Что изучает наука бионика? Предмет, метод, подходы. Бионика наука


Бионика

Бионика — это наука, изучающая живую природу с целью использования полученных знаний в практической деятельности человека. Проблемы бионики: изучение закономерностей структуры и функции отдельных частей живых организмов (нервной системы, анализаторов, крыльев, кожи) с целью создания на этой основе нового типа вычислительных машин, локаторов, летательных, плавательных аппаратов и т. д.; изучение биоэнергетики для создания экономичных двигателей, подобных мышце; исследование процессов биосинтеза веществ с целью развития соответствующих отраслей химии. Бионика тесно связана с техническими (электроника, связь, морское дело и др.) и естественнонаучными (химия, биология, медицина) дисциплинами, а также с кибернетикой (см.).

Бионика (англ. bionics, от bion — живое существо, организм; греч. Bioo — живу)— наука, изучающая живую природу с целью использования полученных знаний в практической деятельности человека.

Термин бионика впервые появился в 1960 г., когда специалисты различных профилей, собравшиеся на симпозиум в Дайтоне (США), выдвинули лозунг: «Живые прототипы — ключ к новой технике». Бионика явилась своеобразным мостом, связавшим биологию с математикой, физикой, химией и техникой. Одна из важнейших целей бионики — установить аналогии между физико-химическими и информационными процессами, встречающимися в технике, и соответствующими процессами в живой природе. Специалиста-бионика привлекает все многообразие «технических идей», выработанных живой природой за многие миллионы лет эволюции. Особое место среди задач бионики занимают разработка и конструирование систем управления и связи на основе использования знаний из биологии. Это — бионика в узком смысле слова. Бионика имеет важное значение для кибернетики, радиоэлектроники, аэронавтики, биологии, медицины, химии, материаловедения, строительства и архитектуры и др. К задачам бионики относятся также освоение биологических методов добычи полезных ископаемых, технологии производства сложных веществ органической химии, строительных материалов и покрытий, которые использует живая природа. Бионика учит искусству рационального копирования живой природы, изысканию технических условий целесообразного использования биологических объектов, процессов и явлений.

Один из возможных путей здесь — функциональное (математическое, или программное) моделирование, заключающееся в изучении структурной схемы процесса, функций объекта, числовых характеристик этих функций, их назначения и изменения во времени. Такой подход дает возможность изучать интересующий процесс математическими средствами, а техническое воплощение модели осуществить тогда, когда в принципе установлена ее эффективность и осталось проверить экономические, энергетические и другие возможности конструирования такого рода модели имеющимися техническими средствами. Существует и другой путь — физико-химическое моделирование, когда специалист в области бионики изучает биохимические и биофизические процессы с целью исследования принципов превращения (включая разложение и синтез) веществ, происходящих в живом организме. Этот путь более всего примыкает к химико-технологической проблематике и открывает новые возможности в развитии энергетики и химии полимеров. Третий подход, развиваемый бионикой,— это непосредственное использование живых систем и биологических механизмов в технических системах. Такой подход принято называть методом обратного моделирования, так как в этом случае специалист-бионик изыскивает возможности и условия приспособления живых систем для решения чисто инженерных задач, иначе говоря, пытается моделировать на биологическом объекте техническое устройство или процесс. Возникшая в ответ на запросы практики, бионика послужила началом исследований, основанных на применении биологических знаний во всех областях техники. Основной ее результат заключается в установлении первых путей для все большего технического освоения биологии.

www.medical-enc.ru

Что изучает наука бионика? Предмет, метод, подходы

Что изучает наука бионика, появившаяся в научных кругах во второй половине двадцатого века? Бионика содержит в своей основе материалы наблюдения за естественными природными системами для создания на их базе современных технологий.

Слово "бионика" в переводе с английского означает "знание о живых организмах". Ее основная задача (как было сказано ранее) - это выявление закономерностей живой природы и применение их в системе человеческой деятельности. Впервые проблемы бионики, ее цели и функции были определены на дайтонском симпозиуме в США. Тогда в 1960 году смело было выдвинуто утверждение о том, что только биологические механизмы могут быть истинными прототипами технического развития.

Основные проблемы и задачи бионики

  1. Наблюдение и изучение функций и особенностей отдельных систем и органов живых организмов (например, нервной системы, сердца или кожи) для использования полученных знаний в качестве базиса для создания новейших технических достижений: средств передвижения, вычислений и т.д.
  2. Изучение биоэнергетического потенциала живых организмов для создания на их основе двигателей, способных действовать подобно мышцам, чтобы с помощью этого экономить электроэнергию.
  3. Исследование биохимических синтезирующих процессов для развития отраслей химии для получения новых моющих средств и лекарственных препаратов.

Связь бионики с другими областями человеческих знаний

«Бионика считается связующим звеном, проложенным между множеством технических (электронная, транспортная, информационные технологии) и естественных наук (медициной, биологией, химией)».

Специалисты утверждают, что объединение в определенное единство совокупности имеющихся знаний с целью их рационального практического применения – это наиболее необходимый процесс для современного мира. Бионика появилась тогда, когда специализация отдельных отраслей знания усилилась, лишая науку жизненно необходимого единства.

Так бионика в биологии представляет собой необходимый компонент, позволяющий применять полученные знания в их качественном объединении с математикой, техникой и химией. Установление аналогичных связей между информационными, техническими и природными ресурсами – неотъемлемая часть бионического исследования.

