostorové struktury připomínající přírodní. A nakonec využití bioforem pro dekorativní účely.

Výdobytky biologie 19. a počátku 20. století, komplexní, systémové principy rozvoje živé přírody se odrážejí v tak široké oblasti činnosti, jako je urbanismus. Z toho vyplývá pokus prakticky realizovat teorii „zahradního města“ E. Howarda v Anglii, Německu/Rusku atd. Růst průmyslových měst nás přiměl zamyslet se nad problémem záchrany městských oblastí, jejich systematického utváření, hledání opatření k zamezení chaosu, řešení otázek dopravy, umísťování veřejných center atd. A i zde byly pokusy apelovat na živou přírodu. Koncem 19. a začátkem 20. stol. podobných návrhů bylo učiněno mnoho: T. Fritsch – město rozvíjející se jako lastura měkkýše ve spirále, 1896; projekty Sant Elia, E. Gleden a další.

Slavní španělští architekti M.R. Cervera a H. Ploz, aktivní přívrženci bioniky, zahájili výzkum „dynamických struktur“ v roce 1985 a v roce 1991 zorganizovali „Společnost na podporu inovací v architektuře“. Skupina pod jejich vedením, která zahrnovala architekty, inženýry, designéry, biology a psychology, vyvinula projekt „Vertical Bionic Tower City“. Za 15 let by se v Šanghaji mělo objevit věžové město (podle vědců by za 20 let mohla populace Šanghaje dosáhnout 30 milionů lidí). Věžové město je navrženo pro 100 tisíc lidí, projekt je založen na „principu dřevostavby“.

Městská věž bude mít tvar cypřiše o výšce 1128 m s obvodem v patě 133 x 100 m, v nejširším místě 166 x 133 m. Věž bude mít 300 pater se nachází ve 12 vertikálních blocích po 80 podlažích. Mezi bloky jsou mazaninové podlahy, které fungují jako nosná konstrukce pro každou úroveň bloku. Uvnitř bloků jsou domy různé výšky s vertikálními zahradami. Tento propracovaný design je podobný struktuře větví a celé koruny cypřiše. Věž bude stát na pilotovém základu podle principu harmoniky, který se nezasypává, ale s nabíráním výšky se rozvíjí všemi směry - podobně jako se vyvíjí kořenový systém strom. Kolísání větru v horních patrech je minimalizováno: vzduch snadno prochází konstrukcí věže. K pokrytí věže bude použit speciální plastový materiál imitující porézní povrch kůže. Pokud bude stavba úspěšná, plánuje se výstavba několika dalších takových stavebních měst.

Neurobionika.

Hlavními oblastmi neurobioniky jsou studium nervový systém lidí a zvířat a modelování nervových buněk-neuronů a neuronových sítí. To umožňuje zdokonalovat a rozvíjet elektronickou a výpočetní techniku.

Nervový systém živých organismů má oproti nejmodernějším analogům vynalezeným člověkem řadu výhod:

1) Velmi dokonalé a flexibilní vnímání vnějších informací, bez ohledu na formu, ve které přicházejí (například rukopis, písmo, barva textu, kresby, zabarvení a další rysy hlasu atd.).

2) Vysoká spolehlivost, výrazně převyšující spolehlivost technických systémů (tyto selžou, když se jedna nebo více částí v obvodu porouchá; pokud zemřou miliony nervových buněk z miliard, které tvoří mozek, funkčnost systému je zachována).

3) Miniaturní prvky nervového systému: s počtem prvků 10 10 - 10 11 objem lidského mozku 1,5 dm 3. Tranzistorové zařízení se stejným počtem prvků by zabíralo objem několika stovek nebo dokonce tisíců m 3

4) Ekonomický provoz: spotřeba energie lidským mozkem nepřesahuje několik desítekút.

5 ) Vysoký stupeň sebeorganizace nervového systému, rychlá adaptace na nové situace, na změny v programech činnosti.

Pokusy modelovat nervový systém lidí a zvířat začaly konstrukcí analogů neuronů a jejich sítí. Byly vyvinuty různé typy umělých neuronů. Byly vytvořeny umělé „nervové sítě“, které jsou schopné sebeorganizace, to znamená návratu do stabilních stavů, když jsou vyvedeny z rovnováhy. StudiumPaměť a další vlastnosti nervového systému - hlavní způsob, jak vytvořit „myslící“ stroje pro automatizaci složitých procesů výroby a řízení. Studium mechanismů, které zajišťují spolehlivost nervového systému, je pro techniku velmi důležité, protože vyřešení tohoto primárního technického problému poskytne klíč k zajištění spolehlivosti řady technických systémů (například vybavení letadel obsahujících 10 5 elektronické prvky).

Výzkum analyzátorových systémů. Každýanalyzátor zvířat a lidí, která vnímá různé podněty (světlo, zvuk atd.), se skládá z receptoru (neboli smyslového orgánu), drah a mozkového centra. Jedná se o velmi složité a citlivé formace, které nemají mezi sebou obdoby technická zařízení. Miniaturní a spolehlivé senzory, jejichž citlivost není horší například pro oko, které reaguje na jednotlivá kvanta světla, tepelně citlivý orgán chřestýše, který rozlišuje změny teploty o 0,001 °C, nebo elektrický orgán ryb, který vnímá potenciály ve zlomcích mikrovoltu, by mohl výrazně urychlit technologický pokrok a vědecký výzkum.

Prostřednictvím nejdůležitějšího analyzátoru – vizuálního – se většina informací dostává do lidského mozku. Zajímavé z technického hlediska následující funkce vizuální analyzátor: široký rozsah citlivosti - od jednotlivých kvant až po intenzivní světelné toky; změna jasnosti vidění od středu k periferii; nepřetržité sledování pohybujících se objektů; adaptace na statický obraz (pro pozorování nehybného předmětu oko dělá drobné kmitavé pohyby s frekvencí 1-150 Hz). Pro technické účely je zajímavý vývoj umělé sítnice. (Sítnice je velmi složitý útvar; například lidské oko má 10 8 fotoreceptory, které jsou spojeny s mozkem přes 10 6 gangliové buňky.) Jedna z variant umělé sítnice (podobně jako sítnice žáby) se skládá ze 3 vrstev: první obsahuje 1800 fotoreceptorových buněk, druhá - „neurony“, které vnímají pozitivní a inhibiční signály z fotoreceptorů a určují kontrast obrazu; ve třetí vrstvě je 650 „buněk“ pěti různých typů. Tyto studie umožňují vytvářet zařízení pro automatické rozpoznávání. Studium pocitu prostorové hloubky při vidění jedním okem (monokulární vidění) umožnilo vytvořit prostorový hloubkoměr pro analýzu leteckých snímků.

Pracuje se na napodobení sluchového analyzátoru lidí a zvířat. Tento analyzátor je také velmi citlivý - lidé s akutním sluchem vnímají zvuk, když tlak ve zvukovodu kolísá asi o 10µn/m2 (0,0001 dynu/cm2). Technicky zajímavé je také studium mechanismu přenosu informací z ucha do sluchové oblasti mozku. Studují čichové orgány zvířat, aby vytvořili „umělý nos“ - elektronické zařízení pro analýzu malých koncentrací pachových látek ve vzduchu nebo ve vodě [některé ryby cítí koncentraci látky několika mg/m3 (µg/l )]. Mnoho organismů má analytické systémy, které lidé nemají. Například kobylka má na 12. segmentu antény tuberu, která vnímá infračervené záření, žraloci a rejnoci mají na hlavě a v přední části těla kanály, které vnímají změny teploty o 0,1 °C. Hlemýždi a mravenci jsou citliví na radioaktivní záření. Ryby zjevně vnímají bludné proudy způsobené elektrifikací vzduchu (dokazuje to pohyb ryb do hlubin před bouřkou). Komáři se pohybují po uzavřených cestách v umělém magnetickém poli. Některá zvířata dobře vnímají infra- a ultrazvukové vibrace. Některé medúzy reagují na infrazvukové vibrace, ke kterým dochází před bouří. Netopýři vydávají ultrazvukové vibrace v rozsahu 45-90 kHz můry, kterými se živí, mají orgány citlivé na tyto vlny. Sovy mají také "ultrazvukový přijímač" pro detekci netopýrů.

