Использование в технике принципов движения живых существ Дедкова Ольга, Поляков Руслан 11 класс.

Что такое бионика?

Бионика (от греч. βίον элемент жизни, буквально живущий) 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. Пример технической бионики. Построение подводной лодки по прототипу рыбы.

Бионика - наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Бионическое моделирование отличается от моделирования, которое осуществляется в других науках. Как правило, модели бионики - несравненно более сложные динамические структуры. Их создание требует не только проведения специальных уточняющих исследований на живом организме, но и разработки специальных методов и средств для реализации и исследования столь сложных моделей. Формальным годом рождения бионики принято считать 1960 г. Учёные – бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике». Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Леонардо да Винчи

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Создание модели в бионике - это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели. М ногие 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. Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение.

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".. Анализ и синтез устройств, которые обеспечивают решение основных задач обработки информации, - общая цель всех четырёх названных направлений. Именно проблемы, связанные с созданием разнообразной информационной техники, привлекают главное внимание бионики. БИОНИКА - ТЕХНИКА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Пример применения бионики для человека.

Изучение сложной навигационной системы рыб и птиц, преодолевающих тысячи километров во время миграций и безошибочно возвращающихся к своим местам для нереста, зимовки, выведения птенцов, способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Например, термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры в 0,0010 C; электрический орган рыб (скатов, электрических угрей) воспринимает потенциалы в 0,01 микровольта, глаза многих ночных животных реагируют на единичные кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м3 (=1мкг/л).

Изучение гидродинамических особенностей строения китов и дельфинов помогло создать особую обшивку подводной части кораблей, которая обеспечивает повышение скорости на 20–25% при той же мощности двигателя. Называется эта обшивка ламинфло и, аналогично коже дельфина, не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что устраняет турбулентные завихрения. Такой же пример можно привести из истории авиации.. После многочисленных аварий конструкторы крылья стали делать с утолщением на конце. Через некоторое время аналогичные утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекозы.. Новые принципы полета, бесколесного движения, построения подшипников и т. д. разрабатываются на основе изучения полета птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов.

ПРИМЕН ЕН ИЕ БИОНИКИ В ТЕХНИКЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шарниры Самое простое в природе и технике сочленение шарнирное. Оно позволяет вращаться одной части вокруг другой и при этом не сдвигаться с места. Тихоокеанские сердцевидки-великаны, для того чтобы сложить две свои створки, ракушки используют шарниры. Величина тихоокеанских сердцевидок-великанов достигает почти 15 сантиметров, и поэтому их сочленение хорошо видно невооруженным глазом. У меньших по размерам сердцевидок наших побережий оно точно такое же. Это шарнирное соединение состоит только из двух частей, которые очень прочно смыкаются друг с другом, выполняя свою задачу наилучшим образом.. К омпактный вид шарнира был со временем разработан и в технике. Вспомним защелкивающуюся крышку, например крышку шампуня, для шарнира которой необходимы только две части. Они изготавливаются с помощью литья под высоким давлением.

Технические шарниры Технические шарниры можно приобрести на любом строительном рынке. Их применяют, например, для того, чтобы прикрепить крышку к ящику. При этом крышка легко открывается и закрывается. Шарнирами снабжено большинство очечников. Их крышка плотно соединяется с нижней частью и не может соскочить, поэтому, когда такой футляр кладут в карман, очки не выпадают. Технические шарниры обычно состоят из двух частей, которые соединяются друг с другом с помощью стержня. При этом возможно единственное движение вращение двух половинок вокруг соединительного стержня: сложить разложить.

Экскаваторы Для того чтобы схватить предмет или просверлить дырку, в природе и в технике используются одинаковые методы. Ловчие птицы. Раньше орлов и их родственников относили к группе хищных птиц, сегодня их называют ловчими. Чтобы удержать добычу, они цепко обхватывают свою жертву и впиваются в нее острыми когтями. Из таких объятий вырваться невозможно. Беркут охотится на мелких млекопитающих и птиц. Своими сильными и цепкими когтями он, например, намертво впивается в шкуру молодых сурков. Скопа и орлан-белохвост питаются чаще всего рыбой, которую можно поймать на поверхности воды. Их удлиненные лапы с очень острыми загнутыми когтями и грубой жесткой чешуйчатой внутренней стороной позволяют им впиваться в скользкую, готовую в любой момент ускользнуть рыбу так, что та уже не может вырваться.

Присоски Осьминог. Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз. На щупальце осьминога хорошо видны присоски, расположенные плотными рядами.

Коврик с присосками заимствование у природы Технические присоски. Если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нем. Присоска слегка закруглена и расправляется при соприкосновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум, и присоска прикрепляется к стеклу. Квакши обыкновенные хорошо удерживаются на листьях и деревьях с помощью присосок, находящихся на концах их лапок.

Движение с помощью колебаний Чтобы подводные лодки могли двигаться, они снабжены вращающимся корабельным винтом. Он создает силу тяги и приводит лодку в движение. В природе также есть подобные приспособления: лапки, плавники и крылья. При движении вперед, тунец машет своим хвостовым плавником слева направо. У дельфинов и китов, напротив, плавник движется вверх и вниз. При этом техника плавания существенно не меняется в основе ее лежит колебание. Лодка с «плавниками». В то время как техника использует принцип вращения, природа использует принцип колебания. Можно ли колебание применять в технике?

Инженеры рассчитали, что тяга при колебании плавников эффективнее, чем тяга судового винта, и при этом затрачивается меньше энергии. С конца хвоста начала xx столетия появилось множество патентов, в которых делались попытки приводить в действие лодки и даже субмарины с помощью колебаний. Но только недавно удалось создать настоящие подводные «лодки-рыбы», хотя и небольшого размера. Они приводятся в действие колеблющимся плавником, который похож на плавник тунца.

Пинцеты Техника использует специальные инструменты: клещи и пинцеты. Природа же работает с многочисленными «комбинированными приборами». Веретенники. Своим длинным 15-сантиметровым клювом веретенник ощупывает 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. Природа создала инструмент, который способен решить большое количество задач.

Пинцет. Человек изобрел инструмент, который выполняет те же функции, что и клюв веретенника. Это пинцет. Его острые концы 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. Преимущество инструмента, обе половинки которого движутся навстречу друг другу, состоит в том, что захватить предмет довольно легко. Тоже самое мы наблюдаем, когда работаем ножницами. Если удерживать одну их половину и двигать только другой, можно быстро заметить, насколько труднее режется бумага.

Спасибо за просмотр! Основные ссылки, используемые в презентации. BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0 BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0 %D0%B3%D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0% 91%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0 %B0/ %D0%B3%D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0% 91%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0 %B0/