MBOU "Verkhneuslonskaya гимназия" Верхнеуслонский общински район на Република Татарстан „Бионика. Технически поглед върху живата природа."
Работата е изпълнена от: Полина Арефиева, ученичка от 9А клас
Ръководител: Арефиева Ю.В., учител по биология и химия
Верхний Услон, 2016 г
Цели на изследователската работа:
Разширете разбирането си за биониката, нейното развитие и значение. Повишаване на интереса към изучаването на природни, математически и технически науки.
Задачи:
- Запознайте се с историята на възникването на науката „Бионика“.
- . Покажете връзката между физиката, технологиите, биологията и други науки.
- Маркирайте основните направления на биониката.
- важно практическо значение на биониката.
- Развийте мотивация за изучаване на природни науки
Методи на изследване:
Теоретичен: - изучаване на научни статии, литература по темата. Практически: - наблюдение, анализ, обобщение.
Единственото му изобретение, което получава признание през живота му, е ключалка за колело за пистолет (започва се с ключ). Леонардо да Винчи се интересуваше от проблемите на полета. В Милано той прави много рисунки и изучава механизма на летене на птици от различни породи и прилепи. Освен наблюдения, той провежда и експерименти, но всички те са неуспешни. Леонардо наистина искаше да строи самолет. Той каза: „Който знае всичко, може всичко. Само ако можехте да разберете, ще имате крила!“
Връзка между биониката и другите науки
БИОЛОГИЯ
ИНЖЕНЕРНИ НАУКИ
ФИЗИКА
Морско майсторство
ХИМИЯ
КИБЕРНЕТИКА
Навигация
електроника
През 18 век дирижира Луиджи Галвани успешни преживяванияс жабешки бут, довело до създаването на галванични елементи – химически източници на електрическа енергия.
Луиджи Галвани
Основни направления на биониката. Невробионика
една от областите на биониката, специализирана в изучаването на начини за трансформиране на информация в биологични системи.
американска подводница Skipjack е точно същата форма като риба тон.
Ю. Гагарин
К. Циолковски
МИНИСТЕРСТВО НА ЗДРАВЕОПАЗВАНЕТО НА МОСКВА
ОБЛАСТИ
Държавно бюджетно учебно заведение
„Московски регионален медицински колеж№ 3 на името на Герой
Московска област
съветски съюзЗ. Самсонова"
Ногински клон
"БИОНИКАТА В МЕДИЦИНАТА"
ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНАТА БИОЛОГИЯ
Студенти 1 курс 11 SD група
специалност 34.02.01 Медицинска сестра (основно обучение)
МОШКОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА
Ученик _______________ _E.S. Moshkova ____
подпис И.О
Научен ръководител ______________ _E.B. Тягунова _______
Подпис Фамилия I.O
ПРИЕМА ЗА ОХРАНА
зам Директор за SD ________________ __D. В. Седов_________
Подпис
Фамилия I.O
Дата на защита "___" _________________2017 г
Марк ______________________
2017
Съдържание
МИНИСТЕРСТВО НА ЗДРАВЕОПАЗВАНЕТО НА МОСКОВСКА ОБЛАСТ
...................................................................................................................................1
Държавно бюджетно учебно заведение...................1
Московска област ................................................ ............................................1
„Московски регионален медицински колеж № 3 на името на Герой................1
Съветски съюз З. Самсонова”............................................ ..... 1
Клон Ногинск................................................ ......................................................... ......1
"БИОНИКАТА В МЕДИЦИНАТА"................................................. ..... ................................1
ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНАТА БИОЛОГИЯ.................................................. ......... 1
Студенти от 1-ви курс на 11-та група SD.................................. ......... 1
специалност 34.02.01 Медицинска сестра (базова подготовка).................................1
МОШКОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА................................................... ..... 1
Ученик _______________ _Е.С. Мошкова ____..................................... ..... .1
подпис I.O. Фамилия.................................. .....................................................1
Научен ръководител ______________ _E.B. Тягунова _______.................1
РАЗРЕШЕНО ЗА ЗАЩИТА............................................. ............. ...................................1
зам Директор за SD ________________ __D. В. Седов_________............1
Подпис I.O. Фамилия.................................. .....................................................1
Дата на защита „___“ _________________2017 г.................................................. ......... ...1
Марк ______________________................................................ .. ......................1
2017...........................................................................................................................2
Съдържание..................................................... .. ................................................ ......... 2
2
Въведение................................................. ......................................................... ............. ...............5
науката също върви напред и дава на хората такива възможности, о
за които можеше само да мечтае. От незапомнени времена, човече
наблюдавайки жизнените процеси на живите организми, исках
заимства от природата нещо ново извън неговия контрол. И така
известният Леонардо да Винчи, докато изучаваше структурата на птичите крила, мечтаеше
човешки полет във въздуха. Така че по-късно, според неговите диаграми и чертежи, е имало
Разработен е модел на орнитоптер. През 60-те се появява биониката,
наука на бъдещето, която сега получи силен тласък за развитие.
