Леонардо і вінчі біоніка. Досягнення біоніки реферат з біології, твори з біологія

Біоніка(Від грец. biоn- Елемент життя, буквально - живий), наука, прикордонна між біологією і технікою, що вирішує інженерні завдання на основі моделювання структури і життєдіяльності організмів.

Зовсім недавно народилася наука біоніка (1960 р.), мета якої — допомогти людині перейняти «секрети» у живої природи. Природа створила надзвичайно досконалі живі механізми. Вчених приваблює швидкість і принцип пересування дельфінів, китів, кальмарів, павуків, кротів, кенгуру, мистецтво польоту птахів і комах, особливості органів зору мух, жаб, органів слуху медузи, «секрети» ехолокаторів кажанів, термолокаторів гримучих змій і т.д. і т.п.

Біоніка знайшла застосування у таких сферах діяльності як літако- та кораблебудування, космонавтика, машинобудування, архітектура, навігаційне приладобудування, гірнича справа та ін.

Біоніка у будівництві та промисловості

Розглянемо деякі конкретні досягнення біоніки, які вже реалізовані в практичних цілях.

Пінгвіни пересуваються, ковзаючи снігом, відштовхуючись ластами. Снігохідна машина була розроблена за таким же принципому Горьківському політехнічному інституті. Лежачи на снігу широким днищем вона не утворює колію, не буксує і не вязне.

Суднобудівники в усьому світі давно вже звернули увагу на грушеподібну форму голови кита, більш пристосовану до переміщення у воді, ніж ножі носи сучасних суден. Порівняно зі звичайними суднами китоподібний пароплав виявився економічнішим.

Конусоподібні форми зустрічаються в конструкціях крон і стовбурів дерев, грибів. Саме таку форму мають вугледобувні комбайни. Це оптимальна форма для опору вітровим навантаженням та дії сили тяжіння. Архітектори нерідко використовують конусоподібні конструкції (Останкінська телевежа.)

Споруди, створені природою, набагато досконаліші за те, що поки що вміє робити людина.

Багатий і різноманітний світ тварин, що мешкають під землею. Дощові черв'яки, кроти мають дивовижні пристрої, за допомогою яких вони прокладають підземні ходи.

Вони представляють великий інтерес при створенні підземних агрегатів, що риють. Розроблено, наприклад, оригінальну модель, яка, рухаючись під землею подібно до крота, пробиває тунель з гладкими щільними стінками.

Біоніка взяла від земноводних принцип будови задньої кінцівки. Втіливши це у такому предметі, як ласти.

Це лише невеликий ряд прикладів того, як людина застосовує біологічні моделі. Але тварини мають і багато інших властивостей, які використовуються, або можуть бути використані людиною: ультразвукове бачення кажанів, ехолокація дельфінів (на відстані 20-30 м дельфін безпомилково вказує місце, де впала дробинка діаметром 4 мм).

Реферат з біології

Підготувала Совалкіна Марія Валеріївна, учениця 102 класу

МОУ Гімназія №19

Вступ

Біологія - це наука про життя, живу природу, одна з природничих наук, предметом якої є живі істоти та їх взаємодія з навколишнім середовищем.

Біологія вивчає всі аспекти життя, зокрема, структуру,

функціонування, зростання, походження, еволюцію та розподіл живих організмів на Землі. Класифікує та описує живі істоти, походження їх видів, взаємодію між собою та з навколишнім середовищем.

Значення біології для людини величезне. Загальнобіологічні закономірності використовуються при вирішенні найрізноманітніших питань у багатьох галузях народного господарства. Завдяки знанню законів спадковості та мінливості, досягнуто великих успіхів у сільському господарстві при створенні нових високопродуктивних порід домашніх тварин та сортів культурних рослин. Вчені вивели сотні сортів зернових, бобових, олійних та інших культур, що відрізняються від своїх попередників вищою продуктивністю та іншими корисними якостями. На основі цих знань проводиться селекція мікроорганізмів, які продукують антибіотики.

Нині значення біології постійно зростає. Пізнання законів життя важливе для сільського господарства та космосу, медицини та екології. Невипадково деякі вчені стверджують, що ХХІ століття – століття біології, що призведе людство до управління основними законами життя.

Надалі практичне значення біології ще більше зросте. Це з швидкими темпами зростання населення планети, і навіть з постійно зростаючою чисельністю міського населення, безпосередньо що у сільськогосподарському виробництві. У такій ситуації основою збільшення харчових ресурсів може лише інтенсифікація сільського господарства. Важливу роль цьому процесі гратиме виведення нових високопродуктивних форм мікроорганізмів, рослин тварин, раціональне, науково обгрунтоване використання природних багатств.

У різних галузях біології дедалі більше зростає значення прикордонних дисциплін, пов'язують біологію коїться з іншими науками - фізикою, хімією, математикою, кібернетикою тощо. Так виникли біофізика, біохімія і така продуктивна наука як біоніка.

Введення у біоніку

Всім відомо, що виникнення життя та функціонування живих організмів обумовлені природними законами. Пізнання цих законів дозволяє не лише скласти точну картину світу, а й використовувати їх для практичних цілей. Жива природа з давніх-давен служила людині джерелом натхнення в її прагненні до наукового і технічного прогресу. Почавши з вивчення зовнішнього, спостерігається боку творінь природи, з копіювання того, що було доступне безпосередньо спогляданню, людина надалі стала вникати в сутність речей і процесів навколишнього світу, навчився розкривати їх глибокі взаємозв'язки, пізнавати закони природи і, спираючись на здобуті знання, перейшов до перетворення пізнаних речей та процесів відповідно до запитів практики.