Если в своем широком понимании бионика – средство «заимствования» у природы гениальных идей для новейших научных разработок, то в более узком смысле можно говорить о данной науке как о теснейшей связи биологии с аэронавтикой, кибернетикой, материаловедением, строительством, бизнесом, медициной, химией, архитектурой и даже искусством. Специалист-бионик должен обладать чрезмерной наблюдательностью, а также аналитическим складом ума для способности адекватного сопоставления имеющегося и вновь обновляющегося посредством эволюции материала и технических возможностей, предоставленных развитием человечества.

Продолжая беседу об узком значении бионики, можно говорить о такой ее задаче, как разработка новейших методов добычи природных ресурсов и полезных ископаемых для использования их в производстве.

Несмотря на то, что бионика – это наука о том, как лучше и рациональнее использовать то, что дает нам природа, одной из ее основополагающих функций выступает защита природного материала как неисчерпаемого источника ресурсов и идеи для непрерывного прогресса общества. Для этого специалистами-биониками используются три основных подхода.

  1. Функциональный математический программный подход (изучение схемы происходящего процесса, его структуры, истоков и результатов). Данный подход дает возможность конструирования новой модели с помощью уже имеющихся средств.
  2. Физико-химический подход (изучение биохимических процессов). Этот подход предоставляет исследователям возможность синтезирования новых веществ с помощью изученных механизмов.
  3. Прямое применение биологических систем в структуре технологий, называемое обратным моделированием. Если в предыдущих подходах речь шла об использовании биологического материала для создания новых технических средств, то здесь мы можем говорить о решении задач и вопросов техники с помощью поиска ответов и необходимых ресурсов в биологической среде.

Итак, на вопрос о том, что изучает наука бионика, лучше всего ответить следующим образом. Бионика – это поиск путей, средств и возможностей связи биологических аспектов существования и технического прогресса с целью увеличения научного прогресса и одновременного сохранения существующих природных ресурсов.

Фото: Бионика

kartinamira.info

Бионика – наука вдохновленная природой

Человек перенял у природы очень многое, если не сказать все. Умение разводить огонь, прятаться в норку от непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под окружаю среду и еще много других вещей, о которых мы знаем так давно, что уже и не задумываемся об их появлении в нашей жизни.

А ведь существует целая наука – бионика – цель которой сделать мир людей еще более удобным, при помощи техники, созданной подглядыванием за живой природой.

Отцом бионики считается Леонардо да Винчи. Именно он, впервые, решил смастерить летальный аппарат, вдохновившись полетом птиц. До него еще был Икар, описанный в древнегреческих мифах. Но это скорее мечта, а вот легендарный изобретатель решил претворить ее в жизнь. До наших дней дошли его чертежи со всевозможными схемами устройства махолета. Правда, его изобретение в воздух так и не поднялось, но первый шаг был сделан. А официальное зарождение бионики как науки произошло в 1960 году. Тогда состоялся первый симпозиум по данной теме.

С тех пор, благодаря бионике, в нашей жизни появилось множество замечательных вещей. Самые интересные из них:

- В основе конструкции, символа Парижа, знаменитой Эйфелевой башни лежит принцип строения человеческих костей. Архитектор Эйфель позаимствовал свою идею из научных трудов профессора анатомии Хермана фон Мейера, изучавшего устройство скелета.

- Застежка-липучка также подсмотрена у природы. Джордж де Местраль часто гулял со своей собакой. Питомца он любил, но очень раздражался, когда приходилось вычесывать из его шерсти колючки дурнушника. Решив изучить это растение подробнее и избавиться от своей проблемы, инженер придумал один из самых удобных способов застежки.

- Современные многоэтажки, в которых проживает большинство из нас, в точности копируют строение стеблей злаков.

- Высокая скорость кораблей – заслуга дельфинов и китов. Ученые создали обшивку, аналогичную коже этих морских жителей. Она не промокает и эластична, благодаря чему скорость водных судов увеличивается на двадцать процентов.

xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Бионика - это что за наука?

Стремительное развитие современных технологий привело к тому, что концепции живой и мертвой ткани, органической и неорганической материи начинают смешиваться и пересекаться между собой. Ярким примером этого процесса являются результаты достижений бионики. Что это - бионика? Какую роль она начинает играть в нашем мире, ответит статья.

Что понимают под термином?

Что такое бионика? Достаточно точное определение этому слову можно дать следующее: это наука, которая ориентирована на изучение функций и приспособлений живых организмов, с целью последующего воплощения полученных знаний в создаваемые человеком объекты. Последние могут быть как техническими изобретениями, так и новыми дизайнерскими решениями в архитектуре и других видах искусств.

В свою очередь, отрасль бионики, которая занимается уже не изучением, а непосредственной реализацией идей на практике, называется бионической инженерией.

Поясним подробнее, что такое бионика. Как известно, человек, с точки зрения физических способностей, является одним из самых неприспособленных организмов на нашей планете. Так, мы не можем выжить в условиях холода без теплой одежды, а белые медведи могут; мы не способны бежать со скоростью 100 км/ч, а гепард может; мы не умеем летать как птицы и плавать как рыбы; мы не способны слышать низкую интенсивность звука, которую слышат собаки, и не видим в темноте, как это могут делать кошки. Этот список можно продолжать до бесконечности.

Вышесказанное давно было замечено людьми, и они стали наблюдать за живыми организмами, изучать их, а затем, воплощать эти знания при создании машин и прочих объектов, которые были призваны облегчить повседневную жизнь и труд человека. В этом и заключается суть бионики.

Бионика - это современная наука?

Из-за того, что само слово "бионика" стало использоваться активно лишь в XX столетии, большинство людей полагают, что это современная наука. Но это суждение является ошибочным.