Slibné je pravděpodobně navrhnout nejen technické analogy smyslových orgánů zvířat, ale i technické systémy s biologicky citlivými prvky (např. oči včely pro detekci ultrafialového záření a oči švába pro detekci infračervených paprsků).

Velký význam v technickém provedení mají tzv.perceptrony - „samoučící se“ systémy, které provádějí logické funkce rozpoznávání a klasifikace. Odpovídají mozkovým centrům, kde se zpracovávají přijaté informace. Většina studií se věnuje rozpoznávání vizuálních, zvukových nebo jiných obrazů, tedy vytvoření signálu nebo kódu, který jednoznačně odpovídá objektu. Rozpoznávání musí být prováděno bez ohledu na změny obrazu (například jeho jas, barva atd.) při zachování jeho základního významu. Taková samoorganizující se kognitivní zařízení fungují bez předchozího programování s postupným školením prováděným lidským operátorem; předkládá obrázky, signalizuje chyby a posiluje správné reakce. Vstupním zařízením perceptronu je jeho vnímavé, receptorové pole; při rozpoznávání zrakových objektů je to soubor fotobuněk.

Po období "tréninku" může perceptron přijímat nezávislá rozhodnutí. Na základě perceptronů se vytvářejí zařízení pro čtení a rozpoznávání textu, kreseb, analýzu oscilogramů, rentgenových snímků atd.

Studium detekčních, navigačních a orientačních systémů u ptáků, ryb a dalších zvířat je také jedním z důležitých úkolů bioniky, protože miniaturní a přesné systémy pro vnímání a analýzu, které pomáhají zvířatům navigovat, najít kořist a migrovat tisíce km, může pomoci při zlepšování přístrojů používaných v letectví, námořních záležitostech atd. Ultrazvuková lokalizace byla nalezena u netopýrů a řady mořských živočichů (ryby, delfíni). Je známo, že mořské želvy vyplavou do moře několik tisíc km a vždy se vracet klást vajíčka na stejné místo na břehu. Předpokládá se, že mají dva systémy: orientaci na dlouhou vzdálenost podle hvězd a orientaci na krátkou vzdálenost podle vůně (chemie pobřežních vod). Sameček motýla pavího nočního vyhledává samičku na vzdálenost až 10 km. Včely a vosy se dobře orientují na slunci. Výzkum těchto mnoha a rozmanitých detekčních systémů má co nabídnout technologii.

Americká společnost Orbital Research, vývojář navigačních systémů, tak začala pracovat na intuitivním senzorovém systému, který zabrání kolizím aut na zemi a letadel ve vzduchu.

Vědce k návrhu takového systému přimělo chování švábů ve chvíli, kdy se je snaží chytit. Nervová soustava švábů neustále sleduje vše, i ty nejmenší změny, k nimž v okolí dochází, a při nebezpečí reaguje rychle, jasně a hlavně správně. Již byl vytvořen funkční model rádiem řízeného vozu s „švábími mozky“.

Vědci z Australské národní univerzity podrobně studovali let vážky. Došli k závěru, že „navzdory velmi malým mozkům je tento hmyz schopen provádět rychlé a přesné vzdušné manévry, které vyžadují stabilitu a vyhýbání se srážkám“. Chtějí použít nová letadla navržená v „obrazu a podobě“ ke studiu atmosfér planet sluneční soustavy.

A zde jsou některé další jedinečné nápady, které příroda nabízí. Jak se ukázalo, pavučina je pětkrát pevnější než ocel a o 30 % elastičtější než nylon. Z nového materiálu, „vypůjčeného“ od pavouků, vědci navrhují vyrábět bezpečnostní pásy, beztížné dráty, neprůstřelné tkaniny, lékařské nitě, automobilové pneumatiky a dokonce i umělé vazy, protože pavoučí protein tělo prakticky neodmítá, protože obsahuje převážně bílkoviny. základ a má jedinečné vlastnosti : je neobvykle odolný, lehký, dlouhodobě se nekazí vlivem prostředí a téměř není náchylný k poškození mikroorganismy a plísněmi. Protože je ale dost problematické získat přírodní pavučiny v dostatečném množství, genetičtí z kanadské biotechnologické společnosti Nexia implantovali geny odpovědné za syntézu pavučin u pavouků do nigerijských koz. A začali dávat mléko obsahující stejné bílkoviny jako web. Suroviny se extrahují z mléka na výrobu nití a tkaní superpevného hedvábí.

Vědci z Bell Labs, výzkumného centra Lucent Technologies, zase objevili, že krystaly kalcitu, které tvoří kostru mořská hvězdice třídy křehkých hvězd (snaketails), mají jedinečné funkce: slouží nejen jako obal pro křehké hvězdy, ale také jako optické receptory pro složené oko. Vědci tvrdí, že studium tohoto nového biomateriálu by mohlo pomoci zlepšit návrh optických prvků pro telekomunikační sítě. "Před našima očima je nádherný příklad toho, co se můžeme naučit od přírody," řekl Federico Capasso, viceprezident Bella Laboratories, "Tyto malé krystaly kalcitu jsou téměř dokonalé mikročočky, výrazně lepší než to, co můžeme vyrobit dnes."

Zde je příklad, který lze vzít z jiného bezobratlých. Jedna z laboratoří amerického ministerstva energetiky studuje směs, kterou mlži produkují, aby se pevně přilepila ke dnu lodí. Na základě výzkumu se vyrábí nové lepidlo, které pomůže lepit zoxidované kovové desky, ze kterých se sestavují důležité počítačové komponenty, nebo dokonce nahradí chirurgické stehy na lidském těle po operaci. K získání pouhého 1 gramu proteinového lepidla je však zapotřebí 10 tisíc měkkýšů. V tomto ohledu vědci zvažují další krok ve svém výzkumu – implantaci požadovaného genu pro měkkýše do rostliny.

V nanotechnologickém centru v Manchesteru vědci řešili „problém“, který představovala primitivně organizovaná skupina ještěrů (gekonů), kteří se mohou pohybovat téměř na jakémkoli povrchu. Výsledky výzkumu ukázaly, že na tlapkách gekona se nachází řada keratinových chlupů o velikosti asi 200 nm. Kapilární síly pomáhají gekonovi plazit se na mokrém povrchu a van der Waalsovy síly mu pomáhají plazit se po suchém povrchu. Každý vlas se váže na povrch silou 10-7 N. Díky vysoké hustotě chlupů na chodidlech gekona je pevnost vazby značně zvýšena.

Tým z Manchesteru se rozhodl pokračovat ve svém výzkumu pokusem zkonstruovat stejnou řadu nanovláken. Je možné, že hromadná výroba „gekoních nohou“ je možná s pomocí ne drahé technologie, jako je elektronová litografie. Pokud obrátíte svou pozornost na jiné obratlovce – velryby a delfíny, zjistíte, že jsou „zabaleni“ do tkáně jako velmi elastická guma, která se skládá ze složité sítě kolagenových vláken. Tento objev umožňuje zahájit výrobu jeho syntetického analogu. Pokud do tohoto zázračného materiálu obléknete námořní plavidla a ponorky, zvýší se jejich zefektivnění, sníží se spotřeba paliva a zvýší se stabilita.

Ale pro olympijské hry v roce 2004 byl americkou společností Speedo speciálně vytvořen nový „žraločí“ oblek, Fastskin FSII. Jeho povrch je lemován stovkami drobných zubáčů. Tato „kůže“ byla pozorována ze žraloka a dodatečně vypočtena na počítači. Snižuje tření s vodou, které podle společnosti dosahuje 29% celkového odporu, a nikoli 8-10%, jak se dříve myslelo.Membrane.ru. Výsledkem je 4% snížení celkového pohybového odporu a odpovídající zvýšení rychlosti pohybu ve vodě. Pro profesionální sporty může být tento zisk kritický.

Ani armáda nezůstala stranou. Profesor Howie Choset tak z vojenských peněz vyvíjí robota na kolech připomínající sloní chobot, americké námořnictvo financuje vytvoření humřích robotů a Agentura pro obranné pokročilé výzkumné projekty platí za konstrukci mechanického hmyzu.

Technická bionika.

