Локация в живой природе

Тема. Бионика

Название «бионика»происходит от греческого слова «бион», что означает «элемент жизни». Это название раздел биологии получил в 1960г. на международном симпозиуме в Дайтоне (США).

Изучая принципы строения животных и растительных организмов, исследуя закономерности того или иного строения, ученые создают приборы, новые датчики, оборудование для навигации, локации и ориентирования. Круг вопросов, которые использует бионика, довольно обширен и продолжает расширяться. Для того чтобы получить о них представление, лучше всего рассмотреть несколько примеров. Сегодня благодаря уроку мы узнаем, как и где человек использует достижения бионики.

Символ бионики:скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла.

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.

Энциклопедический словарь дает такое определение бионики: «Бионика

– одно из направлений кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем». Целью является использование биологических знаний для решения инженерных задач и развития техники.

Бионика -наука,пограничная между биологией итехникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов

Бионика и строительство

В природе часто встречаются конструкции из повторяющихся структур. Примером могут служить пчелиные соты, початок кукурузы, они являются самыми экономичными с точки зрения расходования строительного материала. Кроме того, подобные конструкции являются весьма устойчивыми.

Принцип устройства таких конструкций используется человеком при строительстве многоэтажных домов, при сооружении плотин.

Трубчатые кости человека и животных, стебель-соломина у злаковых обладают большим запасом прочности. Это свойство используется строителями при создании тонкостенных железобетонных конструкций, арматуры в блоках и перекрытиях.

Проводящие ткани, клетки которых имеют форму трубочек, послужили примером для создания отопительной системы и водоснабжения в многоэтажных домах.

Расположение жилок листьев, лепестков цветов дали возможность создать крытые стадионы, крупные строительные комплексы, выставочные сооружения, аквапарки.

· 1889 г. во Франции была построена 330-метровая башня по проекту инженера Гюстава Эйфеля, которая стала символом Парижа. Инженер пользовался теми же законами, какие лежат в основе прочности и легкости структуры губчатого вещества кости.

Человек всегда восхищался совершенством природы. Мельчайшие одноклеточные радиолярии предлагают архитекторам удивительные по красоте, экономии материала и прочности сооружения.

Морские суда

Одна из важных задач бионики – изучение функционирования надежных свойств живых организмов и использование этих принципов в технике.

Современные подводные лодки и подводные части судов имеют форму тела китов дельфинов. Изучение гидродинамических свойств рыб, китов и дельфинов позволило увеличить скорость движения судов и торпед на 20-25%. наибольшее давление воды на тело животного.

Реактивный движитель кальмара.

 

Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара. В сущности, кальмар располагает двумя принципиально разными движителями. При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска животное использует реактивный движитель. Мышечная ткань- мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее составляет почти половину объѐма его тела. При реактивном способе плавания животное засасывает воду внутрь мантийной полости через мантийную щель. Движение кальмара создается за счѐт выбрасывания струи воды через узкое сопло (воронку). Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, чем достигается изменение направление движения. Движитель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч.

 

Эхолокация животных

 

Современная радарная техника создана человеком благодаря изучению локационных способностей некоторых животных, помогающих им ориентироваться при полете или плавании в воде. Такие животные безошибочно обходят препятствия, обнаруживают добычу.

Компактный, легкий аппарат эхо- и звуколокации летучей мыши обладает высокой чувствительностью. При полете, она издает ультразвуковые сигналы, которые слышит, если впереди находится препятствие, и не только это. Мышь узнает направление, расстояние до препятствия и среди препятствий определяет летящие насекомое. Подобными, но только гидролокационными способностями обладают дельфины. Издавая звуки-щелчки, которые, по сути, представляют собой колебания высоких и низких частот, дельфин слышит отраженный сигнал. Эхолокация для китообразных – основной способ распознавания объектов в мутной воде. Локационные способности дельфинов совершенны, они дают возможность добывать пищу, преодолевать препятствия, находить собратьев, ориентироваться в пространстве.

 

Локация в живой природе

 

Биоакустика

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Необходимо было научиться их обнаруживать и выслеживать. Для этой цели создали специальные приборы — гидрофоны. Эти приборы должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Их установили на кораблях, но во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, которыйзаглушал шум подводной лодки. Физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться... у тюленей, которые хорошо слышат при движении в воде. В итоге приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали "слышать" даже на полном ходу корабля