„клетка на живота”................................................. ......................................................... ................. ......5
технологии, които улесняват човешките жизнени процеси,
помагайки за удължаване на живота на планетата Земя и давайки на хората
възможността да се отговори на много въпроси от миналото и бъдещето. IN
Тази работа разглежда процеса на внедряване в човешкия живот,
все по-нови и продуктивни технологии на бъдещето и тяхното развитие
използване на процеси, които са присъщи на живите организми......5
ще открие живот в тези тайни на космоса. Учени
биониката вече е направила открития в различни сфери на човешкия живот:
медицина, архитектура, индустрия, дизайн. Единственото нещо е
все още не подвластен на дейностите на технологичния прогрес: това е мозъкът
човек. Това е велика мистерия на природата. Но това се прави и тук
много открития. Учени от цял свят се опитват да създадат мегамозък,
човек киборг, който лесно може да отговори на всеки
въпроси и в същото време помагат на науката да върви напред...................................5
Цел: изучаване на науката „бионика“ и разглеждане на нейното приложение в медицината
...................................................................................................................................6
Обект на изследване: практическо приложениенаука "бионика"............6
Предмет на изследване: науката „бионика”................................................ .......... 6
3
Задачи:..................................................... ................................................ .. .................6
1. Научете повече за историята на науката ............................................. .......... 6
лекарство................................................. ......................................................... ............. 6
3.Покажете приложението на науката в медицината..................................... ........... 6
4. Извършете практическа работа..................................... ......... 6
5. Направете изводи.................................................. .......... ............................................ ................ ..6
в сравнение с липсата на крайник, възможността за дори ограничена
Броят на движенията е огромен напредък. Въпреки това, дори най-добрите и
перфектните бионични протези все още не могат да изпълнят всички тези
малки и точни движения, на които живият крайник е способен...........13
4
Въведение
В нашата епоха науката придоби голямо значение. Светът не стои на едно място
науката също върви напред и дава на човека такива възможности като
можеше само да мечтае. От незапомнени времена човекът наблюдава
жизнените процеси на живите организми, исках да заимствам от
природа, нещо ново извън неговия контрол. Толкова известен Леонардо
Да Винчи, докато изучаваше структурата на птичите крила, мечтаеше за човешки полет във въздуха.
Така по-късно, въз основа на неговите диаграми и чертежи, е разработен модел на орнитоптер.
През 60-те години се появява биониката, науката на бъдещето, която сега е получила
от
силен тласък за развитие.
бионика се случва
Име
Древногръцката дума "бион" означава "клетка на живота".
С развитието на биониката в модерен святпоявяват се все нови и нови
технологии, които улесняват човешките жизнени процеси, помагат
удължете живота на планетата Земя и дайте на човек възможност да отговори на
много
бъдеще.
Тази работа разглежда процеса на въвеждане в човешкия живот, всички
минало
въпроси
И
по-нови и по-производителни технологии на бъдещето и тяхното развитие с помощта
процеси, присъщи на живите организми.
Не е изненадващо, че с течение на времето хората ще започнат да изследват нови планети и
ще открие живот в тези тайни на космоса. Учени по бионика,
вече са направили открития в различни области на човешкия живот: медицина,
5
архитектура, индустрия, дизайн. Единственото нещо, което все още не подлежи на
дейности на технологичния прогрес: това е човешкият мозък. Това е
голяма мистерия на природата. Но и тук са направени много открития. Общо учени
светът се стреми да създаде мегаум, човек киборг, който може
отговаряйте на всякакви въпроси с лекота и в същото време помагайте на науката да влезе
движейки се напред.
Цел: изучаване на науката „бионика“ и разглеждане на нейното приложение в
лекарство
Обект на изследване: практическо приложение на науката "бионика"
Предмет на изследване: науката "бионика"
Задачи:
1. Научете за историята на науката
2. Подберете и проучете информационни материали за приложението на науката в
лекарство
3.Покажете приложението на науката в медицината
4. Провеждане на практическа работа
5. Направете изводи
Хипотеза: Природата е строител на всичко в света, а човекът е негов
имитатор
6
Глава 1. Бионика
Биониката е наука, която се занимава с използването на биологични
Биониката може
инженерни проблеми.
процеси и методи за решаване
определя се също като изследване на методи за създаване на технически системи,
чиито характеристики са подобни на тези на живите организми.
Биониката е наука за използване на знанията за дизайна в технологиите,
жив организъм.
технологичен
процес
принцип
И
Основата на биониката е изследване на различни модели
биологични организми.
Името бионика идва от старогръцката дума "бион"
бионика идва от старогръцки
Име
"жизнена клетка"
думите "бион" "клетка на живота". Изучаване на бионика биологични системи
и процеси за прилагане на придобитите знания за решаване на инженерни проблеми
задачи. С други думи, биониката помага на човек да създаде оригинал
процеси, базирани на идеи
технически системи и технологични
намерени и заимствани от природата. Биониката се интересува от всичко
това, което може да се нарече "техника на природата".
1.1 История на произхода на науката „Бионика“
7
От незапомнени времена любознателните мисли на човека търсят отговора на въпроса:
може ли човек да постигне същото, което е постигнала тя дивата природа? В началото
човек може само да мечтае за това - да се научи да прави това, което вече е направил
природата спрямо другите живи същества.
Всяко живо същество е съвършена система, която е
възможности за изграждане на конструкции.
Идеята за прилагане на знания за дивата природа за решаване
инженерни проблеми принадлежи на Леонардо да Винчи, който се е опитал
изградете орнитоптер, използвайки птичи крила като прототип.
Затова той се опита да пресъздаде структурата на птиче крило и механизъм,
поставяйки го в движение.
Ренесансовите учени се надяваха да постигнат желаното решение
чрез строги математически изчисления и изчисления и
създаване на подходящи механични конструкции. В крайна сметка тогава механиката
основана на математиката, заемаше водещо място сред всички
нововъзникващи клонове на механичната наука; затова можеше
тогава ще изглежда, че всички мистерии на природата ще бъдат решени именно с помощта
механика и нейните основи.
В съответствие с това човекът се стреми да създаде механични
модели, които биха могли да имитират обектите, които го интересуват и
природни феномени.
Кога
прогрес
водена от науката
към откриването
фундаментални закони не само на механиката, но и на физиката, химията, биологията
и други клонове на природните науки се оказа, че: въз основа на тези
8
закони, поставяйки ги като основа за съответни технически устройства, може
започват да изпълняват една след друга дългогодишните мечти на човек.
Но колко различни от живите същества се оказаха структурите,
устройства, инструменти и инструменти, създадени от човека!
Достатъчно е да сравните органа на зрението - окото - на всяко животно
някои оптични инструменти и проектирани инструменти
човешки, за да видите колко по-съвършени естествени
орган срещу изкуствено устройство.
В наши дни човекът се е върнал отчасти към първоначалната си идея -
копирайте възможно най-пълно и точно в технологиите постигнатото в
живата природа, възпроизвеждат това под формата на специфични технически решения.
Така се ражда една нова наука – биониката.
