Бионика презентация к уроку

БИОНИКА

Изучение и наблюдение природы породило науку.

Цицерон

• Приспособленность – это совокупность тех особенностей строения, физиологии и поведения, которые обеспечивают для данного вида возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.
• Адапта́ция (лат. adapto «приспособляю») — приспособление строения и функций организма, его органов и клеток к условиям внешней среды.

Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями… Леонардо да Винчи

Леонардо да Винчи родился в середине XV века. Он являлся ярким примером «универсального человека». За свою жизнь он преуспел в живописи, скульптуре, музыке, математике, анатомии, естествознании, технике и архитектуре. Он был автором многих изобретений и проектов.

Архитектурная бионика

решает различные архитектурные проблемы с помощью патентов живой природы

разрабатывает искусственные системы, способные к самоорганизации

Нейробионика

изучает процессы, происходящие в биологических системах

строит математические модели этих процессов

применяет модели теоретической бионики для решения инженерных задач

Биологическая бионика

Теоретическая бионика

Техническая бионика

Задача бионики - изучение функционирования надежных свойств живых организмов и использование этих принципов в технике

Архитектурная бионика

• В природе часто встречаются конструкции из повторяющихся структур. Примером могут служить пчелиные соты, початок кукурузы, они являются самыми экономичными с точки зрения расходования строительного материала. Кроме того, подобные конструкции являются весьма устойчивыми. Принцип устройства таких конструкций используется человеком при строительстве многоэтажных домов, при сооружении плотин.

• Трубчатые кости человека и животных, стебель-соломина у злаковых растений обладают большим запасом прочности. Это свойство используется строителями при создании тонкостенных железобетонных конструкций, арматуры в блоках и перекрытиях.

Повторяемость однотипных структурных элементов в природе – закономерное явление. Естественный отбор сохраняет структуры, наиболее совершенные в функциональном отношении и экономные по затрате материала. Сотовый поликарбонат, сотовые панели

– современные

материалы,

используемые

для строительства

Техническая бионика

• Чешуеногий моллюск

У крохотного чешуеногого моллюска, чешуйки расположены таким образом, что позволяют выдерживать удары колоссальной силы. Если ученые сумеют изучить этот принцип, то удастся создать сверхпрочную и в тоже время сверхлегкую одежду. Такая одежда необходима космонавтам, военным и др.

Одна из важных задач бионики - изучение функционирования надежных свойств живых организмов и использование этих принципов в технике.

• Современные подводные лодки и подводные части судов имеют форму тела китов и дельфинов. Изучение гидродинамических свойств рыб, китов и дельфинов позволило увеличить скорость движения судов и торпед на 20-25%. У китов и дельфинов, помимо хорошо работающей мускулатуры хвоста и спины, специфичное строение кожи, которое помогает им достигать большой скорости в воде –до 55км/час. Их кожа обладает гидрофобными, антитурбулентными и демпферными (гасящими) свойствами. Благодаря этому несмачиваемая кожа уменьшает вихревые потоки, которые возникают вокруг движущегося в воде тела, и снижает трение. Все эти качества достигаются благодаря тому, что эпидермис кожи имеет два слоя: наружный, более тонкий, и внутренний, шиповидный или ростковый, в который входят зубцы дермы.

На основании исследования полета птиц (Н.Е. Жуковский) появилась авиация.

• Чтобы в полете насекомых не возникали вредные колебания, на концах крыльев имеются хитиновые утолщения. Авиаконструкторы применяют подобные приспособления для крыльев самолетов для устранения вибрации машины.

Самолёт

Изменение геометрии крыла «Белый лебедь»

Для достижения высокой скорости крылья откинуты назад

………… Наш родной российский «Белый лебедь». Так прозвали бомбардировщик стратегического назначения Ту-160 пилоты России. Ту-160 бомбардировщик уникальный, без аналогов в мире. Хотя он был разработан в 1980 году он и по сей день самый крупный, самый мощный и самый тяжелый боевой самолет в мире. В основные характеристики самолета легли: большая дальность полета на высоких скоростях (3500 км/ч), высокая дальность полета на больших высотах при дозвуковой скорости, крейсерский дозвуковой полет и преодоление ПВО на сверхзвуке, высокая боевая нагрузка (45 тонн).