Если проанализировать историю, то можно встретить множество фактов, которые говорят, что результаты бионики человечество использует с незапамятных времен. Например, в одной из древнеегипетских гробниц была найдена мумия 4000-летней давности, имеющая протез вместо руки. Далее, в III веке до нашей эры, римский генерал Марк Сергий изготовил первую железную руку, которую он использовал, чтобы держать свой щит. Классическим примером бионической инженерии являются изобретения Леонардо да Винчи, например, аэроплан, который он изготовил, наблюдая за полетом и формой крыльев летучих мышей.

Начиная со второй половины XX века благодаря стремительному развитию информационных технологий стали рассматривать бионику как науку, имеющую междисциплинарный характер. В частности, она находится на стыке биологии, электроники, механики и нанотехнологий.

Бионика и изобретения

Рассматривая вопрос о том, бионика - это какая наука, следует обратить внимание на тот факт, что ее достижения воплощаются во множестве современных изобретений, о которых мало кто знает или попросту не обращает внимания. Ниже приводятся некоторые примеры:

  • Радары и сонары - эти приборы используют принцип эхолокации летучих мышей, благодаря которому животные ориентируются в пространстве с удивительной точностью.
  • Текстильная застежка или липучка (фото выше) - ее идея полностью заимствована от растений, которые доставляют неудобство, цепляясь к нашей одежде, например, репейник.
  • Костюм пловцов-профессионалов - он изготовлен из материала, поверхностная структура которого напоминает кожу дельфинов, что характеризуется низким коэффициентом трения во время движения в воде.

Бионические имплантаты

Они являются, пожалуй, самым важным достижением биоинженерии в последние десятилетия. Эти имплантаты буквально возвращают к жизни людей, которые, утратив одну или несколько конечностей, потеряли всякую надежду на ведение прежнего образа жизни.

Бионические имплантаты представляют собой механические объекты, имеющие форму руки или ноги, которые хирургическим способом приживляются к телу человека. Во время подобной операции врачи вводят в контакт нервные окончания поврежденной конечности с электродами имплантата.

Мировую славу в этом направлении получили такие фирмы как Touch Bionics и Otto Bock, которые занимаются изготовлением, как неподвижных, так и подвижных имплантатов. Серьезным недостатком их продукта является цена. Так, один имплантат в среднем оценивается в 50 000 долларов США.

Ниже приводится короткое видео, в котором показано, как атлет полностью восстановил свои способности к передвижению благодаря достижениям бионики.

Бионическое зрение, слух и сердце

Бионика - это наука, которая в первую очередь связана с медициной. Помимо названных выше имплантатов для конечностей следует отметить еще три важных современных направления развития медицины, которые немыслимы без достижений бионики:

  • Современная хирургия позволяет проводить операции, которые буквально "создают" зрение пациенту. Для этого используется бионическая сетчатка.
  • Слуховые аппараты, которые позволяют переводить звуковые сигналы в электрические импульсы, внедряются в голову человека, восстанавливают утерянный слух на 100%.
  • Электрокардиостимулятор - небольшой прибор, который внедряется в организм человека, позволяет регулировать частоту сердечных сокращений.

Бионика и киборги

Бионика - наука, изучающая взаимодействие живой и неживой материи. В этой формулировке она является частью кибернетики. Достижения последней направлены не только на восстановление утраченных человеком способностей, но и на их совершенствование, то есть на приобретение суперспособностей. Существа, состоящие из органической и неорганической материи, называют киборгами. Идея их создания возникла в первые десятилетия XX века, когда человек начал активно осваивать космическое пространство. В условиях космоса homo sapiens не может выжить, а вот для киборга это не представляет больших проблем.

Приведем пример двух личностей, которые официально признаны первыми людьми-киборгами:

  • Нил Харбиссон (фото выше) - британский музыкант испанского происхождения, который имеет внедренную в голову антенну. Она позволяет Нилу видеть и слышать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.
  • Мун Рибас - известная танцовщица, которая также родилась и выросла в Испании. Она имеет внедренный в руку чип, позволяющей ей чувствовать и определять координаты любых землетрясений на нашей планете.

www.nastroy.net

БИОНИКА – НАУКА ОТ ПРИРОДЫ

БИОНИКА – НАУКА ОТ ПРИРОДЫ

Рудаков  Н.А. 1

1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75» г.Котласа

Овсянникова  О.Г. 1

1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75» г.Котласа

Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

БИОНИКА – направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. 

Человек часто учится от природы, создавая инструменты и приборы,  которыми природа пользуется на протяжении многих лет,  оттачивая свое мастерство в процессе эволюции. Мы часто пользуемся такими инструментами как клещи, молотки, расчески, щетки и многое другое и не задумываемся,  как они появились. Первоначально этим создателем была природа. Это она  имеет множество инструментов, только они сделаны еще лучше, качественней и являются наиболее точными, чем инструменты техники. Они изготовлены не из металла, а например, из хитина, как у насекомых. Изучая науку – Бионику – возникали вопросы. А многие ли знают про эту науку? А какими приборами и инструментами созданными природой, мы  пользуемся дома? Может ли человек обойтись без этих инструментов?

Гипотеза:Мы предположили, что человек часто использует в своей повседневной жизни инструменты,  созданные природой, и не может без них обойтись.

Цель работы: Изучение инструментов находящихся в квартире средней статистической семьи.

Задачи исследования:

  1. Посмотреть на разнообразие инструментов в квартире и изучить, как природа первоначально использовала данный объект.
  2. Определить для каких целей используются инструменты и можно ли без них обойтись.
  3. Провести опрос среди обучающихся на знание науки – БИОНИКИ, объектов ее исследования и применения знаний на практике.
  4. Создание брошюры с целью ознакомления обучающихся с наукой – БИОНИКОЙ.