Както много други важни области на съвременната наука
технологичния прогрес (например кибернетиката), биониката израства от
директни заявки от индустриалната практика. Възникна на
интерфейсът между биология и технология, предимно радиоелектроника и
техническа кибернетика.
Това е мястото, където индустриите, които са толкова далеч една от друга, се събират
човешки знания и практически дейности, като БИОЛОГИЯ и
техника.
Името "бионика" идва от древногръцкия корен "бион".
елемент на живота, клетка на живота или по-точно елементи
биологична система. Същността на биониката е да синтезира натрупаните в
различни науки за знанието.
И така, биониката е приложна наука, която изучава законите на формирането и
структурообразуване на живата природа, така че
9
комбинирайте познания по биология и технология за решаване на инженерни проблеми
технически задачи.
1.2 Биониката в медицината
Нека разгледаме използването на бионикични методи и решения в медицината
С което
биологични науки,
всеки човек не е такъв
- тази индустрия
пъти се сблъсква
живот.
Много от „изобретенията“ на природата в древността са помогнали
реши
например,
извършване на очна операция
вече има много арабски лекари
редица технически проблеми.
операции,
моя
така че
за
преди стотици години те придобиха разбиране за пречупването на светлинните лъчи
при преминаване от една прозрачна среда в друга. Изследване на лещата
очите подтикнаха древните лекари да мислят за използването на лещи,
изработени от кристал или стъкло, за да увеличите изображението, а след това
и за корекция на зрението.
Интересен факт в науката за това кога сте на едно от вашите пътувания
Джералд Даръл беше принуден да се съгласи на залог, смисълът на който
беше да посочи четири изключителни изобретения и да докаже, че положените
както преди
в тях
използван принцип
животни
към
Того,
един човек измисли това
използване на анестезия от оси.
имаше изобретения
наименуван
Когато пътните оси „подготвят“ храна за бъдещи ларви
всеки лекар може да назове методи
с инжектиране на невроплегик
използват методи
проводна анестезия - захапка
който
(нервен агент) в областта на големите нервни стволове
напълно парализира, но не убива паяка, който лежи неподвижно
10
в гнездо на оси, докато ларвите излязат от съединителя, за което
тази храна е приготвена. Това е още едно доказателство за биониката в действие.
медицински
много
представители
Iglascarifier, използван за
(Например,
с цел изпълнение
инструменти имат
жив
прототип сред
мир.
вземане на проби от периферна кръв
общ анализкръв, многократно
проектирани
присвоени на всеки от нас
по принцип, който напълно повтаря структурата на зъба на прилепа,
лекари от всички профили),
е безболезнено и
ухапването на което, от една страна,
от друга страна, винаги е придружено
доста силно кървене.
Познатата бутална спринцовка до голяма степен имитира кръвосмучеща.
апарат за насекоми - комари и бълхи, чието ухапване е гарантирано
всеки човек е познат. Използва се по време на операция
игла, използвана за зашиване вътрешни органии тъкани
човек, в продължение на няколко века не е променил първоначалната си форма
- форми на големи ребрени кости
и скалпелът все още е там
повтаря формата на тръстиков лист с естествения си режещ ръб.
риба,
Всичко, което беше в природата, беше въведено в живота с течение на времето
човек.
Но това са само най-простите примери, които са достигнали до нас буквално от
опасения
дълбочини
много високоразвити медицински технологии. Типичен пример
и съвременно развитие
бионика
векове,
е съвременна технология за реконструкция и удължаване на дентална
„китове“ на съвременната стоматология
емайл,
като един от
и технологии за удължаване на ноктите и косата, използвани в козметологията.
Основата на тези технологии е принципът на изграждане на морските гъби,
както и техниката за изграждане на гнезда на бързолетчета. И двете са строителни
11
Принципите се основават на химио- и светлинно втвърдяване
техники.
1.3 Телемедицина
Медицината на бъдещето ще се развива активно в посоката
телемедицина.
Благодарение на новите технологии пациентът ще има достъп до
електронно медицинско досие, ще може да се консултира дистанционно с
лекар и изпращане на диагностични тестове до всяка лаборатория по света.
Това ще помогне за решаването на проблема с ниската наличност на квалифицирани кадри
помощ в определени райони и отдалечени населени места.
Според BBC Research до 2019 г. световният пазар
телемедицината ще достигне почти 44 милиарда долара, показвайки среден годишен ръст от
17,7%. В бъдеще развитието на телемедицината ще позволи на държавите
спестяват значителни пари в сектора на здравеопазването, казва the
доклад на британската изследователска компания GBI Research.
Телемедицината не е само дистанционни консултации с лекар, но
също дистанционно наблюдение на показателите на пациента. Активен в момента
Пазарът за носими джаджи, които могат да записват
различни показатели (ЕКГ, телесна температура, кръвно налягане и др.)
и изпратете тези данни на медицинския център.
Друга посока - дистанционно управлениемедицински
оборудване. Например роботът хирург Да Винчи, с помощта на който
Операциите могат да се извършват дистанционно. Хирургът седи на конзолата и вижда
област в 3D формат с многократно увеличение и използване на джойстик
контролира робот с четири ръце, който може да бъде разположен на всеки
12
разстояние от него. Също така днес вече се използват комплекси за дистанционно управление
ултразвукова диагностика.
Руска разработка в областта на телемедицината - софтуер
осигуряване на Цифрова патология, чиято ключова задача е да увеличи
ефективност морфологичен стадийонкологична диагностика,
намаляване на вероятността от грешки и намаляване на времето за диагностика. Обслужване
позволява на патолозите да работят от разстояние с дигитализиран
хистологични слайдове, провеждане на онлайн консултации и изпращане
случаи за консултация с високоспециализирани специалисти отвсякъде
планети. Работата на платформата се извършва със същата степен на свобода като
при използване на медицински многоглав микроскоп.
