Теоретический материал по теме «Бионика»

Био́ника (от др.-греч. βίον — живущее) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в техник

Художник Леонардо да Винчи сделал попытку сделать летательный аппарат, используя умение птиц летать, взмахивая крыльями и назвал свое детище орнитоптером.

Дата рождения бионики: 13 сентября 1960 года. У бионики есть символ: 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.

Различают:

- биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

- теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;

- техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Основные направления работ в бионике:

1. изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);

2. исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;

Вот вам загадка: Выпуча глаза сидит,

по-французски говорит,

по-блошьи прыгает,

по-человечьи плавает.

О ком идёт речь? Конечно же, о лягушке.

Почтовые конверты и лягушка, какая здесь может быть взаимосвязь? Какой орган чувств лягушки привлекает сразу наше внимание?

Это глаза. У лягушки своеобразное зрение. Она видит предметы, которые по размерам сопоставимы с размерами врагов- больших размеров и быстро двигающиеся или совсем маленькие – пища виде насекомых.

Пример: Глаз лягушки – это информационная система, которая из всего разнообразия сигналов выбирает только те, которые ей пригодятся для комфортного существования. Инженеры, используя такое избирательное умение лягушки, изобрели локаторы – приборы обнаруживающие летательные объекты и следящие за их движениями.

И всё-таки, какая взаимосвязь лягушки с почтовыми конвертами?

На почтах письма до недавнего времени сортировали в ручную. Инженеры изобрели аналог глаза лягушки. Этот электронный аппарат в своей памяти хранит набор эталонов –индексов городов, представляющих набор шестизначных чисел. Автомат сравнивает набор чисел на письме и эталоном и отправляет письмо в ячейку с индексами одного направления.

3. изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

Некоторые животные имеют плохое зрение, но очень хороший слух. Этим они прекрасно пользуются для ориентации в пространстве. Испуская звуковые волны в области ультразвука они принимают их и таким образом в любое время суток могут обнаружить препятствия, движущиеся объекты в виде врагов или добычи.

Ярким примером этому летучие мыши. Они испускают ультразвуковые волны частотой 100 мк Гц, эти волны отражаются и возвращаются назад. Таким образом, мыши могут обнаружить препятствия размером 0,1 – 0,05 мм. Таким же образом ориентируются ночные южно - американские птицы гуахаро.

Какие инженерные устройства созданы на таких принципах ориентации животных в пространстве?

Это радары (радиолокационные установки). Они были созданы несколько десятков лет назад

По сигналу радиоволн, выпущенному и принятому радаром специалисты могут определить местоположение препятствия, скорость и направление его движения.

А вот у земноводных – змей нет ни хорошего зрения, ни хорошего слуха. Как же они ориентируются в темноте, да еще и добывают себе пищу?

Ученые, исследуя голову змеи обнаружили между органами зрения и обоняния два конических углубления и назвали их «тепловые глаза»- орган реагирующий на инфракрасное тепловое излучение. Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

· коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;

· средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;

· длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм.

Таким образом любое нагретое тело испускает «тепловые» волны.

А где в повседневной жизни мы применяем принцип термолокации?

(автоматическое открывание дверей в супермаркетах и т.д.)

4. исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Членистоногие – пауки обладают гидроприводом, а жидкость это кровь. Как же пауки могут так быстро бегать даже по пересеченной местности? У пауков на лапках нет мышц, но когда паук ее вытягивает, то повышает давление крови. Изменяя давление в лапах паук двигается.

В основе работы шагающего экскаватора лежит гидропривод, напоминающий гидропривод пауков.

Еще одно величайшее творение природы это стебель злаков – соломина. У тростника она, например, вырастает высотою до 3-х м, имея в поперечнике всего лишь 15 мм, у стебля ржи отношение диаметра стебля к его высоте (коэффициент стройности) достигает 1:500, причем соломина несет еще груз (колос), вес которого в 1,5 раза больше, чем вес стебля. Большая прочность и устойчивость таких высотных природных конструкций обусловлены рядом особенностей растений: взаимным расположением в стебле прочных и мягких тканей, способностью их работать как на сжатие, так и на растяжение. В стеблях злаков большую роль играют его веретенообразная форма и расположенные на нем узлы, представляющие собой особо устроенные упругие шарниры-демпферы. И не случайно сильная буря вырывает с корнем деревья и лишь пригибает к земле тонкий стебель злака.

На основе принципов построения природных высотных конструкций строители проектируют высотные здания нового типа — типа стволовой конструкции.

Вывод: В своей практической деятельности человек использует в качестве моделей для конструирования сооружений и механизмов наиболее удачные приспособления живых организмов к среде их обитания.

Естественный отбор сохраняет структуры, наиболее совершенные в функциональном отношении и наиболее экономные по затрате материала.

Перед Вами предметы, которыми мы все в повседневной жизни пользуемся. Посмотрите принцип их работы и ответьте на вопрос «Что послужило прототипом для изобретения данных предметов?».

1. Застёжка – липучка (плоды растения репейник).

2. Солонка (плоды мака - коробочка).

3. Застёжка – молния (особое строение пера птицы).

4. Шприц – кровососущий аппарат насекомых (комара)

Предлагаю Вам выполнить задание.

Задание 2.

Перед Вами картинки с некоторыми техническими изобретениями человека. Попробуйте на основе материала сегодняшнего урока, на основе своих личных знаний и жизненного опыта, путём логического размышления найти им аналог среди живой природы.

Сегодня мы познакомились с наукой бионикой., которая имеет самую непосредственную связь с биологией. Бионика использует особенности строения и функционирования органов животных и растений для создания новых приборов и механизмов. Эта наука делает первые шаги, и предстоит еще много узнать, провести массу исследований, чтобы сделать более совершенными самолеты, автомобили, морские суда, приборы для определения изменений погоды, для ориентации в космическом пространстве, для строительства зданий, мостов, дорог.

Зачет будет 30 июня в 10 часов. Это тестирование в режиме онлайн.

За 5 минут до начала теста я отправлю вам через куратора адрес ссылки, по которому нужно пройти и выполнить тест.

Обратите внимание, время прохождения теста ограничено. Работы, отправленные после 11.00 ч., учитываться не будут. Проверка теста проводится автоматически системой.

ЧИТАЙТЕ, ПОЖАЛУЙСТА, ВНИМАТЕЛЬНО ИНСТРУКЦИЮ.

Так заполняете поля после завершения тестирования.