Объект исследования:инструменты используемые человеком.

Предмет исследования: знания о природе, используемые человеком, при создании инструментов.

Методы исследования: социологический опрос, исследованиеинструментов используемых человеком, создание брошюры.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1   Наука  - БИОНИКА – сформировалась во второй половине 20-го века. Бионика – «БИОлогия» и «техНИКА», что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня», которая принесет большую пользу человеку и природе, чем техника существующая сегодня.(интернет ресурс)

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла.

БИОНИКА – наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организма

   С развитием авиации совершенствовались и летательные аппараты. Однако, длительное время страшным бичом скоростной авиации был флаттер – внезапно возникающие на определённой скорости вибрации крыльев, которые приводили к тому, что самолёты самых прочных конструкций разваливались в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы научились бороться с этим бедствием: крылья стали делать с утолщением на конце. И уже потом нашли точно такие же хитиновые утолщения на концах крыльев бабочек.

Наблюдая за ракообразными и за тем, как они хватают клешнями, учёные придумали удобные медицинские зажимы, которыми пользуются и сейчас.

Моделирование органа медузы, улавливающего инфразвуки, позволило создать техническое устройство, предупреждающее за много часов о наступления шторма и указывающее направление, откуда он придёт.

             Обтекаемая форма акулы и её внешнее строение стало прототипом современных подводных лодок. Кальмар, забирая в себя воду, с силой её выталкивает. Это помогает ему двигаться с большой скоростью. Данный принцип человек применил для создания реактивного двигателя  [ 2 ].

Летучая мышь во время полёта ориентируется по отражению непрерывно создаваемых ею звуковых волн. Локационный аппарат мышей обладает большей точностью, чем созданные человеком радио- и гидролокаторы.

            Густав Эйфель в 1889 году построил чертёж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Херман фон Мейер исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав.

 

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объект исследования:наука - БИОНИКА.

2.1Проведение социологического опроса

Для проведения школьного социологического опроса были составлены 8 вопросов с выбором ответа (Приложение 1.).

Опрос проводился среди обучающихся с 5-го  по 9-й  класс. Всего 126 респондента. Результаты опроса таблица №1 (Приложение 2.)

             Первый вопрос раскрывал представление о самой науке – бионике. По формулировке вопроса почти все обучающиеся сориентировались верно, ответив на него – 95.5%. Хотя многие утверждали,  что не представляют, что изучает данная наука. Мы раскрыли понятие – БИОНИКА, а затем продолжили отвечать на вопросы. Хуже всех справились пятиклассники – 63.8%, а лучше всех ответили 9 –е классы – 93%. Это говорит, о большом багаже знаний полученных за 9 лет обучения в школе. Но по ответам (приложение 2. таблица №2)  можно проследить и увидеть, что для всех самый легкий вопрос был №5, почти все ответили правильно. И так же самым затруднительным вопросом оказался №8. Только 9 – ки многие смогли на него правильно ответить, так как изучили анатомию человека в полном объеме.

2.2 Изучение инструментов используемых человеком.

2.2.1 Инструмент: Комбинированные клещи(Приложение 3. табл. №1)

Природный объект: Клещи муравьиного льва – муравьиный лев питается личинками насекомых. Он разрывает воронки в песке, если в эту ловушку попадает муравей, то муравьиный лев бросает ему вслед песок, тем самым мешает выбраться обратно. При этом он использует свои клещи в качестве совка для песка. Когда он высасывает содержимое своей жертвы, он выбрасывает пустую оболочку из воронки. Клещи муравьиного льва могут сыпать песок, хватать добычу и впиваться в нее; они действуют как шприц, маленький всасывающий насос или инструмент для броска. Таким образом, они представляют вид комбинированных клещей, обладающий шестью функциями.[ 1 ]

Использование инструмента: Чаще всего при работе используют клещи, способные выполнять четыре функции. Их захватывающие концы имеют рифленые контактные поверхности и поэтому, например, могут удерживать лист жести. В выемке этих клещей имеются зубчики, которые позволяют вращать трубку. С боков изгибы инструмента пересекаются, и это делает возможным перекусывание проволоки. Так же  ими можно забивать гвозди.

 

 

Вывод:Комбинированные клещи удобны в применении, так как заменяют несколько инструментов.

2.2.2 Инструмент: Пинцет(Приложение 3. табл. №2)

Природный объект: Веретенники – крупный кулик из семейства бекасовых с очень длинным клювом и длинными ногами. Своим длинным 15-сантиметровым клювом они ощупывают землю, втыкая его в мягкую почву. При этом кончик клюва птица в нужный момент открывает и закрывает. Таким образом, ей легко хватать маленьких червяков и другую добычу.

Клюв – это комбинированный инструмент. До захвата пищи клюв сжат и служит в качестве ковыряющего и ищущего инструмента. Только глубоко в земле он открывается, словно две створки пинцета, выполняя в этом случае функцию точно работающего хватающего механизма.[ 1 ]

Использование инструмента: Острые концы пинцета легко проникают под верхний слой предметов. Сжав пальцами обе половинки пинцета, можно захватить даже самые мелкие предметы. Если отпустить их, пинцет разожмется и выпустит предмет.

Вывод: Пинцет необходим для работы с мелкими предметами, так как пальцы человека не могут производить точные манипуляции с такими предметами.