Studium hydrodynamických vlastností struktury velryb a delfínů pomohlo vytvořit speciální pokovení pro podvodní část lodí, které poskytuje zvýšení rychlosti o 20–25% při stejném výkonu motoru. Tato kůže se nazývá laminflo a podobně jako delfíní kůže není smáčená a má elasticko-elastickou strukturu, která eliminuje turbulentní turbulence a zajišťuje klouzání s minimálním odporem. Stejný příklad lze uvést z historie letectví. Po dlouhou dobu byl problémem vysokorychlostního letectví flutter - vibrace křídel, které náhle a prudce vznikají při určité rychlosti. Kvůli těmto vibracím se letadlo ve vzduchu během pár sekund rozpadlo. Po četných nehodách konstruktéři našli cestu ven - začali vyrábět křídla se zesílením na konci. Po nějaké době byla podobná ztluštění objevena na koncích křídel vážky. V biologii se tato ztluštění nazývají pterostigmata. Nové principy letu, bezkolového pohybu, konstrukce ložisek atd. jsou vyvíjeny na základě studia letu ptáků a hmyzu, pohybu skákajících zvířat a stavby kloubů.

Nový tištěný obvod, vytvořený ve Výzkumném centru Xerox (Palo Alto), nemá žádné pohyblivé části (skládá se ze 144 sad po 4 tryskách)

V zařízení AirJet vývojáři zkopírovali chování termitího hejna, kdy každý termit dělá nezávislá rozhodnutí, ale hejno směřuje ke společnému cíli, jako je stavba hnízda.

Navržený v Palo Alto, tištěný obvod obsahuje několik vzduchových trysek, z nichž každá funguje nezávisle bez příkazů z centrálního procesoru, ale zároveň přispívá k celkovému úkolu přesunu papíru. Zařízení nemá žádné pohyblivé části, což snižuje náklady na výrobu. Každý tištěný spoj obsahuje 144 sad 4 trysek nasměrovaných různými směry a také 32 tisíc optických senzorů a mikrokontrolérů.

Ale nejoddanějšími přívrženci bioniky jsou inženýři, kteří navrhují roboty. Dnes je mezi vývojáři velmi populární názor, že v budoucnu budou roboti schopni efektivně jednat pouze tehdy, pokud se budou co nejvíce podobat lidem. Vědci a inženýři předpokládají, že budou muset fungovat v městských a domácích podmínkách, tedy v „lidském“ interiéru – se schody, dveřmi a dalšími překážkami specifické velikosti. Minimálně tedy musí odpovídat člověku velikostí a zásadami pohybu. Jinými slovy, robot musí mít nohy (kola, koleje atd. nejsou vhodné do města). Od koho bychom ale měli kopírovat design nohou, když ne od zvířat?

Vědci ze Stanfordské univerzity pokročili nejdále ve směru vytváření vzpřímených dvounohých robotů. Už téměř tři roky experimentují s miniaturním šestinohým robotem, hexapodem, na základě výsledků studia pohybového ústrojí švába.

Miniaturní, asi 17 cm dlouhý, šestinohý robot (hexapod) ze Stanfordské univerzity již běží rychlostí 55 cm/s

První hexapod byl zkonstruován 25. ledna 2000. Nyní konstrukce běží velmi rychle - rychlostí 55 cm (více než tři vlastní délky) za sekundu - a také úspěšně překonává překážky.

Závěr.

Příroda nabízí inženýrům a vědcům nekonečné možnosti vypůjčit si technologie a nápady. Dříve lidé neviděli, co mají doslova před nosem, ale moderní technické prostředky a počítačové modelování pomáhají alespoň trochu pochopit, jak to funguje. svět a zkuste z něj zkopírovat některé podrobnosti pro vlastní potřebu.

V minulosti byl vztah člověka k přírodě konzumní. Technologie zneužívána a ničena Přírodní zdroje. Ale postupně se lidé začali chovat k přírodě opatrněji a snažili se blíže podívat na její metody, aby je mohli moudře využít v technologii. Tyto metody mohou sloužit jako model pro vývoj průmyslových produktů šetrných k životnímu prostředí.

Příroda jako standard je bionika.

Bibliografie.

1. Bionika ve škole. Ts.N.Feodosievich, G.I. Ivanovič, Kyjev, 1990.

2. Živá zařízení. Yu.G.Simvkov, M., 1986.

3. Tajemství bioniky. I.I.Garmash, Kyjev, 1985.

4. Modelování v biologii, přel. z angličtiny, ed. N. A. Bernstein, M., 1963.

5. Problematika bioniky. So. umění, rep. vyd. M. G. Gaase-Rapoport, M., 1967.

7. Kreizmer L.P., Sochivko V.P., Bionics, 2. vyd., M., 1968.

Internetové zdroje

http://www.studik.ru

http://www.BankReferatov.ru

http://www.bestreferat.rureferat-42944.html

http://referat.ru/pub/item/9920

http://www.bestreferat.ru/referat-42944.html

Bionika je věda, která studuje živou přírodu s cílem využít získané poznatky v praktické činnosti osoba. Problémy bioniky: studium zákonitostí stavby a funkce jednotlivých částí živých organismů (nervový systém, analyzátory, křídla, kůže) s cílem vytvořit na tomto základě nový typ počítače, lokátoru, létacího, plaveckého přístroje, atd.; studium bioenergetiky za účelem vytvoření palivově účinných svalových motorů; výzkum procesů biosyntézy látek s cílem rozvoje příslušných oborů chemie. Bionika úzce souvisí s technickými (elektronika, komunikace, námořní záležitosti atd.) a přírodovědnými (medicína) obory a také s kybernetikou (viz).

Bionika (anglicky bionics, od bion - živý tvor, organismus; řecky Bioo - žít) je věda studující živou přírodu s cílem využít získané poznatky v praktických činnostech člověka.

Termín bionika se poprvé objevil v roce 1960, kdy se specialisté z různých oborů sešli na sympoziu v Daytoně (USA) a předložili slogan: „Živé prototypy jsou klíčem k nové technologii. Bionika byla jakýmsi mostem, který propojoval biologii s matematikou, fyzikou, chemií a technikou. Jedním z nejdůležitějších cílů bioniky je vytvořit analogie mezi fyzikálně-chemickými a informační procesy, se kterými se setkáváme v technice, a odpovídající procesy v živé přírodě. Specialistu na bioniku přitahuje rozmanitost „technických nápadů“ vyvinutých živou přírodou během mnoha milionů let evoluce. Zvláštní místo mezi úkoly bioniky zaujímá vývoj a konstrukce řídicích a komunikačních systémů založených na využití poznatků z biologie. To je bionika v užším slova smyslu. Bionika má význam pro kybernetiku, radioelektroniku, letectví, biologii, medicínu, chemii, nauku o materiálech, stavebnictví a architekturu atd. Mezi úkoly bioniky patří také vývoj biologických metod těžby, technologií výroby složitých látek organická chemie, stavební materiály a nátěry používané volně žijícími zvířaty. Bionika učí umění racionálního kopírování živé přírody, hledání technických podmínek pro vhodné využití biologických objektů, procesů a jevů.

Jednou z možných cest je zde funkční (matematické nebo softwarové) modelování, které spočívá ve studiu blokové schéma proces, objektové funkce, číselné charakteristiky těchto funkcí, jejich účel a změny v čase. Tento přístup umožňuje studovat zájmový proces pomocí matematických prostředků a provádět technickou implementaci modelu, když je v zásadě prokázána jeho účinnost a zbývá prověřit ekonomické, energetické a další možnosti konstrukce tohoto druhu. model s využitím dostupných technických prostředků. Existuje i jiný způsob - fyzikální a chemické modelování, kdy specialista v oboru bioniky studuje biochemické a biofyzikální procesy za účelem studia principů přeměn (včetně rozkladu a syntézy) látek vyskytujících se v živém organismu. Tato cesta nejvíce souvisí s chemicko-technologickou problematikou a otevírá nové možnosti rozvoje energetiky a chemie polymerů. Třetím přístupem vyvinutý bionikou je přímé použití živých systémů a biologických mechanismů v technické systémy. Tento přístup se obvykle nazývá metoda inverzního modelování, protože v tomto případě bionický specialista hledá možnosti a podmínky pro přizpůsobení živých systémů k řešení čistě inženýrských problémů, jinými slovy se snaží simulovat technické zařízení nebo proces na biologickém objektu. Bionika vznikla jako reakce na požadavky z praxe a sloužila jako počátek výzkumu založeného na aplikaci biologických poznatků ve všech oblastech techniky. Jeho hlavním výsledkem je nastolení prvních cest pro stále se zvyšující technické zvládnutí biologie.

