Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Биология / Презентации / Статья и презентация "Актуальные вопросы бионики"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Биология

Статья и презентация "Актуальные вопросы бионики"

Выбранный для просмотра документ #U0430#U043a#U0442#U0443#U0430#U043b#U044c#U043d#U044b#U0435 #U0432#U043e#U043f#U0440#U043e#U0441#U044b #U0431#U0438#U043e#U043d#U0438#U043a#U0438.docx

библиотека
материалов

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОНИКИ

Краткая аннотация. Работа посвящена изучению достижений нового направления взаимодействия биологических и технических дисциплин, получившего название бионика. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена тем, что в настоящее время достижения бионики все больше применяются в самых различных отраслях деятельности человека. В работе показана роль непосредственной связи современной науки и техники с биологией. Особое внимание уделяется перспективам развития бионики в ближайшие десятилетия. Материалы статьи могут быть использованы при изучении темы «Бионика» во время аудиторной и самостоятельной работы студентов по биологии.

Ключевые слова: бионика, бионическая модель, архитектурно-строительная бионика, нейробионика.

Бурный рост технической мысли, начавшийся с середины XX столетия, развитие биологии и вторжение в неё таких точных наук как физика, химия, математика и особенно кибернетика, перебросившая мост от биологии к технике, - всё это привело к взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие нового направления, получившего название бионика.

Био́ника (от др.-греч. βίον — живущее) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники. [4]

Исследования по вопросам бионики показывают, что любая техническая проблема, которая встает перед инженерами или дизайнерами, была уже давно успешно решена в живой природе, поэтому бионика является многообещающим научно-техническим направлением по заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских и дизайнерских решений.

Цель исследования: прогнозирование основных направлений развития бионики в ближайшие десятилетия.

Задачи исследования:

- познакомиться с историей становления и достижениями основных разделов бионики

- изучить проблематику основных направлений работ по бионике.

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.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами

В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки. [2]

Различают биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах; теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов и составляет компьютерную программу-бионическую модель, и техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач. [4]hello_html_m452c2300.gif

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

Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:

-исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей (например, архитектурно-строительная бионика)

-изучение нервной системы и органов чувств человека и животных для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых датчиков и систем обнаружения (нейробионика);

-изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; [5]

Рассмотрим примеры достижений бионики по направлениям.

Ярким примером архитектурно-строительной бионики является полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений.

Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости.

На основе изучения структуры костей родился принцип дырчатых конструкций, автором которого является инженер Ле Реколе. Этот принцип используют инженеры при строительстве мостов. [1]

Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к её шерсти постоянно прилипают колючки. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды.

В теле глубоководных губок обнаружили оптоволокно. Материал из скелета этих губок может пропускать цифровой сигнал.

Зубы змеи послужили прототипом игл для подкожных инъекций.

Паучья нить – самое прочное натуральное волокно. Паутина обладает такими свойствами, как упругость (способна растягиваться до 40% от исходной длины) и прочность - она в несколько раз прочнее стали.

Один из видов водяных жуков, прихватив воздушный пузырь, опускается с ним под воду. Пузырь служит в качестве легкого. Он принимает от жука углекислый газ, выпускает его в воду, а из нее набирает растворенный в воде кислород. Считается, что акваланг изобрели Жан-Жак Кусто и Эмиль Ганьян в 1943 г. Они позаимствовали идею акваланга у замечательного насекомого.

Мех белых медведей обладает односторонней проводимостью, он "впитывает" ультрафиолетовый солнечный свет и не выпускает наружу инфракрасное излучение, то есть тепло медвежьего тела. Английские ученые предложили покрыть подобным мехом солнечные панели для лучшей утилизации энергии, а также сконструировать оптическое волокно для пропускания ультрафиолетовых волн, как это делают ворсинки медвежьего меха.

Для эффективного торможения на дорогах вспомнили о строении кошачьих лап, и инженерам удалось решить эту проблему, внеся изменения в конструкцию шин и форму профиля. [3]

Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакций на окружающую среду и у животных, и у растений. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Лягушка видит насекомых, когда они пролетают перед её глазами по определенной траектории. В мозг лягушки от глаз поступает сигнал “вижу пищу!” Сигналы от двух групп нервных клеток: информация о форме насекомого, и о том, насколько четко выглядит это насекомое. Такая раздельная передача увиденного в мозг лягушки помогает ей быть «снайпером». Этот принцип “раздельного видения” применен в электронных машинах, предназначенных для чтения рукописных текстов. Один узел электронного мозга машины следит за формой знаков, а другой - за контрастностью.          

Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике - это разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека; создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме "человек-машина". [6]

Давно известно, что птицы, рыбы, насекомые очень чутко и безошибочно реагируют на изменения погоды. Низкий полет ласточек предвещает грозу. По скоплению медуз у берега рыбаки узнают, что можно отправляться на промысел, море будет спокойным. Изучив медузу, удалось создать копию "барометра" и сконструировать систему, обладающую высокой чувствительностью. Прибор предсказывает шторм за 20 часов до начала.

"Животные-биосиноптики" от природы наделены уникальными сверхчувствительными "приборами". Задача бионики — не только найти эти механизмы, но и понять их действие и воссоздать его в электронных схемах, приборах, конструкциях.

Муха одновременно видит не одно, а много изображений какого-либо предмета. Когда этот предмет движется, то он как бы переходит от одного изображения в другое. А это дает возможность с большой точностью определять скорость движения тела. После того, как принцип устройства глаз мухи был изучен, инженеры создали новый прибор - “глаз мухи”, предназначенный для определения скорости летящих самолетов.

Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что у них есть две системы ориентации — дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя — по запаху (химизм прибрежных вод).

Бионики многих стран работают над механизмом ориентации животных, раскрытие которого даст возможность человеку создать в технике принципиально новые навигационные системы. [3]

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. А сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. И бионика здесь занимает особое положение.

А во-вторых, в живой природе поддерживается постоянство форм и структур биологических систем. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Их функционирование, как правило, периодично. Эта разница между природными и техническими системами очень существенна с инженерной точки зрения.

Работа на стыке наук и, особенно в непосредственной связи с биологией - столбовая дорога развития всех разделов современной науки, техники и практического производства.

Исходя из вышеизложенного сформулируем основные направления развития бионики в ближайшие десятилетия:

1. Совершенствуясь и эволюционируя в течение миллионов лет, живые организмы научились жить, передвигаться и размножаться с использованием минимального количества энергии. Заимствуя у природы инженерные решения, можно существенно повысить энергоэффективность современных технологий.

2. Природные материалы сверхдешевы и распространены в огромном количестве, а их «качество» значительно лучше тех, что сделаны человеком. Так, материал оленьего рога значительно крепче самых лучших образцов керамического композита, которые удается разработать людям. Для их получения природа использует натуральные вещества (углеводы, аминокислоты) с применением эффективных органических катализаторов. Изучив способы синтеза качественных природных материалов в живой природе целесообразно использовать их для создания новых качественных искусственных материалов.

3. Форма биологического объекта (например, взрослого дерева) обычно создается в результате длительного адаптивного процесса, с учетом многолетнего воздействия как дружественных (например, поддержка со стороны других деревьев в лесу), так и агрессивных факторов. Процессы роста и развития включают интерактивное регулирование на клеточном уровне. Нашей промышленности пока недоступны технологии создания интеллектуальных систем, которые взаимодействуют с окружающей средой и могут приспосабливаться, изменяя свои свойства. Разработчики и наука только в начале этого длинного пути.

4. Использование нанобиологических процессоров в медицине позволит существенно улучшить диагностику и лечение многих заболеваний.

Хватит ли у людей наблюдательности и ума, чтобы научиться у природы? Готовы ли правовые институты общества к расширению возможностей человека? Ответы на эти вопросы мы ожидаем узнать уже в нашем, ХХI столетии.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Архитектурная бионика Ю.С.Лебедев, В.И.Рабинович, Е.Д.Положай и др.; Под редакцией Ю. С. Лебедева. -М.: Стройиздат, 1990. -269 с.