2.2.3 Инструмент: Складной нож(Приложение 2. табл. №3)

Природный объект:  Навозный жук живет в мягкой земле и навозе. Для своего продвижения он использует специальные лопатки, которые находятся на его голени. Когда они не нужны жуку, он может, поместить свою ножку в желобке голени и затем голень вложить в нишу бедра. Таким образом, его инструменты размещаются, экономя место.[ 1 ]

Использование инструмента: Складной нож  состоит из множества отдельных частей: большого и малого лезвий, ножниц , штопора, ножа для открывания бутылок, отвертки, зубочистки и т.д. все эти элементы размещены в небольшом пространстве. Такой нож можно положить в карман брюк,и не поранившись им. Таким образом, человек разработал целую систему, экономящую пространство, как это сделал маленький навозный жук со своими копающими лопатками.

Вывод:Складной нож вмещает в себя несколько разных  инструментов, при этом очень компактен и занимает мало места.

2.2.4Инструмент:Дрели(Приложение 3. табл. №4)

Природный объект:Оса рогохвоста хвойного. Яйцеклад осы рогохвоста хвойного большого, когда готовиться отложить яйца, она ползет по ветке до самого ствола дерева,

 

поворачивает к нему заднюю часть своего туловища, выпускает из него яйцеклад  и удобно устанавливает его. Насекомое «просверливает» в дереве мельчайшие дырочки примерно на глубину двух сантиметров. Если дерево хвойное, ему потребуется около 20 минут. Когда дырка готова, оса через свой длинный полый яйцеклад, подобный сверлу, помещает туда яйца.[ 1 ]

Использование инструмента:Для того чтобы высверлить дырки под дюбели, болты и винты, используют сверла, которые по виду и принципу действия похожи на яйцеклад осы рогохвоста хвойного большого. В отличии от яйцеклада осы рогохвоста хвойного большого, технические сверла выполняют только одну функцию -  они могут лишь сверлить.

Вывод:Дрель необходима и очень удобна для просверливания отверстий в различных строительных материалах ( дерево, бетон, металл).

2.2.5Инструмент:Застежка липучка(Приложение 3. табл. №5)

Природный объект:Репейник. Плоды репейника показывают, как необходимы, бывают крючки. У плодов репейника существует множество способов распространения семян  самими растениями. Его плоды, которые имеют более 200 крючков, прикрепляются к шерсти животных. Животные уносят их с собой и затем стряхивают.[ 1 ]

Использование инструмента:С их помощью можно, например, застегивать спортивные ботинки; в этом случаи шнурки уже не нужны. Кроме этого, длину можно легко регулировать -  в этом одно из его преимуществ.

Вывод:Липучка очень удобна. Экономит время для застегивания обуви и одежды т.д. Даже малыш может надеть обувь без помощи взрослого.

2.2.6Инструмент:Технические присоски(Приложение 3. табл. №6)

Природный объект:Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Также они помогают ему передвигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.[ 1 ]

Использование инструмента:Там, где есть гладкие поверхности, часто используют присоски. В быту их используют, прежде всего, на кухне и в ванной. Когда крючок с присоской прижимают к кафельной плитке ванной комнаты, создается вакуумное пространство.

Вывод:Технические присоски очень удобны в быту, без применения гвоздей и клея, могут держать различные предметы (крючки для полотенец , мыльница, коврики в ванную и т.д.).

 

2.2.7Инструмент:Батарейка(Приложение 3. табл. №7)

Природный объект:Электрический угорь может испускать электрические разряды до 700 вольт, с помощью которых он может оглушать или убивать  врагов и свою добычу. Электрический орган, который генерирует напряжение, состоит из особой мускулатуры. Напряжение, как и в батарее, создается потоком ионов и разряжается серией ударов, быстро следующих одним за другим.[ 1 ]

Использование инструмента В каждом доме есть огромное количество приборов, которые работают на батарейках (часы, карманный фонарик).

Вывод:Батарейка незаменима для многих электрических бытовых приборов, даже если отключили электричество – нас спасет батарейка!

2.2.8 Инструмент: Игла для инъекций(Приложение 3. табл. №8)

Природный объект: Оса. Осиное жало. Длина жала осы не превышает 3 мм, а толщины 0,001 мм. Если осе угрожает опасность, она применяет его для защиты. Жало с легкостью впитывается в кожу человека, превращаясь в крошечный кинжал. Одновременно оно является инъекционным шприцом.[ 1 ]

Использование инструмента:Внутривенные и внутримышечные инъекции.

Вывод:У многих в домашней аптечке хранятся инъекционные шприцы для экстренной помощи.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы  были опрошены обучающиеся на представление о науке –Бионике. Как выяснилось, многие не знают эту науку, но по подсказке в выборе ответа, могут представить, чем она занимается.

            Так же были исследованы инструменты, которые находятся в квартире и используются по назначению. Эти инструменты и приспособления создал человек, используя знания о природе.