У науці склався новий напрямок – біоніка, завданням якої є використання результатів вивчення конструкцій та процесів у біологічних об'єктах для вдосконалення існуючих та створення нових, більш досконалих приладів, пристроїв та машин.

Назва біоніки походить від давньогрецького слова «біон» – «осередок життя». Вивчає біоніка біологічні системи та процеси з метою застосування отриманих знань для вирішення інженерних завдань. Іншими словами, біоніка допомагає людині створювати оригінальні технічні системи та технологічні процеси на основі ідей, знайдених та запозичених у природи.

На відміну від багатьох інших наукових дисциплін, час зародження яких встановити важко, а часом і не можливо, датою появи на світ біоніки офіційно прийнято вважати 13 вересня 1960 - день відкриття в Дайтоні американського національного симпозіуму на тему «Живі прототипи - ключ до нової техніки ».

Біоніка - наука міждисциплінарна. Вона сформувалася з урахуванням природничих і численних інженерно-технічних наук. По суті вона синтезує накопичені знання в біології та радіотехніці, хімії та кібернетиці, фізики та психології тощо. біоніка поєднує різнорідні знання відповідно до єдності живої природи.

Біоніка має символ: схрещені скальпель, паяльник і знак інтеграла. Цей союз біології, техніки та математики дозволяє сподіватися, що наука біоніка проникне туди, куди ще не проникав ніхто, і побачить те, чого не бачив ще ніхто.

Біоніка як наука

Предмет біоніки – вивчення принципів побудови та функціонування живих організмів з метою застосування цих принципів у техніці, для докорінного вдосконалення існуючих та створення принципово нових машин, приладів, механізмів, будівельних конструкцій та технологічних процесів.

Основний метод біонічних досліджень, побудови біонічних систем – моделювання.

У різноманітній тематиці бионических досліджень, що ведуться нині, найбільш чітко вимальувалися п'ять напрямків:

Нейробіоніка

Моделювання аналізаторних систем

Орієнтація та навігація

Біомеханіка

Біоенергетика

Біоархітектура

Розповімо про них по порядку.

Нейробіоніка – один із напрямків біоніки, що спеціалізується на дослідженні способів перетворення інформації в біологічних системах. Широкі можливості у моделюванні нервових процесів проявляються у моделюванні нервових мереж, що призвело до побудови ряду спеціальних біонічних пристроїв, що дозволяють успішно вирішувати безліч завдань, пов'язаних із передачею та обробкою інформації. Прикладом таких пристроїв є перцептрони – самоорганізуючі системи, що навчаються, виконують логічні функції розпізнавання та класифікації образів.

Моделювання аналізаторних систем - один із напрямків біоніки, що спеціалізується на моделюванні органів сприйняття. Наприклад, біонічне пристрій – «візіолог», давно розроблений американськими вченими, може виконувати деякі функції людського ока: сприймати зображення, проводити вимірювання та переробляти інформацію.

Орієнтація та навігація - один із напрямків біоніки, що спеціалізується на моделюванні органів сприйняття, на вивченні конструктивних особливостей створених природою слухових аналізаторів.

Вже давно було розроблено електронну модель, яка відтворює частотні характеристики людського вуха, тощо.

Біомеханіка - один із напрямків біоніки, що спеціалізується на дослідженні морфологічних особливостей живих організмів. Так, на основі аналізу способу пересування пінгвіна конструктор А.Ф. Миколаїв створив оригінальну снігохідну машину "Пінгвін", що розвиває швидкість до 30 км на годину. Також біг кенгуру підказав ідею «стрибає машини». Розроблено велику кількість маніпуляторів, які тією чи іншою мірою повторюють елементи конструкції людських кінцівок.

Біоенергетика - один із напрямків біоніки, що спеціалізується на дослідженні біоенергетики живих організмів. Зокрема, велика увага приділяється вивченню та моделюванню роботи м'яза. Заснована на безпосередньому перетворенні хімічної енергії на механічну.

Біоархітекрура - один із напрямків біоніки, що спеціалізується на дослідженні органічних конструктивних систем. Яскравий приклад архітектурно-будівельної біоніки – повна аналогія будови стебел злаків та сучасних висотних споруд.

Біоніка зараз. Перспективи розвитку цієї науки.

В останнє десятиліття біоніка отримала сильний імпульс новому розвитку, оскільки сучасні технології дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точністю. У той же час сучасна біоніка багато в чому пов'язана не з ажурними конструкціями минулого, а з розробкою нових матеріалів, що копіюють природні аналоги, робототехнікою та штучними органами.

Концепція біоніки аж ніяк не нова. Наприклад, ще 3000 років тому китайці намагалися запозичити у комах спосіб виготовлення шовку. Але наприкінці ХХ століття біоніка набула другого дихання, сучасні технології дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точністю. Так, кілька років тому вчені змогли проаналізувати ДНК павуків та створити штучний аналог шовкоподібної павутини – кевлар. У цьому оглядовому матеріалі перераховано кілька перспективних напрямів сучасної біоніки та наведено найвідоміші випадки запозичень у природи.

В даний час вчені намагаються конструювати системи хоча б з мінімальною пристосовністю до навколишнього середовища. Наприклад, сучасні автомобілі обладнані численними сенсорами, які вимірюють навантаження на окремі вузли та можуть, наприклад, автоматично змінити тиск у шинах. Однак розробники та наука тільки на початку цього довгого шляху.

Перспективи інтелектуальних систем зачаровують. Ідеальна інтелектуальна система зможе самостійно вдосконалювати власний дизайн і змінювати свою форму найрізноманітнішими способами, наприклад, додаючи відсутній матеріал у певні частини конструкції, змінюючи хімічний склад окремих вузлів тощо. Але чи вистачить у людей спостережливості та розуму, щоб навчитися у природи?