1.4 Бионични протези
От древни времена обект на човешка завист е бил
способността на някои земноводни да израстват отново загубени крайници. ДО
За съжаление мечтата си остава мечта и ранените на бойното поле или в
В резултат на злополуки хората са принудени да се задоволяват с протези,
развиващи се едновременно с развитието на използваните от хората
технологии. Протезиране на човек, който е загубил ръка или крак, е имало едно време
само малко е по-добре от нищо. През този век са станали
високотехнологични устройства, които дават на собственика си
способности отвъд тези на обикновен човек.
След нараняване или по време на заболяване крайник се ампутира. оставащи
пънчето се състои от много тъкани: кожа, мускули, кости, кръвоносни съдове и нерви.
По време на операцията хирургът довежда запазения двигателен нерв до
оставащ голям мускул. След заздравяване на оперативната рана, нерв
13
може да предава двигателен сигнал. Този сигнал се получава от сензора,
инсталиран на протеза. По време на възприемането на нервен импулс
участва сложна компютърна програма. Следователно бионичната протеза
може да изпълнява само онези действия, които са предписани в тази програма:
вземете лъжица, вилица или топка, натиснете клавиш и т.н. от
В сравнение с липсата на крайник, възможността дори за ограничен брой
движението е огромен напредък. Въпреки това, дори най-доброто и най-съвършеното
бионичните протези все още не могат да изпълняват всички тези малки и прецизни
движения, на които е способен жив крайник.
Глава 2. Интервю
В практическата си част реших да интервюирам човек
с всякакъв вид протеза.
Интересно ми е как се променя животът на човек с появата на протеза.
тялото му, как се третира и как се чувства.
14
Като пример се обърнах към жител на град Митищи.
Дмитрий Игнатов, който има такава протеза като „Електронно коляно
Модул Rheo Knee, протеза Genium X3 (от 3 до 3,8 милиона рубли) и бягане
протеза 3S80 “OTTO BOK” (около 1 милион рубли)”
Фигура 1 Протеза
Загубих крака си поради военно нараняване - при развръщане на част
падна ракетна установка. Когато се събудих в болницата след ампутацията,
Мама каза: „Ще имаш най-добрата протеза, не се притеснявай, всичко ще бъде наред.“
Добре. Живеем в 21 век и това изобщо не е проблем.”
Като цяло днес можете да си купите протеза и държавата
компенсира част от парите. Получих първата си протеза след ампутация с
частична компенсация. А втората, която нося сега, взех от
държава безплатно, но в името на това трябваше да премина през изпитания. на мен
Трябваше да докажа на държавата, че съм достоен за този крак - протезата е много
скъпо и готино. И двете ми протези са електронни, което означава, че се огъват
и да разширя използването на електричество, зареждайки крака ми като смартфон. това
безопасни протези и те могат да правят всичко, което нормалните крака могат.
15
Начинът ми на живот изобщо не се промени след нараняването: бях активен
Аз си оставам човек и си оставам такъв. Само дето сега имам повече приятели
хора с увреждания. Не се сблъсквам често с явна дискриминация. от
неудобство - не ми харесва, че е толкова хлъзгаво в Москва през зимата - навсякъде
нареди плочките. Също така е срамно, когато стоиш в болница или друга
социална институция, където имате право да прескочите опашката, но не сте
искат да прескочат. Питате: „Инвалид съм. Мога ли да пропусна реда?“
Те отговарят: "Не, не можете." Тогава казвате: „Слушай, аз съм параолимпиец, аз
Занимавам се с параолимпийски спортове. Възможно е скоро да съм там
защитаваме страната ни. Мога ли да вляза?" Но се оказва, че имаме някои
хората дори не знаят кои са параолимпийците. Миналото лято в Цюрих
Заех четвърто място в Cybathlon. В Русия планирам да участвам
„Кибатлетика“ - моето име е водещият, но искам да се състезавам, аз
подготвям се.
Обичам градския транспорт. Само на него се возя и това
единственото предимство, от което се възползвам всеки ден. Дават ми място
предимно баби, но не сядам. Понякога жените и младите хора отстъпват
хора. Случва се да карам някъде много дълго време, след което сядам и влизам
типичен счетоводител и казва: „Младежо, защо, по дяволите, седиш там?
Тук има места за хора с увреждания.” Казвам: „Слушай, ако ти кажа,
защо седя тук, много ще се засрамите. И някак си се срамува
листа. Но ако това не работи, тогава имам трик: протезата има
бутон, който при натискане завърта крака на 360 градуса. Аз просто
Натискам го седнал, вдигам панталоните си и „счетоводителите“ веднага изчезват.
16
Фигура 2 Завъртане на 360 градуса
Живея в Московска област, в Митищи. Понякога пътувам и с влак.
Периодично на гара Митищи един човек идваше при мен и
предложиха 70 хиляди рубли на месец, за да мога да ходя и да прося
влакове или застанаха на някоя гара в района на Сергиев Посад.
През лятото често нося къси панталони. Ако отивам на разходка в парка, защо
трябва ли да нося панталони? Кракът ми изглежда много футуристично
Естествено е хората да се обръщат към нея.
Хората не обичат хората с увреждания. Никой не иска да ни погледне
телевизор. Телевизията е бизнес, цифри и ако има
програми за хора с увреждания, тогава не можете да продавате дамски превръзки, защото те ще го направят
малки оценки. Програмите с хора с увреждания не продължават дълго, но в чужбина
Поне ги има, опитват се да направят нещо, но ние имаме един зам
програма в инвалидна количка, но не е интересно - за протокола. до
погледна към нас, хората с увреждания, имаме нужда от самоирония - трябва или да въплъщаваме
сбъдват мечтите на хората или се подиграват. Продължавам да крещя това
всички са равни и няма никакви ограничения: нямаш ръка, крак,
17
някои психически отклонения, основното е какво казваш, какво ти
ти правиш. Обществото е свикнало с факта, че човек с увреждания е просяк. И това е напълно
не така. Ние сме обикновени хора, които живеят, правят секс и се разхождат
магазини.
2.1 Заключения
В Русия като цяло отношението към хората с протези е същото
- еднакво неразвити. Никой няма поведенчески модели в сегашния си вид
или как да не действаме - да помогнем или да не помогнем. това е добре,
Имайки предвид, че у нас от векове не е прието да се говори за
на вашето увреждане. Мнозина дори нямаха възможност да напуснат къщата,
и дори сега някои не го правят, например ползватели на инвалидни колички. Необходимо е това
имаше повече хора с увреждания в публичната сфера и без акцент върху тях
увреждане. Ако във всяко телевизионно предаване имаше поне един човек с увреждания, тогава
в рамките на шест месеца хората ще спрат да плачат при вида на ползвател на инвалидна количка.
Уврежданията не са някакво снизхождение; не могат да ви простят всичко.
и кажете, че всичко, което правите, е прекрасно. Ако човек няма крак
танцуваше зле, можеш да му кажеш: „Ти танцува зле“. Ето какво е
най-голямото равенство е да говориш директно с човек.
Заключение
Всяко живо същество е съвършена система, която е
резултат от еволюцията в продължение на много милиони години. Изучавайки тази система,
разкривайки тайните на структурата на живите организми, човек може да получи нови
18
възможности за изграждане на конструкции. С помощта на биониката човечеството
се опитва да пренесе постиженията на природата в своя собствена техническа и
социални технологии.
Бионичните форми са навлезли в нашето ежедневие и то отдавна
времето ще играе важна роля в това. Изучаване на природата
човечеството далеч не е приключило, но вече сме получили от природата
безценни знания за рационалната структура и формиране, които,
със сигурност доказва уместността и обещанието на изучаването на наука
биониката във всичките й аспекти.
Накратко, природата съдържа милиони идеи и модели за
създаване.
Списък на използваните източници
1. Бионика в архитектурата/Чеснова Карина/© Scarlet Sails: режим на достъп
https://nsportal.ru/ap/library/nauchnotekhnicheskoe
творчество/2017/01/03/issle
25.11.2017
2. Бионични протези/Лариса Небога/© 2017 “FB”: режим на достъп
http://fb.ru/article/196231/bioni
принципиработыбионическиепротезииконечности 25.11.2017 г.
19
бионика
Изследователска работа
| Въведение | |
| 1.1.Наука за биониката | |
| 1.2.1.Архитектурна бионика | |
| 1.2.2.Невробионика | |
| 1.2.3. Техническа бионика | |
| 2.1. Анкета по проблема | |
| 2.2.1.Сграда | |
| 2.2.2.басейн | |
| 2.2.3.био кола | |
| 2.2.4. мебели | |
| Заключение | |
| Референции |
Въведение
От незапомнени времена човешката мисъл търси отговор на въпроса: може ли човек да постигне същото, което е постигнала живата природа? Ще може ли например да лети като птица или да плува под вода като риба? Първоначално хората можеха само да мечтаят за това, но скоро изобретателите започнаха да прилагат организационните характеристики на живите организми в своите проекти. Дори най-големият гръцки философ материалист Демокрит (около 460-370 г. пр. н. е.) пише: „От животните научихме най-важните неща чрез подражание. Ние сме ученици на паяка в тъкането и шивачеството, ученици на лястовичката в строежа на жилища (1)..."
След като прочетох твърдението на Демокрит, се чудех какво е взел човекът от природата, за да подобри живота си. Човекът отдавна е изненадан и възхитен от съвършенството на природата, затова се стреми да я изучава и да заема много от нея. Намирането, изучаването на невероятни „изобретения“ на растения и животни и прилагането им в науката, архитектурата и технологиите е основната задача на биониката. Биониката (от гръцката дума "бион" - елемент от жизнената система, клетка на живота) е млада наука с огромно бъдеще. Интересувах се от тази тема и реших да я проуча. Всяко листо, всяко стръкче трева, всяко листенце може да служи като жив модел на техническа конструкция и да се използва при проектирането на различни видове конструкции и техните елементи. Изкуство, архитектура, дизайн, индустрия – това са само част от областите, в които се използват живите организми.
Реших да взема за основа някои обекти от живата природа и въз основа на тях да създам нещо сложно и интересно, което да се използва в ежедневието.
В работата си влагам цел– проучване на свойствата природни феномении възможността за използването им в технически открития в полза на човека.
В хода на тази работа ще реша следното задачи:
1) Изберете и анализирайте подходяща литература по темата;
2) Намерете факти, потвърждаващи съществуването на обекти, при проектирането на които са използвани законите на природата;
3) разширете знанията си за уникалните свойства на природните организми;
4) предложете своите идеи за използване на свойствата на природни обекти в технически изобретения (създаване на албум);
Глава 1
1.1.Наука за биониката
Докато изучавах литература, открих, че има такава наука - бионика. Биониката е специално направление в науката и технологиите, чиято цел е използването на биологични знания за решаване на инженерни проблеми и разработване на технологии.
Биониката е наука, която се намира на границата между биологията и технологиите. Комбинацията от „БИОЛОГИЯ“ и „ТЕХНОЛОГИЯ“ означава „научаване от природата на технологиите на утрешния ден“, което ще донесе големи ползи за човека и природата. Биониката е тясно свързана с биологията, физиката, химията, кибернетиката и инженерните науки – електроника, навигация, комуникации, морско дело и т.н. (1).
Появата на науката кибернетика допринесе за по-широко изследване на структурата и функциите на живите системи. Това помогна да се изяснят техните прилики с техническите системи, както и да се използва получената информация за живите организми за създаване на нови устройства, механизми и материали.
Официалната дата на раждане на биониката се счита за 13 септември 1960 г. Първият симпозиум на тема „Живи прототипи на изкуствени системи - ключът към нова технология“, която официално потвърди раждането нова наука.
Веднага се появиха емблема и мото, носещи символично изображение научна същностбионика - да синтезира знанията, натрупани в различни науки. Емблемата на биониката е скалпел и поялник, свързани с неразделен знак. Скалпелът е символ на биологията, поялникът е символ на техниката, а интегралът обединява двата клона на науката. Мотото на биониката е „Живите прототипи – ключът към новите технологии“ (2).