Stulnikov Maxim

Výzkumná práce na téma "Bionika - věda největších možností"

Stažení:

Náhled:

Krajská vědecká a praktická konference

v rámci krajského fóra mládeže

"Budoucnost jsme my!"

Přírodovědný směr (fyzika, biologie)

Výzkumná práce na dané téma

"Bionika - věda o největších možnostech"

Městská rozpočtová vzdělávací instituce "Organizovaná škola č. 7" v Petrovsku, Saratovská oblast

Vedoucí:

Filyanina Olga Alexandrovna,

Učitel chemie a biologie

Gerasimova Natalya Anatolevna,

učitel matematiky a fyziky,

Petrovsk

dubna 2014

Úvod s. 3-4
Od antiky po modernu. str. 5-6
Bionické sekce:

3.1. architektonická a stavební bionika; str. 6-8

3.2. biomechanika; str. 8-12

3.3. neurobionika. str.13-14

4. Velké maličkosti, „viděné z přírody“. str. 14-15

5. Závěr strana 16

6. Literatura a použité internetové zdroje. strana 16

Pták -

Aktivní

Podle matematického zákona

nástroj,

Chcete-li to udělat,

v lidské moci...

Leonardo da Vinci.

Chtěli byste přeletět auta jedním skokem, pohybovat se jako Spider-Man, zpozorovat nepřátele několik kilometrů daleko a ohýbat ocelové trámy rukama? Musíme předpokládat, že ano, ale bohužel je to nereálné. Zatím je to nereálné...

Od stvoření světa se člověk zajímal o mnoho věcí: proč je voda mokrá, proč den následuje po noci, proč cítíme vůni květin atd. Člověk se pro to přirozeně snažil najít vysvětlení. Čím více se však učil, tím více otázek v jeho mysli vyvstávalo: může člověk létat jako pták, plavat jako ryba, jak zvířata „ví“ o blížící se bouři, o blížícím se zemětřesení, o nadcházející erupci sopky? , je možné vytvořit umělou inteligenci?

Existuje mnoho otázek „proč“ často tyto otázky nejsou vědecky interpretovány, což vede k fikci a pověrám. K tomu je potřeba mít dobré znalosti v mnoha oblastech: fyzika a chemie, astronomie a biologie, geografie a ekologie, matematika a technologie, medicína a vesmír.

Existuje věda, která by spojila vše a dokázala spojit nesourodé? Ukazuje se, že existuje!

Položka můj výzkum – věda o bionice –“ BIO Logia“ a „Tech NIKA“.

Účel výzkumné práce:potřeba vzniku vědy o bionice, její možnosti a limity použitelnosti.

Chcete-li to provést, můžete umístit řádekúkoly:

1. Zjistěte, co je to „bionika“.

2. Sledujte historii vývoje vědy „bionika“: od starověku po modernu a její vztah k jiným vědám.

3. Určete hlavní úseky bioniky.

4. Za co musíme přírodě poděkovat: otevřené možnosti a záhady bioniky.

Metody výzkumu:

Teoretický:

- studium vědeckých článků, literatury k tématu.

Praktický:

Pozorování;

Zobecnění.

Praktický význam.

Myslím, že moje práce bude užitečná a zajímavá pro široké spektrum studentů a učitelů, protože všichni žijeme v přírodě podle zákonů, které sama vytvořila. Člověk musí pouze dovedně ovládat znalosti, aby převedl do technologie všechny náznaky přírody a odhalil její tajemství.

Od starověku po moderní dobu

Bionika, aplikovaná věda, která studuje možnosti kombinace živých organismů a technických zařízení, se dnes rozvíjí velmi rychlým tempem.

Touha mít schopnosti, které předčí ty, které nám příroda nadělila, sedí hluboko v každém člověku – to potvrdí každý fitness trenér nebo plastický chirurg. Naše těla mají neuvěřitelnou přizpůsobivost, ale jsou některé věci, které neumí. Například nevíme, jak mluvit s těmi, kteří jsou mimo doslech, nejsme schopni létat. Proto potřebujeme telefony a letadla. Ke kompenzaci svých nedokonalostí lidé odedávna používali různá „externí“ zařízení, ale s rozvojem vědy se nástroje postupně zmenšovaly a přibližovaly nám.

Každý navíc ví, že pokud se s jeho tělem něco stane, lékaři provedou „opravy“ pomocí nejmodernějších lékařských technologií.

Pokud dáme tyto dva jednoduché koncepty dohromady, můžeme si udělat představu o dalším kroku v lidské evoluci. V budoucnu budou lékaři nejen schopni obnovit „poškozené“ nebo „nefunkční“ organismy, ale začnou aktivně zlepšovat lidi, aby byli silnější a rychlejší, než to příroda zvládla. To je právě podstata bioniky a dnes stojíme na prahu vzniku nového typu člověka. Třeba se jím stane někdo z nás...

Leonardo da Vinci je považován za předchůdce bioniky. Jeho kresby a schémata letadel vycházely ze struktury ptačího křídla. V naší době se podle kreseb Leonarda da Vinciho opakovaně provádělo modelování ornitoptera (z řeckého órnis, rod órnithos - pták a pterón - křídlo), setrvačník , letadlo těžší než vzduch s mávajícími křídly). Mezi živými tvory například ptáci používají k letu mávání křídel.

Mezi moderními vědci lze jmenovat jméno Osip M.R. Delgado.

S pomocí svých radioelektronických zařízení studoval neurologické a fyzické vlastnosti zvířat. A na jejich základě jsem se pokusil vyvinout algoritmy pro řízení živých organismů.

Bionika (z řeckého Biōn - živel života, doslova - živobytí), věda hraničící s biologií a technologií, řešící inženýrské problémy založené na modelování stavby a životních funkcí organismů. Bionika úzce souvisí s biologií, fyzikou, chemií, kybernetikou a inženýrskými vědami - elektronika, navigace, komunikace, námořní záležitosti atd. /BSE.1978/

Za formální rok narození bioniky se považuje 1960 Bioničtí vědci zvolili jako znak skalpel a páječku, spojené integrálním znakem, a jejich mottem je „Živé prototypy jsou klíčem k nové technologii».

Mnoho bionických modelů, než se jim dostane technické implementace, začíná svůj život na počítači, kde je sestaven počítačový program – bionický model.

Dnes má bionika několik směrů.

Bionické sekce

Architektonická a stavební bionika.

Pozoruhodný příklad architektonické a stavební bioniky – kompletníanalogie stavby obilných stonkůa moderní výškové budovy. Stonky obilných rostlin jsou schopny odolat velkému zatížení, aniž by se zlomily pod tíhou květenství. Pokud je vítr ohne k zemi, rychle obnoví vertikální polohu. Jaké je tajemství? Ukazuje se, že jejich struktura je podobná designu moderních výškových budov. tovární potrubí - jeden z nejnovějších úspěchů inženýrského myšlení.

Slavní španělští architekti M.R. Cervera a H. Ploz, aktivní přívrženci bioniky, začali v roce 1985 zkoumat „dynamické struktury“ a v roce 1991 zorganizovali „Společnost pro podporu inovací v architektuře“. Skupina pod jejich vedením, která zahrnovala architekty, inženýry, designéry, biology a psychology, vypracovala projekt „Vertikální bionické věžové město" Za 15 let by se v Šanghaji mělo objevit věžové město (podle vědců by za 20 let mohla populace Šanghaje dosáhnout 30 milionů lidí). Věžové město je navrženo pro 100 tisíc lidí, projekt je založen na „principu dřevostavby“.

Věžové město bude mít tvar cypřiš Výška 1128 m s obvodem v patě 133 x 100 m, v nejširším místě 166 x 133 m Věž bude mít 300 pater a budou rozmístěna ve 12 svislých blocích po 80 patrech.