Сучасна біоніка багато в чому пов'язана із розробкою нових матеріалів, що копіюють природні. Інші розробники концентруються вивчення природних організмів.

Природа відкриває перед інженерами та вченими нескінченні можливості щодо запозичення технологій та ідей. Раніше люди були не здатні побачити те, що знаходиться у них буквально перед носом, але сучасні технічні засоби та комп'ютерне моделювання допомагає хоч трохи розібратися в тому, як влаштований світ довкола себе, і спробувати скопіювати з нього деякі деталі для власних потреб.

Біоніка, своєю чергою, грає велику роль життя людини. Це одна з найшвидших наук нашого часу, потужний прискорювач науково-технічної революції. Вона обіцяє нечуваний розквіт продуктивних сил людства, новий зліт науки та техніки.

Список літератури

"На шляху до біоніки". І.Б. Літинецький.

"Основи біології" С.Г. Мамонтів.

«Значення біоніки» Л.Б. Ладозька.

Кажуть, що раз на століття на Землі народжується геній. Таким генієм був
Леонардо Да Вінчі. Видатний художник, скульптор, математик, інженер та
анатом Леонардо да Вінчі прагнув знайти істину, пізнати та описати її.
«У наставниці собі я взяв природу – вчительку всіх учителів»
Чому цей великий учений у вчителя собі взяв природу?
Життя у найпримітивнішій формі виникло на Землі близько 2 млрд. років
назад. Мільйони століть тривав нещадний природний відбір, внаслідок чого
якого вижили найсильніші та найдосконаліші. Запозичити найкраще у
природи, щоб розширити можливості людини першим і запропонував Леонардо
да Вінчі. У 1485 році він створив механічний літальний апарат.
орнітоптель, принцип роботи якого він скопіював у птахів. І хоч тоді
людині не вдалося навчитися літати, але це започаткувало нову науку –
біоніки. Біоніка – це симбіоз біології та техніки.
Якщо історію Землі – 4,5 млрд. років – уявити як один день, то
вийде, що людина розумна з'явилася на планеті менше хвилини тому.
Минули буквально частки секунди, а він уже уявив себе творцем і вже може
створювати не гірше за природу. Донедавна, винаходячи нове, людина не
здогадувався, що вже існує. Треба тільки побачити та застосувати. 99%
наукових відкриттів людина підглянула біля природи. Все, що нас оточує, має
свій природний аналог.
Бі ніка
оо
(від др.греч. βίον - живе) -
прикладна наука про
застосування в технічних пристроях та системах принципів організації,

властивостей, функцій та структур живої природи. Простіше кажучи, біоніка – це
поєднання біології та техніки. Дата народження біоніки: 13 вересня 1960
року. Біоніка має символ: схрещені скальпель, паяльник і знак інтеграла.
Цей союз біології, техніки та математики дозволяє сподіватися, що наука
біоніка проникне туди, куди ще не проникав ніхто, і побачить те, чого не бачив
ще ніхто.
1.
Біологія та техніка.

Людина завжди мріяла підкорити небо. Але воно було доступне тільки
птахів. І саме птахи подарували людям ідею польоту. Мрії про польоти та їх
реальне втілення – це різні речі. І не дивлячись на сміливі ідеї, такі
як у Леонардо да Вінчі, людство ще довгі століття залишалося б прикуто
до землі. Вивчення птахів, будови їхніх крил та хвоста призвело до того, що
людина винайшов літак.
Компанія MercedesBenz розробила біонічне транспортне.
засіб, скопійований з тропічної рибикування. Незважаючи на свою
валізу форму, машина має вкрай низький опір повітря.
Будова ока людини започаткувала фотооб'єктив, будова
суцвіття соняшнику – сонячним батареям. Вичісуючи суцвіття реп'яха і
вовни совей собаки після прогулянки, знаменитий дизайнер винайшов застібки
липучки. Комахи підказали вченим ідею про гелікоптери. Риби наштовхнули на
створення підводних човнів.
2.
Біоніка в архітектурі та дизайні.
Ми стикаємося щодня з біонічними винаходами навіть не
підозрюючи про це. Найчастіше принципи, прийняті у природи, зустрічаються в
архітектури.
Наприклад, у конструкції знаменитої Ейфелевої вежі лежить будова
стегнової кістки людини. На головці кістки є безліч опорних точок,
завдяки їм навантаження на суглоб розподіляється рівномірно. Це дозволяє
зігнутої стегнової кістки витримувати велику вагу тіла. Такі самі опорні
точки можна знайти і в основі Ейфелевої вежі. Її конструкція вважається
архітектурним зразком стійкості.
Природний аналог є і в іншої вежі – Останкінської. Прототипом
Останкинської вежі є стебло пшениці. Його здатність не ламатися
під вагою суцвіття і лягли в основу вежі.
Архітектори все частіше звертаються до принципів функціонування живих
організмів. Щоб зрозуміти, як це працює, конструктору доводиться вивчати

біологію. Природними зразками архітектурних конструкцій стають
риби, птахи, рослини та навіть людське тіло.
3.
Біологія та робототехніка
Людство завжди хотітиме мати залізного, надійного помічника,
якому можна довірити, те, що зробити не може. Моя майбутня
професія пов'язана із машинобудуванням. Машинобудівна галузь є

практичне
найбільш
застосування промислові роботи отримали завдяки американським
роботизованої.
Вперше

інженерам Д. Деволу та Д. Енгельбергу наприкінці 50х початку 60х років ХХ століття.
Їх використовують для виконання різних технологічних процесів з метою
підвищення ефективності діяльності підприємства
У конструкції промисловий робот може містити один або декілька
маніпуляторів, при цьому сам маніпулятор може мати різну
вантажопідйомністю, точністю позиціонування, ступенем свободи. При
створення промислового робота активно використовують біонічні моделі.
Маніпулятор промислового робота виконує основні види робіт. Він
влаштований за принципом кінцівок членистоногих: складається з певного
кількості рухомих з'єднаних один з одним осей. Чим більше осей, тим більше
Найбільш універсальна конструкція у робота. Розташування та гнучкість з'єднання
осей робота були ретельно зроблені за людським зразком (з'єднання
суглобів). Регулювання осей маніпулятора відбувається за допомогою датчиків.
Вони аналогічні органам почуттів і реагують світ, становище у просторі.
Природа зберігає ще безліч загадок, гармонія її творінь завжди
дивувала і дивуватиме світ людини. Але ось питання: «Чи встигнемо ми
скористатися «патентами живої природи», що залишилися? Враховуючи темпи, з
якими рослини та тварини зникають з лику землі, а статистика невблаганна
констатує: щорічно – один вид тварин та щодня – один вид рослин, −
Поставлене питання звучить дуже тривожно. Проблема біоніки тут щільно
переплітається із екологічною проблемою. У зв'язку з цим збереження рідкісних та

зникаючих видів тварин і рослин, підтримка навколишнього середовища в
умовах, сприятливих для життя всього живого на Землі, − насущна
проблема, та запорука подальшого розвитку та вдосконалення техніки,
містобудування, архітектури, кібернетики тощо. Технологія повинна
наближатися до «рецептів природи» та безпосередньо використовувати
біологічні методи, адже вони, як правило, дуже економічні, найбільш
ефективні та безвідходні.

1. Біоніка як наука – історія розвитку, визначення, сутність
2. Аналоги природних форм у медицині
3. Принципи біоніки на службі у медицини
Висновок
Список літератури

1. Біоніка як наука – історія розвитку, визначення, сутність

Формальною датою народження однієї з нових наук, що виникла у сучасному нам ХХ ст., біоніки, прийнято вважати 13 вересня 1960 р. – день відкриття першого американського національного симпозіуму на тему «Живі прототипи штучних систем – ключ до нової техніки». Однак, само собою зрозуміло, що проведення такого симпозіуму стало можливим тільки тому, що на той час було накопичено велику кількість даних про принципи організації та функціонування живих систем, а також з'явилися можливості практичного використання знань для вирішення низки актуальних завдань техніки.
Назва « біоніка» походить від давньогрецького кореня «bion» - елемент життя, осередок життя або, точніше, елементи біологічної системи.
Відразу виникли емблема і девіз, що несуть у собі символічне зображення наукової суті біоніки, - синтезувати накопичені у різних науках знання. Притаманний ХХ ст. Інтенсивний процес роз'єднання, дроблення наукових дисциплін, крайній ступінь конкретизації цілей та завдань окремих наук призвели до виникнення понад півтори тисячі галузей знань. Протягом досить тривалого часу така диференціація знань сприяла успішному розвитку більшості галузей науки і техніки, але в даний час вузька спеціалізація вчених ускладнює пізнання, і виникає потреба в інтеграції результатів наукових досліджень на основі єдиних, всеосяжних принципів.
Першою спробою нового об'єднанню стала кібернетика, основним інтеграційним принципом якої стала загальність методів управління живим і неживим та його зв'язку.
Біонікабагато в чому є логічним продовженням кібернетики, але вона усуває протиріччя, що стали результатом спеціалізації наук та їх роз'єднання, і інтегрує різнорідні відомості відповідно до єдності живої природи, або біологічного принципу. Тому емблемою біоніки є скальпель і паяльник, з'єднані знаком інтеграла, а девізом – «Живі прототипи – ключ до нової техніки».
Єдиної думки про зміст біоніки – чи не найпопулярнішої з молодих наук, що виникли у ХХ ст., – досі немає. Багато фахівців вважають біоніку новою гілкою кібернетики, інші відносять її до біологічних наук, але, зважаючи на все, найбільш праві ті, хто виділяє біоніку в самостійну науку.
Звертаючись до усталеного визначення, можна сказати, що біоніка- це наука, що займається вивченням принципів побудови та функціонування біологічних систем та їх елементів та застосуванням отриманих знань для докорінного удосконалення існуючих та створення принципово нових машин, приладів, апаратів, будівельних конструкцій та технологічних процесів. Біоніку можна назвати наукою про побудову технічних пристроїв, характеристики яких максимально наближені до характеристик живих систем.
Як і більшість наук, структура біоніки неоднорідна. В даний час прийнято виділяти три методологічні напрямки біоніки: біологічний, математичний (теоретичний) та технічний.
Біологічна біонікабазується на різних розділах біології та медицини, використовує їх досягнення для виявлення певних принципів живої природи, які можуть бути покладені в основу вирішення тих чи інших проблем інженерного плану.
Змістом теоретичної біоніки є розробка математичного апарату біологічного моделювання, і навіть математичних моделей явищ і процесів, які у живих організмах, живих системах і навіть у суспільствах організмів.
Сферою діяльності технічної біоніки є реалізація математичних моделей або інших сторін діяльності живих організмів, часто отриманих у ході досліджень біологічної та теоретичної біоніки, з метою удосконалення існуючих та створення абсолютно нових технічних засобів та систем, що перевершують за своїми технічними характеристиками вже створені раніше та діючі за біологічним. принципом.
У процесі тривалої еволюції природа створила на Землі безліч живих організмів, багато з яких по праву можуть бути віднесені до «живих інженерних систем», що функціонують дуже точно, науково і економічно, що відрізняється вражаючою точністю, доцільністю, здатністю реагувати на найтонші зміни численних зовнішніх факторів. середовища, запам'ятовувати та враховувати ці зміни, відповідати на них різноманітними пристосувальними реакціями.
Розглянемо застосування методів та рішень біоніки в медицині - тієї галузі біологічних наук, з якою кожна людина неодноразово стикається за своє життя.
Багато «винаходів» природи ще в давнину допомагали вирішувати ряд технічних завдань. Так, наприклад, проводячи очні хірургічні операції, арабські лікарі вже багато сотень років тому отримали уявлення про заломлення світлових променів під час переходу з одного прозорого середовища до іншого. Вивчення кришталика ока наштовхнуло лікарів давнини на думку про використання лінз, виготовлених з кришталю чи скла, для збільшення зображення, а потім і для корекції зору.
Коли в одному зі своїх мандрівок Джеральд Дарелл був змушений погодитися на парі, сенсом якого було назвати чотири видатні винаходи і довести, що закладений у них принцип використовували тварини до того, як до цього дійшла людина, одним з винаходів було названо використання осами анестезії. При «заготівлі» дорожніми осами корму для майбутніх личинок вони застосовують методи, які будь-який лікар може назвати методами провідникової анестезії - укус із упорскуванням нейроплегічної (нервнопаралітичної) речовини в область великих нервових стовбурів повністю паралізує, але не умертвляє павука, який нерухомо лежить в осі аж до появи з кладки личинок, котрим і заготовлювалася ця їжа.