Так в основе изобретения  комбинированных клещей лежит принцип работы клещей муравьиного льва. Этот инструмент многофункциональный, и удобен при ремонте квартиры.  Пинцет повторяет клюв веретенника, очень удобен при работе с мелкими предметами. Складной нож имитирует ножку с лопатками навозного жука – компактен и многофункционален.  Он не заменим в походе, поездке и  в хранении и переносе, соблюдается техника безопасности. Дрель,подобно яйцекладуосы рогохвоста хвойного, необходима и очень удобна для просверливания отверстий в различных строительных материалах ( дерево, бетон, металл) при строительстве и ремонте. Застежки липучки такие же липкие как плоды репейника. Очень удобны для застегивания сумок, обуви и одежды. А особенно они экономят время мам маленьких детей, ведь малышу легче справиться с липучкой на обуви, чем со шнурками. В красивом кафеле всегда жаль делать отверстие сверлом, выход из положения технические присоски. Они незаменимы в ванной, так как прочно прикрепляют крючки, мыльницы, полочки без клея и гвоздей, как присоски осьминога. Невозможно представить любую квартиру, дом без батареек, их используют в часах, телефонах, фонариках, да мало ли где! А принцип работы батарейки повторяет электрический орган электрического угря. У многих в домашней аптечке хранятся инъекционные шприцы для экстренной помощи. Не техника, а природа создает самые эффективные  и тончайшие инъекционные шприцы, как жало осы. К сожалению, техника не создала еще игл, подобных жалу, которые не гнутся и не ломаются. Если бы удалось создать такие инъекционные шприцы, то прививки, например, стали бы почти безболезненными.

             Изучив, как человек применяет свои знания о природе, создавая инструменты. И  исследуя инструменты в квартире, как их использует человек. Мы подтвердили свою гипотезу, действительно, человек  часто использует в своей повседневной жизни инструменты,  созданные природой, и не может без них обойтись.

По итогам работы была создана брошюра, которую можно использовать на уроках окружающего мира. И дать представление обучающимся о науке – БИОНИКЕ.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

  1. Воронцова З.С. Мастерская природы. – М.: «Изобразительное искусство», 1981г – 32 открытки.

 

  1. Нахтигаль В.Н. Большая серия знаний. БИОНИКА. – М.: ООО «Мир книги», 2003 г. – 128 с..

 

Интернет – сайт:

  1. Словари и энциклопедии на АКАДЕМИКЕhttps://dic.academic.ru/
  2. http://www.microarticles.ru/

3.https://www.google.ru/search?q=символ+бионики

 

Приложение 1.

Вопросы социологического опроса:

  1. Как называется наука, цель которой – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники?

а) конструирование;  б) планирование;    в) бионика +

  1. Что изучал основоположник аэродинамики Н.Е. Жуковский? На основании его исследований и появилась авиация.

а) физику;   б) кораблестроение;    в) механизм полета птиц и условия, позволяющие им свободно парить в воздухе +

  1. Более совершенным летательным аппаратом в природе обладают…

а) насекомые +;    б) рептилии;  в) листья деревьев

  1. По аналогии с принципом, лежащим в основе с эхолокации у летучих мышей, конструируются…

а) модели приборов-локаторов для слепых +;

б) радары;    в) другая техника

  1. Какие животные обладают электрической активностью?

а) рыбы +;     б) мыши;    в) кроты

  1. Применение бионики в медицине это…

а) создание медикаментов;   б) строительство медицинских учреждений;

в) создание искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека +

  1. Какое строение копируют современные многоэтажные дома, в которых проживают люди?

а) стеблей злаков +;    б) травы;      в) кустов

  1. Какой принцип стоит в основе строения Эйфелевой башни?

а) принцип строения стебля растений;

б) принцип строения человеческих костей +;

в) принцип строения скелета насекомых

 

 

Приложение 2.

 

Результаты социологического опроса

таблица №1

Вопрос

Ответ

1. Как называется наука, цель которой – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники?

а) конструирование; 

б) планирование;   

в) бионика +

5 кл. – 82%

7 кл. – 100%

8 кл. – 100%

9 кл. – 100%

Общее – 95.5%

2. Что изучал основоположник аэродинамики Н.Е. Жуковский? На основании его исследований и появилась авиация.

а) физику;  

б) кораблестроение;   

в) механизм полета птиц и условия, позволяющие им свободно парить в воздухе +

5 кл. – 68%

7 кл. – 89%

8 кл. – 92%

9 кл. – 96%

Общее – 86%

3. Более совершенным летательным аппаратом в природе обладают…

а) насекомые +;   

б) рептилии; 

в) листья деревьев

 

5 кл. – 74%

7 кл. – 89%

8 кл. – 92%

9 кл. – 100%

Общее – 88.7%

4. По аналогии с принципом, лежащим в основе с эхолокации у летучих мышей, конструируются…

а) модели приборов-локаторов для слепых +;

б) радары; 

 в) другая техника

5 кл. – 55%

7 кл. – 37%

8 кл. – 32%

9 кл. – 92%

Общее – 54%

5. Какие животные обладают электрической активностью?

а) рыбы +;   

 б) мыши;   

в) кроты

5 кл. – 95%

7 кл. – 84%

8 кл. – 100%

9 кл. – 100%

Общее – 94.7%

6. Применение бионики в медицине это…

а) создание медикаментов; 

 б) строительство медицинских учреждений;

в) создание искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека +

5 кл. – 78%

7 кл. – 79%

8 кл. – 84%

9 кл. – 92%

Общее – 83%

7. Какое строение копируют современные многоэтажные дома, в которых проживают люди?

а) стеблей злаков +;

б) травы;     

в) кустов

5 кл. – 32%

7 кл. – 89%

8 кл. – 80%

9 кл. – 92%

Общее – 73%

8. Какой принцип стоит в основе строения Эйфелевой башни?