Ke 100. výročí francouzské revoluce byla v Paříži uspořádána světová výstava. Na území této výstavy bylo plánováno postavit věž, která by symbolizovala jak velikost francouzské revoluce, tak nejnovější technologické výdobytky. Do soutěže bylo přihlášeno více než 700 projektů, nejlepší byl oceněn jako projekt mostního inženýra Alexandra Gustava Eiffela. Věž, pojmenovaná po svém tvůrci, udivovala koncem 19. století svou prolamováním a krásou celý svět. 300metrová věž se stala jakýmsi symbolem Paříže. Proslýchalo se, že věž byla postavena podle nákresů neznámého arabského vědce. A teprve po více než půl století učinili biologové a inženýři nečekaný objev: design Eiffelova věž přesně opakuje strukturu velkého holenní kost , snadno odolá váze lidského těla. I úhly mezi nosnými plochami se shodují. Toto je další názorný příklad bioniky v akci.

V architektonické a stavební bionice je velká pozornost věnována novým stavebním technologiím. Například v oblasti vývoje efektivních a bezodpadových stavebních technologií je perspektivním směrem tvorbavrstvené struktury. Nápad byl vypůjčen zhlubokomořští měkkýši. Jejich odolné ulity, jako jsou ty rozšířené ušně, sestávají ze střídajících se tvrdých a měkkých plátů. Při prasknutí tvrdé desky je deformace absorbována měkkou vrstvou a trhlina nejde dále. Touto technologií lze zakrýt i automobily.

2. Biomechanika

Lokátory přírody. Živé barometry a seismografy.

Nejpokročilejším výzkumem v bionice je vývoj biologických prostředků detekce, navigace a orientace; soubor studií souvisejících s modelováním funkcí a struktur mozku vyšších živočichů a lidí; vytváření bioelektrických řídicích systémů a výzkum problému „člověk-stroj“. Tyto oblasti spolu úzce souvisí. Proč je příroda na současné úrovni technologického rozvoje tak daleko před člověkem?

Již dlouho je známo, že ptáci, ryby a hmyz reagují velmi citlivě a přesně na změny počasí. Nízký let vlaštovek předznamenává bouřku. Podle nahromadění medúz u břehu rybáři poznají, že mohou lovit, moře bude klidné.

Zvířata - "biosynoptici"jsou od přírody obdařeny jedinečnými ultracitlivými „zařízeními“. Úkolem bioniky není pouze tyto mechanismy nalézt, ale také pochopit jejich působení a znovu je vytvořit v elektronických obvodech, zařízeních a strukturách.

Studium komplexního navigačního systému ryb a ptáků, kteří během migrace urazí tisíce kilometrů a neomylně se vracejí na svá místa k tření, zimování a odchovu kuřat, přispívá k vývoji vysoce citlivých systémů sledování, navádění a rozpoznávání objektů.

Mnoho živých organismů má analytické systémy, které lidé nemají. Například kobylky mají na 12. segmentu antény tuberu, která snímá infračervené záření. Žraloci a rejnoci mají na hlavě a v přední části těla kanály, které vnímají změny teploty o 0,10 C. Hlemýždi, mravenci a termiti mají zařízení, která vnímají radioaktivní záření. Mnozí reagují na změny v magnetickém poli (hlavně ptáci a hmyz, kteří migrují na velké vzdálenosti). Sovy, netopýři, delfíni, velryby a většina hmyzu vnímají infra- a ultrazvukové vibrace. Oči včel reagují na ultrafialové světlo, šváby na infračervené.

Orgán chřestýše citlivý na teplo detekuje změny teploty o 0,0010 C; elektrický orgán ryb (paprsky, električtí úhoři) vnímá potenciál 0,01 mikrovoltu, oči mnoha nočních živočichů reagují na jednotlivá kvanta světla, ryby vnímají změnu koncentrace látky ve vodě o 1 mg/m3 (=1 ug/l).

Existuje mnohem více systémů orientace v prostoru, jejichž struktura není dosud prozkoumána: včely a vosy se dobře orientují podle slunce, samci motýlů (například paví oko noční, můra smrtka aj.) samice na vzdálenost 10 km. Mořské želvy a mnoho ryb (úhoři, jeseter, losos) plavou několik tisíc kilometrů od svých původních břehů a neomylně se vracejí, aby nakladli vajíčka a třeli se na stejné místo, kde začali svou cesta života. Předpokládá se, že mají dva orientační systémy – vzdálený, podle hvězd a slunce, a blízký podle čichu (chemie pobřežních vod).

Netopýři jsou zpravidla malí a, řekněme si upřímně, pro mnohé z nás nepříjemná až odpudivá stvoření. Náhodou se k nim ale chovali předsudky, jejichž základem jsou zpravidla různé druhy legend a přesvědčení, které se vyvinuly v době, kdy lidé věřili v duchy a zlé duchy.

Netopýr je pro vědce z oblasti bioakustiky unikátní objekt. Může se pohybovat zcela volně v úplné tmě, aniž by narážela na překážky. Navíc netopýr při špatném zraku za běhu zjišťuje a chytá drobný hmyz, rozezná létajícího komára od tečky řítící se ve větru, jedlý hmyz od berušky bez chuti.

Poprvé toto neobvyklá schopnost Italský vědec Lazzaro Spallanzani se o netopýry začal zajímat v roce 1793. Nejprve se snažil zjistit, jakými způsoby si ve tmě nacházejí cestu různá zvířata. Podařilo se mu ustanovit: sovy a další noční tvorové dobře vidí ve tmě. Pravda, v naprosté tmě se i oni, jak se ukázalo, stávají bezmocnými. Když ale začal experimentovat s netopýry, zjistil, že taková úplná tma pro ně není překážkou. Pak šel Spallanzani ještě dál: prostě připravil několik netopýrů o zrak. a co? Na jejich chování to nic nezměnilo; byli stejně vynikající v lovu hmyzu jako vidoucí. Spallanzani se o tom přesvědčil, když otevřel žaludky experimentálních myší.

Zájem o záhadu rostl. Zvláště poté, co se Spallanzani seznámil s pokusy švýcarského biologa Charlese Jurina, který v roce 1799 dospěl k závěru, že netopýři se obejdou bez zraku, ale jakékoli vážné poškození sluchu je pro ně fatální. Jakmile si ucpali uši speciálními měděnými trubičkami, začali slepě a náhodně narážet do všech překážek, které se jim objevily v cestě. Spolu s tím řada různých experimentů ukázala, že poruchy fungování orgánů zraku, hmatu, čichu a chuti nemají na let netopýrů žádný vliv.

Spallanzaniho experimenty byly nepochybně působivé, ale jasně předběhly dobu. Spallanzani nedokázal odpovědět na hlavní a zcela vědecky správnou otázku: když ne sluch nebo zrak, co pak v tomto případě pomáhá netopýrům tak dobře se orientovat ve vesmíru?

V té době nevěděli nic o ultrazvuku, ani o tom, že zvířata mohou mít nějaké jiné orgány (systémy) vnímání, nejen uši a oči. Mimochodem, v tomto duchu se někteří vědci pokusili vysvětlit Spallanzaniho experimenty: říkají, že netopýři mají jemný hmat, jehož orgány jsou pravděpodobně umístěny v membránách jejich křídel...

Konečným výsledkem bylo, že Spallanzaniho experimenty byly na dlouhou dobu zapomenuty. Jen v naší době, sto s. roky navíc Později byl vyřešen takzvaný „problém spallanzanských netopýrů“, jak jej sami vědci nazvali. To bylo možné díky vzniku nových elektronických výzkumných nástrojů.

Fyzika od Harvardská Univerzita G. Pierce byl schopen zjistit, že netopýři vydávají zvuky, které leží za prahem slyšitelnosti lidského ucha.

Aerodynamické prvky.

Zakladatel moderní aerodynamiky N. E. Žukovskij pečlivě studoval letový mechanismus ptáků a podmínky, které jim umožňují létat ve vzduchu. Na základě studia ptačího letu vzniklo letectví.