1.2.1.Архитектурна бионика
През цялата си история човекът в своята архитектурно-строителна дейност съзнателно или интуитивно се е обръщал към живата природа, която му е помагала да решава най-различни проблеми.
Хижа на южноамериканските индианци и термитник
Човекът, както е известно, постепенно се развива от най-древните примати на бозайниците до състоянието на „хомо сапиенс“. В същото време архитектурните структури стават по-сложни.
Украса на капители на храмови колони Древен Египетпо аналогия с формите на цветовете на лотос и папирус (4).
Модерната архитектура няма граници. Най-интересният сред съществуващите проекти е градът на кулата в Шанхай. Градската кула ще има формата на кипарис с височина 1128 м с обиколка в основата 133 на 100 м, а в най-широката част 166 на 133 м. Кулата ще има 300 етажа, като те ще бъдат разположени в 12 вертикални блока по 80 етажа. Между блоковете има подове на замазка, които играят ролята на носеща конструкция за всяко ниво на блока. Вътре в блоковете има различни по височина къщи с вертикални градини. Този сложен дизайн е подобен на структурата на клоните и цялата корона на кипарисовото дърво. Кулата ще стои на пилотна основа на принципа на акордеон, която не е вкопана, а се развива във всички посоки с набиране на височина - подобно на това, което се развива коренова системадърво. Колебанията на вятъра на горните етажи са сведени до минимум: въздухът лесно преминава през конструкцията на кулата. За покриване на кулата ще бъде използван специален пластмасов материал, който имитира порестата повърхност на кожата. Ако строителството е успешно, се предвижда изграждането на още няколко такива сгради-градове (6).
1.2.2.Невробионика
Основните области на невробиониката са изследване на нервната система на хора и животни и моделиране на нервни клетки-неврони и невронни мрежи. Това дава възможност за подобряване и развитие на електронните и компютърните технологии. Благодарение на биониката са създадени миниатюрни и надеждни сензори, които не са по-ниски по чувствителност, например на окото, което реагира на единични кванти на светлината, топлочувствителния орган на гърмяща змия, който различава температурните промени от 0,001 ° C , или електрическият орган на рибата, който възприема потенциали във фракции от микроволта. Изследването на системите за откриване, навигация и ориентация при птици, риби и други животни също е една от важните задачи на биониката, т.к. миниатюрни и точни възприемащи и анализиращи системи, които помагат на животните да се ориентират, да намират плячка и да мигрират на хиляди километри, могат да помогнат за подобряване на инструментите, използвани в авиацията, морското дело и т.н. американска компания Orbital Research, разработчик на навигационни системи, започна работа върху интуитивна сензорна система, която ще помогне да се избегнат сблъсъци между автомобили на земята и самолети във въздуха (3). Учените са били подтикнати да проектират такава система от поведението на хлебарки в момента, когато се опитват да ги хванат. Нервна системахлебарките постоянно наблюдават всичко, дори и най-малките промени, които се случват наблизо, и когато възникне опасност, реагира бързо, ясно и най-важното правилно. Вече е създаден работещ модел на радиоуправляема кола с „мозък на хлебарка“.
Учени от австрал национален университетизучава подробно полета на водното конче. Те заключиха, че „въпреки че имат много малки мозъци, тези насекоми са способни да извършват бързи и прецизни въздушни маневри, които изискват стабилност и избягване на сблъсък“. Те искат да използват нови самолети, проектирани по „образ и подобие“, за да изучават атмосферата на планетите слънчева система. Ето един пример, който може да бъде взет от друго безгръбначно. Една от лабораториите на Министерството на енергетиката на САЩ изследва смес, която двучерупчестите произвеждат, за да прилепне плътно към дъната на корабите. Въз основа на изследването се прави ново лепило, което ще помогне за залепването на оксидирани метални пластини, от които се сглобяват важни компютърни компоненти, или дори ще замени хирургическите конци върху човешкото тяло след операция (6).
1.2.3. Техническа бионика
Изследването на хидродинамичните характеристики на структурата на китовете и делфините помогна да се създаде специално покритие за подводната част на корабите, което осигурява увеличение на скоростта с 20–25% при същата мощност на двигателя. Тази кожа се нарича ламинфло и подобно на кожата на делфините не се мокри и има еластично-еластична структура, която елиминира турбулентните турбуленции и осигурява плъзгане с минимално съпротивление. Същият пример може да се даде и от историята на авиацията. Дълго време проблемът на високоскоростната авиация беше флатерът - вибрации на крилата, които внезапно и бурно възникват при определена скорост. Заради тези вибрации самолетът се разпада във въздуха за няколко секунди. След многобройни инциденти дизайнерите намериха изход - започнаха да правят крила с удебеляване в края. След известно време подобни удебеления бяха открити в краищата на крилете на водното конче. В биологията тези удебеления се наричат птеростигми. Въз основа на изследването на полета на птици и насекоми, движението на скачащите животни и структурата на ставите се разработват нови принципи на полет, движение без колела, конструкция на лагери и др.
Глава 2
В условията на модерен град: суматоха, шум и тъпота, както и вечната липса на време, човек несъзнателно страда от липса на чисти, богати цветове и причудливи форми на живи растения и животни. Това противоречие между желанието на човек да се доближи до природата и невъзможността за неговото прилагане може да бъде разрешено чрез бионичния стил. В работата си се опитвам да намеря начини за разрешаване на това противоречие. Дизайнерският проект, който разработих в този стил, поне малко ще помогне на човек да се почувства в хармония с природата. моя изследователска работа– това е възможност сами да разберете законите на живота.
2.1. Анкета по проблема
Следващият етап от работата ми беше проучване на ученици и учители в нашето училище. Исках да разбера колко знания имат по тема, която ме интересува. Зададох им серия от въпроси:
1. Какво знаете за науката бионика?
2. Забелязахте ли приликите? външен видживотни, техните способности със свойствата и външната форма на всякакви технически изобретения?
3. Съгласни ли сте, че природата дава на човека много примери за технически изобретения?
4. Дайте собствени примери.
Анкетата е проведена сред ученици от 1-11 клас и учители. В анкетата са участвали общо 54 души. Показах резултатите от анкетата в таблица.
Таблица 1
Резултати от проучването
| Първоначална връзка | Средна връзка | |||||||||
| Номер на въпроса | Отговорът е "Да" | Отговорът е "Не" | Отговорът е "Да" | Отговорът е "Не" | Отговорът е "Да" | Отговорът е "Не" | ||||
| 100% (15 души) | ||||||||||
| 100% (15 души) | ||||||||||
| 100% (15 души) | ||||||||||
Въз основа на тези резултати заключавам, че повечето от момчетата нямат представа за науката бионика. Въпреки това повече от 80% от анкетираните наблюдават сходството на външния вид на животните, техните способности със свойствата и външната форма на всякакви технически изобретения. Повечето са съгласни, че природата дава на човека много примери за технически изобретения. Добрата новина е, че много ученици в нашето училище успяха да дадат примери въз основа на лични наблюдения или знания. По време на анкетата наблюдавах повишен интерес и желание за изучаване на тази наука сред учениците както в основните, така и в средните училища.
2.2. Създаване на албум по тема.
Натрупаните знания изложих в специален албум, където показах начини за използване на свойствата на природните обекти в технически изобретения.
2.2.1. Сграда (Приложение 1)
Хората са уморени от обикновени сгради, луксозни имения, екологични домове, умни къщи. Те искат всичко наведнъж в една сграда, освен всичко - необичайна форма. Долу безличните вили - да живееш в скучни къщи е вредно. Освен това въображението е неограничено, независимо дали става дума за каменни или дървени къщи.Като първи обект за моето изследване реших да взема сладководния полип Хидра и да проектирам сграда на негова основа. Това малко животно с дължина около 1 см ще отговаря на 3 етажа от жилищна сграда. Чревната кухина вътре в полипа е точно подходяща за движение на асансьора. Пипалата на върха на хидрата ще се превърнат в слънчеви панели. Съвременните соларни модули не изискват пряка слънчева светлина за генериране на електричество. Те зареждат батерии при облачно небе, дъжд и облачно време. Слънчевата енергия се отличава със своята екологичност и ниска цена. Технологията на слънчевия панел ви позволява да използвате неограничената енергия на слънцето, без да причинявате щети среда. Използването на слънчеви панели в Русия не е много разпространено, но несъмнено бъдещето е с тях.
Външният слой на тялото на хидрата съдържа много малки кръгли клетки с големи ядра. Тези клетки се наричат междинни. Те играят много важна роля в живота на хидрата. При всяко увреждане на тялото, междинните клетки, разположени в близост до раните, започват да растат бързо. От тях се образуват кожно-мускулни, нервни и други клетки, а нараненото място бързо зараства. Какво ще стане, ако въз основа на тази способност на хидрата подобрим циментовия разтвор за закрепване на тухлите. Нека този разтвор съдържа вещество, което може да набъбне, когато водата попадне в пукнатините на сградата, и по този начин да възстанови целостта на сградата.
Боята за сградата също ще бъде необичайна. Простата боя, която се нанася върху сгради, абсорбира вода, а с нея и прах и мръсотия. Не е страхотна характеристика за модерен дом. В природата има растения, чиито листа не абсорбират вода (лист от лотос, розови листенца). Водата се търкаля от повърхността им и отнася праховите частици. Ако съвременната боя има това свойство, тогава повърхността на сградите винаги ще бъде чиста.
2.2.2.пул (Приложение 2)
Живеейки в мегаполис, човек постоянно е в състояние на стрес. Еднотипните високи сгради с редици еднакви прозорци, сиви тонове, бетон и потискащи с височината си сгради действат потискащо на психиката. Усещането за празнота от агресивна визуална среда нараства толкова много в мозъка с годините, че вече не се забелязва, но това не пречи да се превърне в неврози и астения. Този негативен ефект може да бъде премахнат, като архитектурата се превърне в място за почивка на очите и естетическа точка за презареждане.
„Приказка за възрастни“ - така често се нарича бионичният стил. На първо място, защото всички сгради, проектирани в тази посока, изглеждат уникални и удивителни, а вдъхновението за архитектите в случая е самата природа. В архитектурата биониката се стреми да имитира естествеността във формите си естествена среда, анатомия и външен вид на творенията на живата и неживата природа. Но тъй като структура, предназначена за живеене или отдих на хора, трябва да бъде и функционална, а не просто да изглежда като дърво или глухарче, архитектите често се ограничават до метафората на живия организъм. Всичко трябва да е антигеометрично - сградите в този стил пренебрегват ясните линии и строгите ъгли от деветдесет градуса. Стените на конструкцията са като клетъчна мембрана, техните изпъкнали и вдлъбнати повърхности се редуват ритмично, като по този начин създават вид на живо, дишащо същество. Проектът за басейн, който представяме, прилича на калинка. Нашият басейн може да се използва по всяко време на годината. Благодарение на възможността за повдигане на „крилата“ на конструкцията можете да се насладите на плуване на открито. Яркият цвят на нашата сграда няма да позволи на децата да минават, които ще доведат родителите си там за ръка. Надявам се, че в близко бъдеще, благодарение на такива съоръжения, броят на плувците и броят на златните медали ще се увеличи. олимпийски игри.
2.2.3.био автомобил (Приложение 3)
IN напоследъкИмаше мода за нестандартни и екологични автомобили. А еко автомобили, използващи високи технологии, се разработват от такива реномирани гиганти като Ford, BMW, Peugeot и др.
Колата ни прилича на лист от растение. Течният въздух ще служи като гориво за него. Първите автомобили, използващи този вид гориво, вече съществуват и са се доказали от екологична гледна точка. Освен необичайния си външен вид, нашият автомобил е със специални гуми, на които всеки шофьор би завидял. Известно е, че сърцето непрекъснато изпомпва кръв през съдовете, докато налягането в кръвта постоянно се поддържа на едно и също ниво. Ами ако тази функция се приложи към структурата на гумите? Нашата кола има гуми, които могат да се напомпят сами. Гумите се напомпват автоматично благодарение на пулсираща помпа, която работи от време на време, поддържайки гумите на постоянно, безопасно ниво на налягане. Това не само ще повиши безопасността на пътя, но и ще допринесе за икономичното използване на гориво (автомобилите с недостатъчно напомпани гуми изразходват повече гориво), което ще доведе до намаляване на емисиите на въглероден диоксид в атмосферата и увеличен живот на гумите.