  2. Крайзмер Л.П., Сочивко В.П., Бионика, 2 изд., М., 1968

  3. Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967

  4. ru.wikipedia.org/wiki/

  5. www.biomolecula.ru

  6. www.nanonewsnet.ru









Выбранный для просмотра документ #U0430#U043a#U0442#U0443#U0430#U043b#U044c#U043d#U044b#U0435 #U0432#U043e#U043f#U0440#U043e#U0441#U044b #U0431#U0438#U043e#U043d#U0438#U043a#U0438.pptx

библиотека
материалов
Актуальные вопросы бионики
Что общего между цветком белого лотоса и краской, котами и автомобилями, паук...
«Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в...
Биологическая бионика изучает процессы, происходящие в биологических система...
Архитектурно-строительная бионика стволовая архитектура бедренная кость принц...
Застежки прототип игл для оптоволокно «молния» «липучка» подкожных инъекций...
Лотосовый эффект использовали при создании краски «Лотосан» Идею акваланга п...
Нейробионика Гиротрон создан Прибор «глаз мухи» по принципу позволяет определ...
 Средства обнаружения, навигации и ориентации.
Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает...
Основными направлениями развития бионики в ближайшие десятилетия могут быть:...
11 1

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Актуальные вопросы бионики
Описание слайда:

Актуальные вопросы бионики

№ слайда 2 Что общего между цветком белого лотоса и краской, котами и автомобилями, паук
Описание слайда:

Что общего между цветком белого лотоса и краской, котами и автомобилями, пауками и сталью? «БИОлогия» и «техНИКА» БИОНИКА— прикладная наука о применении в технических устройствах и системах структур и свойств  живой природы.

№ слайда 3 «Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в
Описание слайда:

«Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями…» Леонардо да Винчи ОРНИТОПТЕР В 1960 году в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

№ слайда 4 Биологическая бионика изучает процессы, происходящие в биологических система
Описание слайда:

Биологическая бионика изучает процессы, происходящие в биологических системах. Теоретическая бионика составляет компьютерную программу - бионическую модель. Техническая бионика применяет бионические модели для решения инженерных задач. У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла.

№ слайда 5 Архитектурно-строительная бионика стволовая архитектура бедренная кость принц
Описание слайда:

Архитектурно-строительная бионика стволовая архитектура бедренная кость принцип дырчатых конструкций

№ слайда 6 Застежки прототип игл для оптоволокно «молния» «липучка» подкожных инъекций
Описание слайда:

Застежки прототип игл для оптоволокно «молния» «липучка» подкожных инъекций в теле губок Присоски были изобретены паучья нить при изучении осьминогов прочнее стали

№ слайда 7 Лотосовый эффект использовали при создании краски «Лотосан» Идею акваланга п
Описание слайда:

Лотосовый эффект использовали при создании краски «Лотосан» Идею акваланга позаимствовали Утолщения на концах крыльев насекомых у паука-серебрянки используют в самолетостроении Кошачьи лапы в конструкции шин

№ слайда 8 Нейробионика Гиротрон создан Прибор «глаз мухи» по принципу позволяет определ
Описание слайда:

Нейробионика Гиротрон создан Прибор «глаз мухи» по принципу позволяет определять скорость жужжальцев мухи летящих самолетов

№ слайда 9  Средства обнаружения, навигации и ориентации.
Описание слайда:

Средства обнаружения, навигации и ориентации.

№ слайда 10 Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает
Описание слайда:

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Чтобы воплотить принцип работы живой системы в виде технической, необходимо использовать знания всех естественно-математических наук в комплексе. В живых организмах все процессы находятся в непрерывном динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия и функционируют, как правило, периодично.

№ слайда 11 Основными направлениями развития бионики в ближайшие десятилетия могут быть:
Описание слайда:

Основными направлениями развития бионики в ближайшие десятилетия могут быть: 1. Заимствуя у природы инженерные решения, можно существенно повысить энергоэффективность современных технологий. 2. Изучив способы синтеза качественных природных материалов целесообразно использовать их для создания новых качественных искусственных материалов. 3. Создавать интеллектуальные системы, которые взаимодействуют с окружающей средой и могут приспосабливаться, изменяя свои свойства. 4. Использовать нанобиологические процессоры в медицине, что позволит существенно улучшить диагностику и лечение многих заболеваний.

Автор
Дата добавления 24.04.2016
Раздел Биология
Подраздел Презентации
Просмотров585
Номер материала ДБ-051032
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх