Раздел 7. Бионика
Тема 7.1. Бионика
Основные понятия и термины по
теме: бионика, нейробионика,
биологическая, техническая, теоретическая бионика.
План изучения темы
1. Понятие Бионика
2. Основные направления работ
3. Моделирование живых организмов
Краткое изложение темы:
1. Бионика —
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.
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.
Бионика тесно связана
с биологией, физикой, химией, кибернетикой и
инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским
делом и другими. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных
задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный
аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.
2. Основные направления работ по
бионике охватывают следующие проблемы:
- 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);
- исследование органов чувств и
других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков
и систем обнаружения;
- изучение принципов ориентации,
локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в
технике;
-исследование морфологических,
физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения
новых технических и научных идей.
3. Создание модели в бионике — это половина дела. Для
решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия
интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее
заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза,
обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие
бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою
жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней
составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой
компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и
устранить конструктивные недостатки.
Сегодня бионика имеет несколько
направлений.
1) Архитектурно-строительная
бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб,
занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии
материала, энергии и обеспечения надежности.
2) Нейробионика изучает работу
мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных,
внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. В
архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным
технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных
строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых
конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки,
например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся
жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация
поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть
использована и для покрытия автомобилей.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какое значение имеет изучение
особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно-технического
прогресса?
2. Что такое бионика и почему
возникло это научное направление?
3. Приведите примеры «изобретений»
природы, которые еще в глубокой древности помогали решать ряд технических
задач.
4. Какие биологические рецепторные
и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей?
Приведите примеры.
5. Приведите примеры
компенсаторных механизмов и способностей к адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой
надежности, биологических систем.
6. Какие природные конструкции и
формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре?
Приведите примеры.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.