Hmyz má v přírodě ještě pokročilejší létající stroje. Z hlediska letové efektivity, relativní rychlosti a ovladatelnosti nemají v přírodě obdoby. Myšlenka na vytvoření letadla na principu letu hmyzu čeká na schválení. Aby se zabránilo škodlivým vibracím během letu, má rychle létající hmyz na koncích křídel chitinózní ztluštění. Konstruktéři letadel nyní používají podobná zařízení pro křídla letadel, čímž eliminují nebezpečí vibrací.

Proudový pohon.

Proudový pohon, používaný v letadlech, raketách a kosmických lodích, je charakteristický i pro hlavonožce – chobotnice, olihně, sépie. Technika nejvíce zajímá proudový pohon chobotnice. V podstatě má chobotnice dva zásadně odlišné pohonné mechanismy. Při pomalém pohybu používá velkou kosočtvercovou ploutev, která se periodicky ohýbá. Pro rychlý hod zvíře používá proudový pohon. Svalová tkáň - plášť obklopuje tělo měkkýše ze všech stran, jeho objem tvoří téměř polovinu objemu jeho těla. Při metodě tryskového plavání zvíře nasává vodu do dutiny pláště skrz plášťovou mezeru. Pohyb chobotnice vzniká vyvrhováním proudu vody úzkou tryskou (nálevkou). Tato tryska je vybavena speciálním ventilem a svaly ji mohou otáčet, čímž mění směr pohybu. Pohonný systém chobotnice je velmi ekonomický, díky čemuž dokáže dosáhnout rychlosti 70 km/h, někteří badatelé se domnívají dokonce až 150 km/h.

Hydroplán Tvar těla je podobný delfínovi. Kluzák je krásný a jezdí rychle, má schopnost přirozeně si hrát ve vlnách jako delfín a mávat ploutví. Tělo je vyrobeno z polykarbonátu. Motor je velmi výkonný. Prvního takového delfína postavila společnost Innespace v roce 2001.

Během první světové války utrpěla britská flotila obrovské ztráty kvůli německým ponorkám. Bylo nutné se je naučit odhalovat a sledovat. Pro tento účel byla vytvořena speciální zařízení. hydrofony. Tato zařízení měla odhalit nepřátelské ponorky podle hluku vrtulí. Byly instalovány na lodích, ale zatímco se loď pohybovala, pohyb vody v přijímacím otvoru hydrofonu vytvářel hluk, který přehlušil hluk ponorky. Fyzik Robert Wood navrhl, aby se inženýři učili... od tuleňů, kteří dobře slyší, když se pohybují ve vodě. Výsledkem bylo, že přijímací otvor hydrofonu byl tvarován jako ucho tuleně a hydrofony začaly „slyšet“ i při plné rychlosti lodi.

3. Neurobionika.

Který kluk by neměl zájem hrát si na roboty nebo sledovat film o Terminátorovi nebo Wolverinovi? Nejoddanější bionici jsou inženýři, kteří navrhují roboty. Existuje názor, že v budoucnu budou roboti schopni efektivně fungovat pouze tehdy, pokud se budou co nejvíce podobat lidem. Vývojáři bioniky vycházejí z toho, že roboti budou muset fungovat v městských a domácích podmínkách, tedy v „lidském“ prostředí se schody, dveřmi a dalšími překážkami specifické velikosti. Minimálně tedy musí odpovídat člověku velikostí a zásadami pohybu. Jinými slovy, robot musí mít nohy a kola, koleje atd. se do města vůbec nehodí. A od koho bychom měli kopírovat design nohou, když ne od zvířat? Miniaturní, asi 17 cm dlouhý, šestinohý robot (hexapod) ze Stanfordské univerzity už běží rychlostí 55 cm/sec.

Umělé srdce bylo vytvořeno z biologických materiálů. Nový vědecký objev by mohl ukončit nedostatek dárcovských orgánů.

Skupina vědců z University of Minnesota se snaží vytvořit zásadně novou metodu léčby 22 milionů lidí – tolik lidí na světě žije se srdečními chorobami. Vědcům se podařilo odstranit svalové buňky ze srdce a zachovat pouze rám srdečních chlopní a cévy. Do tohoto rámce byly transplantovány nové buňky.

Triumf bioniky - umělá ruka. Vědcům z Institute of Rehabilitation of Chicago se podařilo vytvořit bionickou protézu, která pacientovi umožňuje nejen ovládat ruku myšlenkami, ale také rozpoznávat určité vjemy. Majitelkou bionické ruky byla Claudia Mitchell, která dříve sloužila v americkém námořnictvu. V roce 2005 byl Mitchell zraněn při nehodě. Chirurgové museli Mitchellovi amputovat levou ruku až k rameni. V důsledku toho zůstaly nevyužity nervy, které mohly být v budoucnu použity k ovládání protézy.

Skvělé maličkosti „viděné z přírody“

Slavnou výpůjčku provedl švýcarský inženýr George de
Mestral v roce 1955. Často chodil se svým psem a všiml si, že se mu na srst neustále lepí nějaké podivné rostliny. Po prostudování tohoto jevu de Mestral zjistil, že je to možné díky malým háčkům na plodech cockleburu (lopuchu). V důsledku toho si inženýr uvědomil důležitost svého objevu a o osm let později si nechal patentovat pohodlný „suchý zip“.

Přísavky byly vynalezeny při studiu chobotnic.

Výrobci nealkoholických nápojů neustále hledají nové způsoby balení svých produktů. Tento problém přitom dávno vyřešila obyčejná jabloň. Jablko je z 97 % voda, baleno ne v dřevěném kartonu, ale v jedlé slupce, která je dostatečně chutná, aby přilákala zvířata, aby jedli ovoce a distribuovali zrna.

Pavoučí vlákna, úžasný výtvor přírody, přitáhla pozornost inženýrů. Web byl prototypem pro stavbu mostu na dlouhých ohebných kabelech, čímž znamenal začátek stavby silných, krásných visutých mostů.

Nyní byl vyvinut nový typ zbraně, která dokáže šokovat nepřátelské jednotky pomocí ultrazvuku. Tento princip vlivu byl vypůjčen od tygrů. Řev dravce obsahuje ultra nízké frekvence, které sice lidé nevnímají jako zvuk, ale působí na ně paralyticky.

Vertikutační jehla, která se používá k odběru krve, je navržena podle principu, který zcela kopíruje strukturu netopýřího řezáku, jehož kousnutí je nebolestivé a je doprovázeno silným krvácením.

Nám známá pístová stříkačka napodobuje přístroj na sání krve - komára a blechy, jejichž kousnutí zná každý člověk.

Nadýchané „padáky“ zpomalují pád semen pampelišky na zem, stejně jako padák zpomaluje pád člověka.

Závěr.

Potenciál bioniky je skutečně neomezený...

Lidstvo se snaží blíže podívat na přírodní metody, aby je pak moudře využilo v technologii. Příroda je jako obrovský inženýrský úřad, který má vždy tu správnou cestu z každé situace. Moderní člověk by neměl ničit přírodu, ale brát si ji za vzor. Příroda svou rozmanitostí flóry a fauny může člověku pomoci najít správné technické řešení složitých problémů a východiska z každé situace.

Bylo pro mě velmi zajímavé zpracovat toto téma. V budoucnu se budu nadále věnovat studiu úspěchů bioniky.

PŘÍRODA JAKO STANDARD – A EXISTUJE BIONIKA!

Literatura:

1. Bionika. V. Martek, ed.: Mir, 1967

2. Co je to bionika. Řada "Populárně vědecká knihovna". Astašenkov P.T. M., Voenizdat, 1963

3. Architektonická bionika Yu.S. Lebeděv, V.I. Rabinovič a další Moskva, Stroyizdat, 1990.

Použité internetové zdroje

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/bionika

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

24.10.2003, pá, 18:10, moskevského času

Bionika dostala v posledním desetiletí silný impuls k novému rozvoji, protože moderní technologie umožňují kopírovat miniaturní přírodní struktury s nebývalou přesností. Moderní bionika přitom do značné míry nesouvisí s prolamovanými návrhy minulosti, ale s vývojem nových materiálů, které kopírují přírodní analogy, robotiku a umělé orgány.

Koncept bioniky není v žádném případě nový. Například před 3000 lety se Číňané pokusili převzít metodu výroby hedvábí z hmyzu. Na konci dvacátého století ale bionika našla druhý dech, moderní technologie umožňují kopírovat miniaturní přírodní struktury s nebývalou přesností. Před několika lety tak vědci dokázali analyzovat DNA pavouků a vytvořit umělou obdobu hedvábné sítě - Kevlar. Tento přehledový materiál uvádí několik slibných oblastí moderní bioniky a představuje nejznámější případy výpůjček z přírody.

Chytrá povaha

Hlavním rozdílem mezi lidskými inženýrskými strukturami a těmi, které vytvořila příroda, je neuvěřitelná energetická účinnost těch druhých. Živé organismy se zlepšují a vyvíjejí miliony let a naučily se žít, pohybovat se a rozmnožovat s použitím minimálního množství energie. Tento jev je založen na jedinečném metabolismu zvířat a optimální výměně energie mezi různými formami života. Zapůjčením inženýrských řešení z přírody je tedy možné výrazně zvýšit energetickou účinnost moderních technologií.

Přírodní materiály jsou ultra levné a bohaté na množství a jejich „kvalita“ je mnohem lepší než u těch vyrobených lidmi. Materiál jeleního parohu je tedy mnohem pevnější než nejlepší příklady keramického kompozitu, které se lidem podařilo vyvinout. Lidé přitom k získávání některých supersilných látek používají spíše „hloupé“ energeticky náročné procesy a příroda je dělá mnohem inteligentnějšími a účinnými způsoby. K tomuto účelu se využívají okolní přírodní látky (cukry, aminokyseliny, soli), avšak s využitím „know-how“ – originálních konstrukčních a inženýrských řešení, ultraúčinných organických katalyzátorů, které v mnoha případech dosud nejsou dostupné lidské porozumění. Bionika zase studuje a kopíruje přirozené know-how.

Bionika(Anglické názvy - "biomimetika") je perspektivní vědecko-technologický směr pro vypůjčení cenných myšlenek z přírody a jejich realizaci v podobě inženýrských a konstrukčních řešení i nových informačních technologií.

Položka bionika známý pod různými jmény: například v Americe termín běžně používaný "biomimetika", ale někdy o tom mluví biogeneze. Podstatou tohoto perspektivního vědeckotechnického směru je vypůjčit si cenné myšlenky z přírody a realizovat je v podobě originálních inženýrských a konstrukčních řešení, ale i nových informačních technologií.

V posledním desetiletí získala bionika významný impuls pro nový rozvoj. Je to dáno tím, že moderní technologie přecházejí na giga- a nanoúroveň a umožňují kopírovat miniaturní přírodní struktury s nebývalou přesností. Moderní bionika je spojena především s vývojem nových materiálů, které kopírují přírodní analogy, robotiku a umělé orgány.

Návrh přírodních struktur se také nedá srovnávat s lidskými pokusy navrhnout něco, co si říká, že je přirozeně účinné. Tvar biologického objektu (například vzrostlého stromu) je obvykle vytvořen jako výsledek dlouhého adaptačního procesu, který bere v úvahu mnohaleté vystavení jak přátelským (například podpora od jiných stromů v lese), tak agresivním. faktory. Procesy růstu a vývoje zahrnují interaktivní regulaci na buněčné úrovni. To vše dohromady zajišťuje neuvěřitelnou pevnost produktu po celou dobu jeho životního cyklu. Taková přizpůsobivost v procesu tvarování vede k vytvoření jedinečné adaptivní struktury, nazývané v bionice inteligentní systém. Náš průmysl přitom zatím nemá přístup k technologiím pro vytváření inteligentních systémů, které interagují s prostředím a dokážou se přizpůsobit změnou svých vlastností.

V současné době se vědci snaží navrhovat systémy s alespoň minimální přizpůsobivostí životní prostředí. Moderní vozy jsou například vybaveny četnými senzory, které měří zatížení jednotlivých komponentů a dokážou například automaticky měnit tlak v pneumatikách. Vývojáři a věda jsou však teprve na začátku této dlouhé cesty.

Příslib inteligentních systémů je vzrušující. Perfektní inteligentní systém bude schopen samostatně vylepšovat svůj vlastní design a měnit svůj tvar mnoha různými způsoby, například přidáním chybějícího materiálu do určitých částí konstrukce, změnou chemické složení jednotlivé uzly atd. Ale mají lidé dostatek pozorování a inteligence, aby se mohli učit od přírody?

Další vývojáři se zaměřují na studium přírodních organismů. Například vědci z Bell Labs (Lucent Corporation) nedávno objevili vysoce kvalitní optické vlákno v těle hlubinných hub rodu Euplectellas (). Podle výsledků testů se ukázalo, že materiál z kostry těchto 20centimetrových houbiček dokáže přenášet digitální signál o nic horší než moderní komunikační kabely, zatímco přírodní optické vlákno je mnohem silnější než lidské vlákno díky přítomnosti organického skořápka. Druhou vlastností, která vědce překvapila, je možnost vzniku takové látky při teplotě kolem nuly stupňů Celsia, zatímco továrny Lucent k tomuto účelu využívají vysokoteplotní zpracování. Nyní vědci přemýšlejí o tom, jak zvětšit délku nového materiálu, protože kostry mořských hub nepřesahují 15 cm.

Kromě vývoje nových materiálů vědci neustále hlásí technologické objevy, které jsou založeny na „intelektuálním potenciálu“ přírody. Například v říjnu 2003 se vyvinulo Xerox Palo Alto Research Center nová technologie podávací mechanismus pro kopírky a tiskárny.

V zařízení AirJet vývojáři zkopírovali chování termitího hejna, kdy každý termit dělá nezávislá rozhodnutí, ale hejno směřuje ke společnému cíli, jako je stavba hnízda.

Ale nejoddanějšími přívrženci bioniky jsou inženýři, kteří navrhují roboty. Dnes je mezi vývojáři velmi populární názor, že v budoucnu budou roboti (více podrobností) schopni efektivně jednat pouze tehdy, pokud se budou co nejvíce podobat lidem. Vědci a inženýři předpokládají, že budou muset fungovat v městském a domácím prostředí, tedy v „lidském“ interiéru – se schody, dveřmi a dalšími překážkami specifické velikosti. Minimálně tedy musí odpovídat člověku velikostí a zásadami pohybu. Jinými slovy, robot musí mít nohy (kola, koleje atd. nejsou vhodné do města). Od koho bychom ale měli kopírovat design nohou, když ne od zvířat? Vědci ze Stanfordské univerzity pokročili nejdále ve směru vytváření vzpřímených dvounohých robotů. Už téměř tři roky experimentují s miniaturním šestinohým robotem, hexapodem, na základě výsledků studia pohybového ústrojí švába.

První hexapod byl zkonstruován 25. ledna 2000. Nyní konstrukce běží velmi rychle - rychlostí 55 cm (více než tři vlastní délky) za sekundu - a také úspěšně překonává překážky.

Stanford také vyvinul jednonohý skákací monopod lidské velikosti, který je schopen udržovat nestabilní rovnováhu při neustálém skákání. Jak víte, člověk se pohybuje „pádem“ z jedné nohy na druhou a většinu času tráví na jedné noze. V budoucnu vědci ze Stanfordu doufají, že se jim podaří vytvořit dvounohého robota se systémem chůze podobným člověku.

První příklady bioniky

Téměř každý technologický problém, kterému čelí designéři nebo inženýři, byl již dávno úspěšně vyřešen jinými živými bytostmi. Například výrobci nealkoholických nápojů neustále hledají nové způsoby balení svých produktů. Tento problém přitom dávno vyřešila obyčejná jabloň. Jablko je z 97 % voda, baleno ne v dřevěném kartonu, ale v jedlé slupce, která je dostatečně chutná, aby přilákala zvířata, aby jedli ovoce a distribuovali zrna.

Odborníci na bioniku uvažují tímto způsobem. Když narazí na technický nebo konstrukční problém, hledají řešení v neomezené „vědecké základně“ zvířat a rostlin.

Přibližně totéž udělal Gustav Eiffel, který v roce 1889 nakreslil Eiffelovu věž. Tato struktura je považována za jeden z prvních jasných příkladů využití bioniky ve strojírenství.