Для полета на невысокой скорости низко над землей крылья выпущены вперед

Реактивное движение в природе и в освоения космоса

Кальмар достигли высшего

совершенства в реактивной

навигации . Для быстрого

броска он использует

реактивный

двигатель.

Реактивный двигатель –

это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении.

Реактивное движение природы на службе освоения космоса ?

Идея К.Э.Циолковского использования ракет для космических полётов была осуществлена советскими учёными под руководством академика Сергея Павловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г. В основе движения ракеты лежит закон сохранения импульса. Если в некоторый момент времени от ракеты будет отброшено какое-либо тело, то она приобретет такой же импульс, но направленный в противоположную сторону

Реактивный двигатель – это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении.

Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет).Кальмар для быстрого броска он использует реактивный двигатель.

• С помощью «ультразвукового» видения летучие мыши способны обнаружить в темноте натянутую проволоку диаметром 0,05 мм, уловить эхо в 2 тыс. раз слабее посылаемого сигнала, на фоне множества звуковых помех выделить нужный звук

• Инфразвуковые колебания, возникающие в штормовом районе за сотни километров от местонахождения медуз, чутко улавливаются их органами равновесия. Медузы не очень хорошие пловцы. Почуяв приближение шторма, они стараются загодя, с большим запасом времени, уйти подальше от прибрежных вод, чтобы не погибнуть в прибойной зоне. Изучив принцип действия "инфрауха" медузы, сотрудники кафедры биофизики МГУ им. М. В. Ломоносова Б. Иванов, Л. Воробьев, Г. Новинский создали электронный аппарат - автоматический предсказатель бурь.

• Живые организмы в ходе эволюции научились жить с использованием минимального количества энергии. Это основано на уникальном метаболизме животных

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

• 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
• Акваланг - его изобрели Жан-Жак Кусто и Эмиль Ганьян в 1943 г. Они позаимствовали идею акваланга у замечательного насекомого.

https://interneturok.ru/lesson/biology/11-klass/vzaimodeystvie-cheloveka-i-prirody/bionika

Примеры использования принципов работы и устройства биологических объектов в бионике

1. Застёжка - молния.

• В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже "запатентовано" природой. 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.

2. Китоподобное судно

• Японские инженеры и биологи установили в результате многочисленных экспериментов, что форма тела кита совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское китоподобное судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъемность остались теми же.

3. Снегоход «Пингвин»

• Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности снега и «Пингвин» механический.

4.«Бионический автомобиль Mercedes»,

В Штутгарте создали новый экспериментальный «бионический автомобиль Mercedes», который в точности похож на рыбу!

Работу над проектом мерседесовцы начали с того, что запустили в аквариум тропическую рыбу-кузовок (boxfish). Изучив ее вдоль и поперек, инженеры сделали точную модель рыбки и отправили на продувку в аэродинамическую трубу.

Инженеры также обратили внимание на рыбью чешую — шестиугольные чешуйки образуют прочную поверхность при минимальном весе. Если подобную технологию применить, например, при формовке внешних дверных панелей, то их жесткость увеличится на 40%. А если чешуйчатым сделать весь кузов, то он станет на треть легче традиционного, не потеряв при этом в прочности!

5. Грейферный экскаватор

• Лапы ловчих птиц

Бионика делает упор на человекоподобных роботов

• Как известно, самые преданные адепты бионики — это инженеры, которые  конструируют роботов. Сегодня среди разработчиков очень популярна такая точка зрения, что в будущем роботы  смогут эффективно функционировать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Разработчики -бионики  исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде — с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги, а  колеса, гусеницы и прочее совсем не подходит для города. И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных?

Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек

Рассмотрите примеры приспособлений живых организмов и предположите, для чего они были использованы

• Плоды дурнишника

• Щупальца осьминога

• Клюв птицы веретенника

• Семя одуванчика