а) принцип строения стебля растений;

б) принцип строения человеческих костей +;

в) принцип строения скелета насекомых

5 кл. – 26%

7 кл. – 26%

8 кл. – 36%

9 кл. – 72%

Общее – 40%

   

 

Сравнительная таблица результатов социологического опроса

таблица №2

5 класс

( 38 человек)

7 класс

( 35 человек)

8 класс

( 25 человек)

9 класс

( 28 человек)

1. вопрос - 82%

2. вопрос – 68%

3. вопрос – 74%

4. вопрос – 55%

5. вопрос – 95%

6. вопрос – 78%

7. вопрос – 32%

8. вопрос – 26%

Итог – 63.8%

1. вопрос - 100%

2. вопрос – 89%

3. вопрос – 89%

4. вопрос – 37%

5. вопрос – 84%

6. вопрос – 79%

7. вопрос – 89%

8. вопрос – 26%

Итог – 74%

1. вопрос - 100%

2. вопрос – 92%

3. вопрос – 92%

4. вопрос – 32%

5. вопрос – 100%

6. вопрос – 84%

7. вопрос – 80%

8. вопрос – 36%

Итог – 77%

1. вопрос - 100%

2. вопрос – 96%

3. вопрос – 100%

4. вопрос – 92%

5. вопрос – 100%

6. вопрос – 92%

7. вопрос – 92%

8. вопрос – 72%

Итог – 93%

 

Приложение 3 .

 

Фото №1.                                                      

 

.                                                       Фото№2

Фото №3

Фото №4

Фото №5

 

Фото №6

Фото №7

Фото №8

14

 

Просмотров работы: 500

school-science.ru

это что за наука? :: SYL.ru

Стремительное развитие современных технологий привело к тому, что концепции живой и мертвой ткани, органической и неорганической материи начинают смешиваться и пересекаться между собой. Ярким примером этого процесса являются результаты достижений бионики. Что это - бионика? Какую роль она начинает играть в нашем мире, ответит статья.

Что понимают под термином?

Что такое бионика? Достаточно точное определение этому слову можно дать следующее: это наука, которая ориентирована на изучение функций и приспособлений живых организмов, с целью последующего воплощения полученных знаний в создаваемые человеком объекты. Последние могут быть как техническими изобретениями, так и новыми дизайнерскими решениями в архитектуре и других видах искусств.

В свою очередь, отрасль бионики, которая занимается уже не изучением, а непосредственной реализацией идей на практике, называется бионической инженерией.

Поясним подробнее, что такое бионика. Как известно, человек, с точки зрения физических способностей, является одним из самых неприспособленных организмов на нашей планете. Так, мы не можем выжить в условиях холода без теплой одежды, а белые медведи могут; мы не способны бежать со скоростью 100 км/ч, а гепард может; мы не умеем летать как птицы и плавать как рыбы; мы не способны слышать низкую интенсивность звука, которую слышат собаки, и не видим в темноте, как это могут делать кошки. Этот список можно продолжать до бесконечности.

Вышесказанное давно было замечено людьми, и они стали наблюдать за живыми организмами, изучать их, а затем, воплощать эти знания при создании машин и прочих объектов, которые были призваны облегчить повседневную жизнь и труд человека. В этом и заключается суть бионики.

Бионика - это современная наука?

Из-за того, что само слово "бионика" стало использоваться активно лишь в XX столетии, большинство людей полагают, что это современная наука. Но это суждение является ошибочным.

Если проанализировать историю, то можно встретить множество фактов, которые говорят, что результаты бионики человечество использует с незапамятных времен. Например, в одной из древнеегипетских гробниц была найдена мумия 4000-летней давности, имеющая протез вместо руки. Далее, в III веке до нашей эры, римский генерал Марк Сергий изготовил первую железную руку, которую он использовал, чтобы держать свой щит. Классическим примером бионической инженерии являются изобретения Леонардо да Винчи, например, аэроплан, который он изготовил, наблюдая за полетом и формой крыльев летучих мышей.

Начиная со второй половины XX века благодаря стремительному развитию информационных технологий стали рассматривать бионику как науку, имеющую междисциплинарный характер. В частности, она находится на стыке биологии, электроники, механики и нанотехнологий.

Бионика и изобретения

Рассматривая вопрос о том, бионика - это какая наука, следует обратить внимание на тот факт, что ее достижения воплощаются во множестве современных изобретений, о которых мало кто знает или попросту не обращает внимания. Ниже приводятся некоторые примеры:

  • Радары и сонары - эти приборы используют принцип эхолокации летучих мышей, благодаря которому животные ориентируются в пространстве с удивительной точностью.
  • Текстильная застежка или липучка (фото выше) - ее идея полностью заимствована от растений, которые доставляют неудобство, цепляясь к нашей одежде, например, репейник.
  • Костюм пловцов-профессионалов - он изготовлен из материала, поверхностная структура которого напоминает кожу дельфинов, что характеризуется низким коэффициентом трения во время движения в воде.

Бионические имплантаты

Они являются, пожалуй, самым важным достижением биоинженерии в последние десятилетия. Эти имплантаты буквально возвращают к жизни людей, которые, утратив одну или несколько конечностей, потеряли всякую надежду на ведение прежнего образа жизни.

Бионические имплантаты представляют собой механические объекты, имеющие форму руки или ноги, которые хирургическим способом приживляются к телу человека. Во время подобной операции врачи вводят в контакт нервные окончания поврежденной конечности с электродами имплантата.

Мировую славу в этом направлении получили такие фирмы как Touch Bionics и Otto Bock, которые занимаются изготовлением, как неподвижных, так и подвижных имплантатов. Серьезным недостатком их продукта является цена. Так, один имплантат в среднем оценивается в 50 000 долларов США.

Ниже приводится короткое видео, в котором показано, как атлет полностью восстановил свои способности к передвижению благодаря достижениям бионики.

Бионическое зрение, слух и сердце

Бионика - это наука, которая в первую очередь связана с медициной. Помимо названных выше имплантатов для конечностей следует отметить еще три важных современных направления развития медицины, которые немыслимы без достижений бионики:

  • Современная хирургия позволяет проводить операции, которые буквально "создают" зрение пациенту. Для этого используется бионическая сетчатка.
  • Слуховые аппараты, которые позволяют переводить звуковые сигналы в электрические импульсы, внедряются в голову человека, восстанавливают утерянный слух на 100%.
  • Электрокардиостимулятор - небольшой прибор, который внедряется в организм человека, позволяет регулировать частоту сердечных сокращений.

Бионика и киборги

Бионика - наука, изучающая взаимодействие живой и неживой материи. В этой формулировке она является частью кибернетики. Достижения последней направлены не только на восстановление утраченных человеком способностей, но и на их совершенствование, то есть на приобретение суперспособностей. Существа, состоящие из органической и неорганической материи, называют киборгами. Идея их создания возникла в первые десятилетия XX века, когда человек начал активно осваивать космическое пространство. В условиях космоса homo sapiens не может выжить, а вот для киборга это не представляет больших проблем.

Приведем пример двух личностей, которые официально признаны первыми людьми-киборгами:

  • Нил Харбиссон (фото выше) - британский музыкант испанского происхождения, который имеет внедренную в голову антенну. Она позволяет Нилу видеть и слышать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.
  • Мун Рибас - известная танцовщица, которая также родилась и выросла в Испании. Она имеет внедренный в руку чип, позволяющей ей чувствовать и определять координаты любых землетрясений на нашей планете.

www.syl.ru

Бионика как наука | Pop Hi-Tech

Бионика это наука позволяющая создавать конструкторские и дизайнерские решения, а так же информационные технологии, используя в них идеи природы. Можно сказать, что бионика занимается копированием природных решений в работе, созданной человеком.

У бионики как науки нет конкретного дня рождения. Еще 3 тысячи лет назад китайцы пытались скопировать способ производства шелка у представителей мира насекомых. Конечно, назвать разработки древних китайцев бионикой еще нельзя. Только с появлением последних технологий удалось начать точное копирование подсмотренных у природы решений. Кстати и искусственный шелк – кевлар, ученые смогли создать относительно не давно, благодаря расшифровке и анализа генома некоторых паукообразных.

Бионика довольно широкое понятие. Оно частично захватывает генную инженерию, биологическую и медицинскую электронику, а так же дизайн. Именно, воплощение природных решений в архитектурном дизайне дало толчок развития бионики.

Знаменитая башня Густава Эйфеля, как раз является перенесенной на чертеж, а затем воплощенной в этом объекте бионикой. Французскому инженеру попалась на глаза работа Карла Кульмана, который в свою очередь опирался на изыскания швейцарского анатома Хермана фон Майера. Тот изучил головку бедренной кости и пришел к выводу, что она покрыта множеством миниатюрных косточек, которые помогают оптимально распределить вес, вследствие чего, головка может выдерживать большие нагрузки.

Эйфелева башня - воплощение бионики в архитектуреКарл Кульман через 20 лет после открытия Майера создал теоретическое обоснование его работы. Благодаря этим данным, Эйфель построил свою знаменитую башню, используя распределение нагрузки с помощью кривых суппортов.

Большим любителем переноса природных решений в дизайн был знаменитый каталонский архитектор Карло Гауди. Его причудливые и в то же время красивые работы являются символами Барселоны.

Применение природных решений в строительстве и дизайне это одна составляющая бионики. Большего интереса заслуживает та часть науки, которая относится к моделированию живых организмов. Можно сказать, что прародителем этого направления в бионике был Леонардо да Винчи. Он пытался создать летательный аппарат, наблюдая за движениями стрекозы.

Современное ПО позволяет создавать биологические модели на компьютере. Рожденная на компьютере и досконально изученная модель воплощается в форме после проведения большого количества расчетов.

Инженеры, работающие в сфере робототехники, на сегодняшний день являются главными клиентами ученых-биоников. В будущем, роботы будут выполнять большое количество работ, заменяя человека. Естественно, что они должны будут существовать в пространстве человека. Роботы помощники, например, все свое время должны будут проводить в жилище человека. А значит, передвижение по лестницам и открывание дверей не должны быть для роботов препятствием.

Вопрос передвижения и преодоления препятствий отлично решили ученые из Стендфорского Университета. Они создали робота, напоминающего таракана. Подсмотренные у природы решения были воплощены в шестиногова робота, который легко передвигается в условиях человеческого жилья, развивая при этом довольно большую скорость.

Природа, с помощью бионики, делится и с производителями различных устройств. Так в лаборатории Xerox был создан новый подающий механизм для копиров и принтеров, в технологии которого использовались данные, полученные при наблюдении за стаей термитов. Оказалось, что каждый термит по отдельности принимает свое решение, которое не основывается на решении своих собратьев, но тем не менее, стая движется всегда в одном направлении.

Еще одно направление бионики, это изучение клеток и органов человека для создания их искусственных аналогов. Человек это венец природы, и то, что происходит в нашем организме, является так же объектом изучения и воплощения в рабочих моделях. Сейчас уже не удивишь мир высоких технологий искусственным ухом или глазом. На очереди другие органы человека. Кстати, в будущем, все больше органов человека будут напечатаны на специальных принтерах. 3D принтеры цена которых снижается с каждым днем, уже не кажутся чем-то фантастическим.

Бионика это наука, которая позволяет перенести на технологические рельсы характеристики животного и растительного мира. Человек, благодаря современным технологиям, может создать аналог биологического решения за несколько лет, в то время как у самой природы на это ушли тысячелетия.

pop-hi-tech.ru