Design Eiffelovy věže vychází z vědecké práce švýcarského profesora anatomie Hermanna Von Meyera. 40 let před stavbou pařížského inženýrského zázraku profesor zkoumal kostní stavbu hlavice stehenní kosti v místě, kde se ohýbá a šikmo vstupuje do kloubu. A přesto se kost z nějakého důvodu neláme pod tíhou těla.

Další slavnou půjčku provedl švýcarský inženýr Georges de Mestral v roce 1955. Často chodil se svým psem a všiml si, že se mu na srst neustále lepí nějaké podivné rostliny. Inženýr, unavený neustálým kartáčováním psa, se rozhodl zjistit důvod, proč se plevel drží na srsti psa. Po prostudování tohoto jevu de Mestral zjistil, že je to možné díky malým háčkům na plodech koukol (název tohoto plevele). Díky tomu si inženýr uvědomil důležitost svého objevu a o osm let později si nechal patentovat pohodlný suchý zip, který se dnes hojně používá při výrobě nejen vojenských, ale i civilních oděvů.

Příroda nabízí inženýrům a vědcům nekonečné možnosti vypůjčit si technologie a nápady. Dříve lidé neviděli, co mají doslova před nosem, ale moderní technické prostředky a počítačové modelování nám pomáhají alespoň trochu pochopit, jak svět kolem nás funguje, a pokusit se z něj některé detaily zkopírovat pro vlastní potřebu. .

Nejdokonalejší formy, jak z hlediska krásy, tak z hlediska organizace a fungování, vytvořila sama příroda a vyvinula se v procesu evoluce. Po dlouhou dobu si lidstvo vypůjčovalo struktury, prvky a konstrukce od přírody, aby vyřešilo své technologické problémy. V současnosti technogenní civilizace dobývá z přírody stále větší území, kolem nás dominují pravoúhlé tvary, ocel, sklo a beton a žijeme v tzv. městské džungli.

A každým rokem je lidská potřeba přirozeného, harmonického životního prostředí plného vzduchu, zeleně a přírodních prvků stále hmatatelnější. Otázky životního prostředí jsou proto v městském plánování stále důležitější. V tomto článku se seznámíme s příklady bioniky - zajímavého moderního trendu v architektuře a interiérovém designu.

Příklady bioniky v architektuře. Vědecký a umělecký přístup

Bionika je v první řadě vědecký směr a teprve potom kreativní. V architektuře to znamená použití principů a metod organizace živých organismů a forem vytvořených živými organismy při navrhování a konstrukci budov. Prvním architektem pracujícím v bionickém stylu byl A. Gaudi. Jeho slavná díla dodnes svět obdivuje (Casa Batllo, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Güell aj.).

Casa Mila Antonio Gaudi v Barceloně
Národní opera v Pekingu

Moderní bionika je založena o používání nových metod matematické modelování a širokou škálu software pro výpočty a 3D vizualizaci. Jeho hlavním úkolem je studovat zákonitosti tvorby tkání živých organismů, jejich strukturu, fyzikální vlastnosti, Designové vlastnosti s cílem převést tyto poznatky do architektury. Živé systémy jsou příklady konstrukcí, které fungují na principech zajištění optimální spolehlivosti, formování optimálního tvaru při úsporách energie a materiálů. Právě tyto principy tvoří základ bioniky. Na webu jsou prezentovány slavné příklady bioniky.

Opera v Sydney
Plavecký komplex v Pekingu

Zde jsou některé z největších struktur založených na bionice na celém světě:

Eiffelova věž v Paříži (opakuje tvar holenní kosti)
stadion" ptačí domov» v Pekingu (externí kovová konstrukce opakuje tvar ptačího hnízda)
Aqua mrakodrap v Chicagu (navenek připomíná proud padající vody a tvar budovy také připomíná skládanou strukturu vápenatých usazenin podél břehů Velkých jezer)
Obytný dům "Nautilus" nebo "Shell" v Naucalpanu (jeho design je převzat z přírodní struktury - lastury měkkýše)
Opera v Sydney (napodobuje otevřené okvětní lístky lotosu na vodě)
Plavecký komplex v Pekingu (design fasády se skládá z „vodních bublin“, opakuje křišťálovou mřížku, umožňuje akumulovat solární energie, slouží pro potřeby budovy)
Národní opera v Pekingu (imituje kapku vody)

Bionika zahrnuje i tvorbu nových materiálů pro stavbu, jejichž strukturu napovídají přírodní zákony. Dnes již existuje mnoho příkladů bioniky, z nichž každý se vyznačuje úžasnou silou své struktury. Je tak možné získat nové dodatečné příležitosti pro stavbu konstrukcí různých velikostí.

Socha Cloud Gate v Chicagu
Příklady bioniky v interiérovém designu

Vlastnosti interiérového designu v bionickém stylu s příklady

Bionický styl se dostal i do interiérového designu: jak v bytových prostorách, tak v prostorách sektoru služeb, společenských a kulturních účelů. Příklady bioniky lze vidět v moderních parcích, knihovnách, nákupních centrech, restauracích, výstavních centrech atd. Co je charakteristické pro tento módní styl? Jaké jsou jeho vlastnosti? Stejně jako v případě architektury využívá interiérová bionika přírodní formy při organizaci prostoru, při plánování prostor, při navrhování nábytku a doplňků a v dekorech.

Návrháři čerpají své nápady ze známých struktur živé přírody:

Vosk a voština jsou základem pro vytváření neobvyklých struktur v interiéru: stěny a příčky, nábytkové prvky, dekorace, prvky stěnových a stropních panelů, okenní otvory atd.
Pavoučí síť je neobvykle lehký a ekonomický síťový materiál. Často se používá jako základ při navrhování příček, designu nábytku a osvětlení a houpacích sítí.
Vnější nebo vnitřní schody mohou být vyrobeny ve formě spirály nebo neobvyklých struktur vytvořených z kombinovaných přírodních materiálů, které opakují hladké přírodní formy. Při návrhu schodů vycházejí bioničtí umělci nejčastěji z rostlinných forem.
Barevné sklo se také používá v bionických příkladech k vytvoření zajímavého osvětlení.
V dřevěné domy Kmeny stromů lze použít jako nosné sloupy. Obecně je dřevo jedním z nejběžnějších interiérových materiálů v bionickém stylu. Používá se také vlna, kůže, len, bambus, bavlna atd.
Zrcadlové a lesklé povrchy jsou převzaty z hladiny vody a harmonicky do ní zapadají.
Výborným řešením je použití perforace pro snížení hmotnosti jednotlivých konstrukcí. Struktury porézních kostí se často používají k vytvoření zajímavého nábytku a zároveň šetří materiál, vytvářejí iluzi vzdušnosti a lehkosti.

Lampy také napodobují biologické struktury. Nádherně a originálně se používají příklady bioniky, které imitují vodopád, svítící stromy a květiny, mraky, nebeská tělesa, mořský život atd přírodní materiály, které jsou šetrné k životnímu prostředí. Charakteristickými rysy tohoto směru jsou hladké linie a přirozené barvy. Jedná se o pokus o vytvoření atmosféry blízké přírodě, aniž by byly zrušeny vymoženosti, které člověk nabyl rozvojem techniky. Elektronika je integrována do designu tak, že není nápadná.

Mrakodrap Aqua v Chicagu je příkladem bioniky v interiérovém designu na stadionu Swallow's Nest v Pekingu

V příkladech bioniky v interiéru můžete považovat akvária za zajímavé neobvyklé designy a jedinečné formy, které se jako v přírodě neopakují. Můžeme říci, že v bionice neexistují jasné hranice a zónování prostoru některé místnosti plynule „přecházejí“ do jiných. Přírodní prvky se nemusí nutně vztahovat na celý interiér. V současné době jsou velmi běžné projekty s jednotlivými prvky bioniky - nábytek, který sleduje strukturu těla, strukturu rostlin a další prvky živé přírody, organické vložky, dekorace z přírodních materiálů.

Stojí za zmínku, že klíčovým rysem bioniky v architektuře a interiérovém designu je napodobování přírodních forem s přihlédnutím k vědeckým poznatkům o nich. Vytváření ekologicky bezpečného životního prostředí příznivého pro lidi pomocí nových energeticky účinných technologií může být ideálním směrem rozvoje měst. Bionika je proto nový rychle se rozvíjející směr, který uchvacuje mysl architektů a designérů.