2. Аналоги природних форм у медицині

Багато медичних інструментів мають прообраз серед представників живого світу. Голка-скарифікатор, що служить для забору периферичної крові (наприклад, з метою виконання загального аналізу крові, що неодноразово призначається кожному з нас лікарями всіх профілів), сконструйована за принципом, що повністю повторює будову зуба-різця кажана, укус якого, з одного боку, відрізняється безболісністю, а з іншого - завжди супроводжується досить сильною кровотечею.
Звичний всім поршневий шприц багато в чому імітує кровососний апарат комах - комара та блохи, з укусом яких гарантовано знайома кожна людина. Застосовувана під час хірургічної операції голка, що використовується для накладання швів на внутрішні органи та тканини людини, за кілька століть не змінила своєї первісної форми - форми реберних кісток великих риб, а скальпель досі повторює форму очеретяного аркуша з його природною ріжучою кромкою.
Але це лише найпростіші приклади, які дійшли до нас буквально з глибини століть, а сучасний розвиток біоніки стосується багатьох високорозвинених медичних технологій. Типовим прикладом є сучасна технологія реконструкції та нарощування зубної емалі, що є одним із «китів» нинішньої стоматології та технологія нарощування нігтів і волосся, що застосовується в косметології. Основою цих технологій є принцип побудови морських губок, і навіть техніка будови гнізд стрижів-саланганів. Обидва ці будівельні принципи засновані на хіміотвердіючої та світлотвердіючої методиках.

3. Принципи біоніки на службі у медицини

Не менш актуальним досягненням біоніки у медицині є використання біострумів. Коли наприкінці XVIII ст. італійський фізіолог Луїджі Гальвані як побічний результат дослідів з анатомування жаб відкрив біоструми, що виникають у м'язах при русі, майбутнє застосування біострумів представлялося крані обмеженим. Проте результати сучасних досліджень стверджують прямо протилежне. Мозок, командуючи рухами руки, продовжує посилати до м'язів руки біоструми – слабкий електричний сигнал – і тоді, коли нижній сегмент руки ампутований. Зрозуміло, руху в цьому випадку немає, тому що імпульси, потрапляючи в нервове закінчення усіченого м'яза кукси, дають лише відчуття тих чи інших рухів, а матеріальний субстрат рухів (м'язи) відсутній.
Перша модель штучної руки, керованої біопотенціалом, була виготовлена в 1957 р. Вона мала електромагнітний привід і дуже громіздку систему посилення і перетворення біоелектричних сигналів, що знімаються з якого-небудь м'яза. Перша штучна рука сприймала лише загальні сигнали типу «стиснути пальці», «розтиснути пальці» і найпростіше чергування цих команд, без сприйняття сигналів регулюючого типу, які повідомляють, з якою силою має здійснюватися рух. Спроба привітатися з людиною, яка має таку «залізну руку», неминуче закінчувалася б травмою.
Удосконалення протезів, керованих біострумами, йшло воістину «семимільними кроками», і вже влітку 1960 р. учасники I Міжнародного конгресу Федерації з автоматичного управління, що проходив у Москві, побачили, як хлопчик, який має кисті руки, взяв штучної рукою шматочок крейди і написав на дошці ясно та чітко: «Привіт учасникам конгресу». Пензлем протезу, який чітко стискався і розтискався, керували біоструми. Було досягнуто чіткості рухів, достатньої для адекватного функціонування протезу, і наступною метою вчених було становлення зворотного зв'язку, можливості відчувати протез.
Трохи пізніше, на конференції з біоніки, що проходила в Баку, було продемонстровано макет руки з чутливими до тиску датчиками, укріпленими на кінчиках пальців, створеними з гуми або тонкого дроту. Під впливом тиску на датчики сигнали від них змінюють частоту вібрацій зумера, який укріплений на руці поблизу нерва, що йде в мозок. В даний час найбільш перспективними є датчики з використанням кістково-вібраційних і електрокісткових подразнень, проте для уточнення параметрів сигналів, а також конструкції елементів, що впливають, необхідно ще значний час, заповнений експериментами та науково-дослідною роботою.
Іншим аспектом застосування біострумів в медицині є їх використання в лікуванні парезів і паралічів, корекції ряду патологічних станів при вагітності, а можливо, і для полегшення стану хворих на поліомієліт і дитячий церебральний параліч, скільки адекватного лікування яких в даний час не існує.
Проведення найширших і найскладніших операцій на серці та головному мозку стало можливим завдяки введенню в медичну практику методу керованої гіпотермії (тобто усвідомленого переохолодження тіла, що оперується для уповільнення обмінних процесів у тканинах та органах). Але мало хто знає, що саме гіпотермія є основою анабіозу та паробіозу – стану глибокої сплячки – багатьох комах та деяких дрібних гризунів у несприятливий зимовий час. У цих тварин гіпотермія також спрямована на уповільнення обмінних процесів в органах та тканинах, що обумовлює менше, ніж в активному стані споживання енергетичних субстратів.
Метод пересування деяких найпростіших став прообразом для створення автоматичного шлунково-кишкового зонда, що є найцікавішою і перспективною перспективою інструментальних досліджень у гастроскопії.
Повертаючись до протезування кінцівок, слід зазначити, що ще один сучасний тип протезів, що застосовуються в основному для протезування нижніх кінцівок, а точніше - протези на силіконовій основі, також містить в основі своєї природний принцип - принцип гідравлічної будови ходильних ніжок павука, рухи яких засновані на переході стану біологічного колоїду на кшталт «гель-золь».
Певною мірою досягнення біоніки в галузі медицини засновані на будові самої людини. Так, перфузійні плівки, що накладаються на великі опікові поверхні і службовці для попередження ранової інфекції, практично повністю імітують будову поверхневих шарів неушкодженої людської шкіри, що має бактерицидні властивості і напівпроникність.
Досягнення біоніки багато в чому подають надії деякого поліпшення стану чи практично повної компенсації якості життя хворих, становище яких раніше розцінювалося як безнадійне.
Одним із перших кроків на цьому шляху є створення апаратів, здатних чути. Втрата слуху є суттєвою та небезпечною для людини і призводить до повної або практично повної інвалідизації. Ця проблема залишається однією з украй складних і практично нерозв'язних проблем медицини.
Порівняно недавно багато глухих людей отримали реальну можливість чути за допомогою апарату, створеного на основі новітнього відкриття вчених-фізіологів: низькочастотні коливання, що сприймаються людським вухом, можуть сприйматися живим нервом зуба і передаватися в мозок. Радіоінженери створили так званий «радіозуб» - систему, за допомогою якої люди, які раніше не чули, можуть чути. Для встановлення такого приладу необхідна наявність єдиного живого зубного нерва, а повна відсутність живих зубних нервів не характерна навіть для тотально ураженої ротової порожнини.
Конструкцію апарата можна описати приблизно так: мініатюрний мікрофон, який можна носити на руці як годинник, пов'язаний з таким же мініатюрним передавачем, що перетворює звук на радіосигнали, які вловлює приймач, вмонтований в зуб. Приймач є тонким шаром напівпровідникового сплаву, накладеного на вільні нервові закінчення, що знаходяться в зубному каналі. Цей напівпровідниковий сплав утворює п'єзоелектричний елемент, зверху покритий шаром золота чи срібла, який є антеною. На вигляд така конструкція практично нічим не відрізняється від звичних в сучасній ортопедичній стоматології металізованих пломб і коронок.
Сигнал радіопередавача, прийнятий такою антеною, потрапляє у п'єзоелемент; у п'єзоелементі виникають коливання, які порушуючи вільні нервові закінчення в зубі, передаються у вигляді нервових імпульсів у кіркові та підкіркові слухові центри головного мозку. Таким чином людина, яка до цього моменту жила у світі без звуків, починає чути. Звичайно, в реальному житті для людини, з таким апаратом, залишається значна кількість обмежень, наприклад у використанні мобільних телефонів, а також при роботі з так званими генераторами шуму, але що означають ці обмеження в порівнянні з повною глухотою, що не дає людині повної соціальної реабілітації .
Останнім часом у низці країн набули широкого поширення дослідження так званого квазіслухового пізнання, що мають на меті створення пристроїв, що моделюють слуховий апарат. Деякі пристрої, що відтворюють функції органів слуху, вже створені та випробувані. Так, у лейденському університеті у зв'язку з дослідженнями механізму сприйняття звуків людиною розроблено електронну модель вуха (у вигляді системи фільтрів), яка відтворює частотні характеристики вуха. Моделювання дозволило уточнити модель слуху і зокрема поєднати такі явища, як сприйняття тембру та звуків у їхній динаміці.
Модель американських учених У. Колдуэлла, Еге. Гленера, Дж. Стюарта варта аналізу залежності інтенсивності звучання різних частот у вимовляються людиною звуках від часу з виявлення ознак, якими людина впізнає звуки, фонеми і слова, вимовляються різними людьми. Ці дослідження можуть бути як медичних цілей у плані створення досконаліших слухових апаратів, так вдосконалення комп'ютерної техніки.

Висновок

Таким чином, вже з декількох прикладів можна зробити висновок про значну роль біоніки в сучасному науковому світі, причому не просто як абстрактної науки, не позбавленої невеликого прикладного значення, а як базисної основи сучасної техніки та технологій. Природа відточувала свою інженерну майстерність незліченну кількість років, що пояснює детальну, навіть мініатюрну відточеність функцій і форм природних об'єктів. Людина володіє інженерною майстерністю порівняно недавно, отже, її звернення до природних об'єктів принципово вірне і обіцяє в майбутньому багато цікавого і несподіваного, а отже, зумовлює розвиток однієї з нових наук - біоніки.

Список літератури

1. Березін Ф. Б. Психологічна та психофізична адаптація людини. Л.: Наука, 1988.
2. Джеральд Дарелі. По всьому світу. Зелена серія. М: Армадо-прес, 2001.
3. Вінчиков А. І. Біотоки. М: Медиз, 1962.
4. Матюхін В. А., Розумов А. Н. Екологічна фізіологія людини та відновна медицина. М: ГОЕТАР «Медицина», 1999.
5. Пуговкіна Н. А. Загальна біологія. М: «освіта», 1990.
6. Історія медицини: Збірник нарисів. Вид-во Волгоград. мед. акад., 1994.
7. Дивовижне у світі тварин / за ред. Константинова А. С., Ларіна Н. І. Вид-во Сарат. держ. ун-ту, 1970.

Гасло біоніки: "Природа знає краще". Що це за наука така? Вже сама назва і такий девіз дають нам зрозуміти, що біоніка пов'язана із природою. Багато хто з нас щодня стикається з елементами та результатами діяльності науки біоніки, навіть не підозрюючи про це.

Ви чули про таку науку, як біоніка?

Біологія – популярне знання, з яким нас знайомлять ще у школі. Чомусь багато хто вважає, що біоніка - один із підрозділів біології. Насправді, це твердження не зовсім точне. Справді, у вузькому значенні слова біоніка - це наука, що вивчає живі організми. Але найчастіше ми звикли асоціювати із цим вченням щось інше. Прикладна біоніка - наука, яка поєднує у собі біологію та техніку.

Предмет та об'єкт біонічних досліджень

Що вивчає біоніка? Щоб відповісти на це питання, слід розглянути структурний поділ самого вчення.

Біологічна біонікадосліджує природу такою, якою вона є, без спроби втручання. Об'єктом вивчення є процеси, що відбуваються всередині біологічних систем.

Теоретична біоніказаймається вивченням тих принципів, які були помічені в природі, і на їх основі створює теоретичну модель, яка надалі застосовується в технологіях.

Практична (технічна) біоніка- це застосування теоретичних моделей практично. Так би мовити, практичне впровадження природи у технічний світ.

Звідки все починалося?

Батьком біоніки називають великого Леонардо да Вінчі. У записах цього генія можна знайти перші спроби технічного втілення природних механізмів. Креслення да Вінчі ілюструють його прагнення створити літальний апарат, здатний рухати крилами, як у польоті птиці. Свого часу такі ідеї були надто зухвалими, щоб стати затребуваними. Вони змусили звернути на себе увагу значно пізніше.

Першим, хто став застосовувати принципи біоніки в архітектурі, був Антоні Гауді-і-Курнет. Його ім'я міцно надруковано в історії цієї науки. Архітектурні споруди за проектами великого Гауді вражали в момент їх спорудження, і таке ж захоплення вони викликають багато років у сучасних спостерігачів.

Наступним, хто підтримав ідею симбіозу природи та технологій, став під його керівництвом почалося широке застосування біонічних принципів у проектуванні будівель.

Твердження біоніки як самостійної науки відбулося лише у 1960 році на науковому симпозіумі в Дайтоні.

Розвиток комп'ютерної техніки та математичного моделювання дозволяють сучасним архітекторам набагато швидше та з більшою точністю втілювати в архітектурі та інших галузях підказки природи.

Природні прототипи технічних винаходів

Найпростішим прикладом прояву науки біоніки є винахід шарнірів. Усім знайоме кріплення, що базується на принципі обертання однієї частини конструкції навколо іншої. Такий принцип використовують морські черепашки, щоб керувати двома своїми стулками і по необхідності відкривати їх або закривати. Тихоокеанські серцевидки-велетні досягають розмірів 15-20 см. Шарнірний принцип у поєднанні їх черепашок добре проглядається неозброєним поглядом. Дрібні представники цього виду застосовують такий самий спосіб фіксації стулок.

У побуті ми часто використовуємо різноманітні пінцети. Природним аналогом такого приладу стає гострий і кліщеподібний дзьоб веретенника. Ці птахи застосовують тонкий дзьоб, встромляючи його в м'який ґрунт і дістаючи звідти дрібних жуків, черв'яків та інше.

Багато сучасних приладів та пристрої оснащені присосками. Наприклад, їх використовують для удосконалення конструкцій ніжок різних кухонних пристроїв, щоб уникнути їх ковзання під час роботи. Також присосками оснащують спеціальне взуття мийників вікон висотних будівель для забезпечення їхньої безпечної фіксації. Цей нехитрий пристрій теж запозичений у природи. Квакша, маючи на ногах присоски, надзвичайно спритно тримається на гладкому і слизькому листі рослин, а восьминогу вони необхідні для тісного контакту зі своїми жертвами.

Можна знайти безліч таких прикладів. Біоніка - це саме та наука, яка допомагає людині запозичувати у природи технічні рішення своїх винаходів.

Хто перший – природа чи люди?

Іноді трапляється, що той чи інший винахід людства вже давно «запатентований» природою. Тобто винахідники, створюючи щось, не копіюють, а вигадують самі технологію чи принцип роботи, а потім виявляється, що у природній природі це вже давно існує, і можна було просто підглянути та запозичити.

Так сталося із звичайною липучою застібкою, яка використовується людиною для застібання одягу. Було доведено, що для зчеплення тонких борідок між собою теж застосовуються гачки, подібно до тих, які є на застібці-липучці.

У будові фабричних труб спостерігається аналогія з порожнистими стеблами злаків. Поздовжня арматура, що використовується в трубах, подібна до склеренхімних тяжів в стеблі. Сталеві кільця твердості - міжвузля. Тонка шкірка із зовнішнього боку стебла - це аналог спіральної арматури у будові труб. Незважаючи на колосальну схожість структури, вчені самостійно винайшли саме такий метод будівництва фабричних труб, а вже пізніше побачили тотожність такої будови з природними елементами.

Біоніка та медицина

Застосування біоніки в медицині дає можливість урятувати життя багатьом пацієнтам. Не припиняючись, ведуться роботи зі створення штучних органів, здатних функціонувати у симбіозі з організмом людини.

Першим пощастило випробувати данця Денніса Аабо. Він втратив половину руки, але зараз має можливість сприймати предмети на дотик за допомогою медиків. Його протез підключений до нервових закінчень потерпілої кінцівки. Сенсори штучних пальців здатні збирати інформацію про дотик до предметів і передавати їх у мозок. Конструкція зараз ще не доопрацьована, вона дуже громіздка, що ускладнює її використання в побуті, але вже зараз можна назвати таку технологію справжнім відкриттям.

Всі дослідження в даному напрямку повністю ґрунтуються на копіюванні природних процесів та механізмів та їх технічному виконанні. Це і є медична біоніка. Відгуки вчених свідчать, що незабаром їх праці дадуть можливість змінювати живі органи людини, що зносилися, і замість них використовувати механічні прототипи. Це справді стане найбільшим проривом у медицині.

Біоніка в архітектурі

Архітектурно-будівельна біоніка – особлива галузь біонічної науки, завданням якої стає органічне возз'єднання архітектури та природи. Останнім часом все частіше під час проектування сучасних конструкцій звертаються до біонічним принципам, запозиченим у живих організмів.

Сьогодні архітектурна біоніка стала окремим архітектурним стилем. Народжувалась вона із простого копіювання форм, а зараз завданням цієї науки стало запозичити принципи, організаційні особливості та технічно їх втілити.

Іноді такий архітектурний стиль називають екостилем. Все тому, що основні правила біоніки – це:

пошук оптимальних рішень;
принцип економії матеріалів;
принцип максимальної екологічності;
принцип економії енергії

Як бачите, біоніка в архітектурі - це не лише вражаючі форми, а й прогресивні технології, що дозволяють створювати споруду, що відповідає сучасним вимогам.

Характеристики архітектурних біонічних будов

Спираючись на колишній досвід в архітектурі та будівництві, можна сказати, що всі споруди людини неміцні та недовговічні, якщо вони не використовують закони природи. Біонічні будівлі, крім дивовижних форм і сміливих архітектурних рішень, мають стійкість, здатність витримувати несприятливі природні явища і катаклізми.

В екстер'єрі будівель, збудованих у цьому стилі, можуть проглядатися елементи рельєфів, форм, контурів, вміло скопійовані інженерами-проектувальниками з живих, природних об'єктів та віртуозно втілені архітекторами-будівельниками.

Якщо раптом при спогляданні архітектурного об'єкта здасться, що ви дивитеся на витвір мистецтва, з великою ймовірністю перед вами будова в стилі біоніка. Приклади таких конструкцій можна побачити практично у всіх столицях країн та великих технологічно розвинених містах світу.

Конструкція нового тисячоліття

Ще в 90-х роках іспанською командою архітекторів було створено проект будівлі, що ґрунтується на абсолютно новій концепції. Це 300-поверхова будова, висота якої перевищуватиме 1200 м. Задумано, що пересування по цій вежі відбуватиметься за допомогою чотирьох сотень вертикальних та горизонтальних ліфтів, швидкість яких – 15 м/с. Країною, яка погодилася спонсорувати цей проект, виявився Китай. Для будівництва було обрано найбільш густонаселене місто - Шанхай. Втілення проекту дозволить вирішити демографічну проблему регіону.

Вежа матиме повністю біонічну структуру. Архітектори вважають, що тільки це зможе забезпечити міцність та довговічність конструкції. Прототипом будови є дерево кипарис. Архітектурна композиція матиме не лише циліндричну форму, схожу на стовбур дерева, а й «коріння» – новий вид біонічного фундаменту.

Зовнішнє покриття будівлі - це пластичний та повітропроникний матеріал, що імітує кору дерева. Система кондиціювання цього вертикального міста буде аналогом теплорегулюючої функції шкіри.

За прогнозами вчених та архітекторів, така будівля не залишиться єдиною у своєму роді. Після успішного втілення кількість біонічних будов в архітектурі планети лише збільшуватиметься.

Біонічні будинки навколо нас

У яких відомих творах було використано науку біоніка? Приклади таких споруд неважко знайти. Взяти хоча б процес створення Ейфелевої вежі. Довгий час ходили чутки, що цей 300-метровий символ Франції збудовано за кресленнями невідомого арабського інженера. Пізніше була виявлена повна її аналогія з будовою великої гомілкової кістки людини.

Крім вежі Ейфеля у всьому світі можна знайти безліч прикладів біонічних споруд:

зводилася за аналогією з квіткою лотоса.
Пекінський національний оперний театр – імітація водяної краплі.
Плавальний комплекс у Пекіні. Зовні повторює кристалічну структуру ґрат води. Дивовижне дизайнерське рішення поєднує й корисну можливість конструкції акумулювати енергію сонця та надалі використовувати її для живлення всіх електроприладів, що працюють у будівлі.
Хмарочос "Аква" зовні схожий на потік падаючої води. Знаходиться у Чикаго.
Будинок засновника архітектурної біоніки Антоніо Гауді – це одна з перших біонічних споруд. До сьогоднішнього дня він зберіг свою естетичну цінність і залишається одним із найпопулярніших туристичних об'єктів у Барселоні.

Знання, необхідні кожному

Підбиваючи підсумки, можна сміливо заявити: все, що вивчає біоніка, актуально і необхідне розвитку сучасного суспільства. Кожен має ознайомитись із науковими принципами біоніки. Без цієї науки неможливо уявити технічний прогрес у багатьох сферах діяльності. Біоніка – це наше майбутнє у повній гармонії із природою.