2.2.4.мебели (Приложение 4)
Зелена вълна заля света. Днес милиони хора искрено мечтаят да почувстват, че не живеят в шумен мегаполис, а в скута на природата. Еко стилът ви позволява да създадете илюзията, че вашият дом е остров на естествено благополучие. Имитирането на природни мотиви, използването на естествени, екологично чисти материали и следване на концепцията за простота са качествата, донесли на този стил огромен успех. Когато дизайнерът започне да работи върху такъв интериор, основната му задача е да пресъздаде картини на природната среда в градски апартамент или селска къща. Тоест, цялото обзавеждане на апартамента трябва да бъде проектирано по „естествен“ начин, да е в хармония с природата и да дава на членовете на домакинството усещане за мир и спокойствие.
От геометрична гледна точка съвременният синтетичен свят, създаден от човека, се състои от прави линии и ъгли. Квадратите на улиците и къщите съдържат квадрати от стаи, прозорци, телевизионни екрани, столове и бюра. Врати, чекмеджета, скринове, радиатори и климатици, рафтове, шкафове и кутии са колекция от квадрати и техните правоъгълни събратя. Квадратът е чисто рационалистично изобретение; той просто не съществува в природата. В човешкото тяло няма квадратни органи, липсват и в структурата на телата на животните. Няма квадратни планети, светила или растения. Природата не създава квадратни форми - с изключение на редките кристали. Човешкото око, глава, слънце, яйце, водовъртеж, цветна сърцевина, езеро имат кръгла форма. Кръгът символизира цикъла на живота, докато квадратът е символ на всичко неживо и изкуствено.
Интериорът в бионичен стил се отличава с плавни извивки, голямо пространство и стая, изпълнена със светлина и чист въздух. Този стил дава на дизайнера много свобода, когато манипулира формата и пространството на стая или сграда. Понякога се стига до пространствени илюзорни ефекти.
Мебелният дизайн, който представяме, наподобява лист от растение. Цветът на ярка сочна зеленина се комбинира със заоблени форми. Ако останалата част от мебелите е избрана в същия стил, тогава цялата стая ще изглежда като приказен остров на природата.
Заключение
Източникът на вдъхновение за биониката е природата. Тя е толкова мъдра, че е измислила много идеални форми и дизайни. Човек може само да ги наблюдава и копира. Структура на пчелна пита, спирална морска раковина, анатомична структуранасекоми - готови модели, които могат да се използват навсякъде, включително и в интериора. Какъв стил ще изберем за новия си дом или вила зависи само от нашето въображение и материални възможности. Биониката доказа, че архитектурата не е само пръчки и тухли. Всеки може да използва бионични елементи у дома или в своя имот. В интериора това са преди всичко лампи и мебели, чиито форми са заимствани от самата природа. Между другото, можете да ги направите сами. Не е трудно да направите пейзажа на сайта уникален. За да направите това, просто обърнете внимание на съществуващите камъни, клони, пукнатини и т.н. С малко въображение можете да създадете алпийска пързалка (конструкция от камъни и растителност, характерна за високопланинския климат). Ако има голямо старо дърво, не бързайте да го отсечете. Неговите кухи кухини могат да се използват например като контейнер за вещи или дори като беседка за почивка. Тук няма да има нужда от климатик, тъй като дори в жегата дървото ще осигури постоянна температура от около 22 градуса. Както показва практиката, потенциалът на неизследваните тайни на природата е огромен. Просто не се страхувайте да ги изучавате, не се защитавайте от природата със стените на сградите, като по този начин унищожавате нашия общ дом.
Изводи: 1. Голяма част от това, което е направено от човешки ръце, не е измислено от самите хора, а с „намек“ от майката природа.
2. Учените продължават да изучават живите същества, за да получат свежи идеи за създаване на нови технически устройства.
3. Надявам се, че моите идеи за използване на свойствата на живите обекти в технически изобретения ще бъдат полезни.
Работата ми не свършва тук: ще продължа да търся интересни фактиизползване на свойствата на природните явления в технически открития. Тази работа плени цялото ми семейство: ние не спираме да се възхищаваме и да се учудваме на уникалността и съвършенството на всичко, създадено в света на природата!
Обичайте своята планета, грижете се за животните и растенията, които ни заобикалят. Те ще разкрият своите тайни!
Референции
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/
2. http://bio-nica.narod.ru/
3. http://www.luxurynet.ru/architecture/3634.html
4. http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/1032
5. http://cih.ru/ab/b1.html
6. http://moikompas.ru/compas/bionic
7. http://www.visual-form.ru/article/004.html
8. http://www.existenzia.ru/idea/bionika
9. http://www.formundraum.ru/stili-v-dizajne/bionika/
10. http://kraevedenie.net/2010/01/24/bionika-neftesbor/
11. http://suslov-oleg.com.ua/ocherk.php
12. http://www.bazil-maestro.com/articles/bionika
Презентация към урока „Бионика или невероятен святдива природа"
Работата беше извършена от: Шалаева Т.В., учител по биология
- ...Контактът с природата е последната дума на всеки прогрес, наука, разум, здрав разум, вкус и превъзходни маниери.
Достоевски Ф. М.
- Природата така се е погрижила за всичко, че навсякъде намираш какво да научиш.
Леонардо да Винчи
- Няма нищо по-изобретателно от природата.
Цицерон
- Големите неща се правят с големи средства. Само природата прави велики неща за нищо.
Херцен А.И.
- Изследването и наблюдението на природата роди науката.
Цицерон
- Прогресът е закон на природата.
Волтер
- Птицата е инструмент, работещ според математически закон, който е по силите на човека да направи с всичките си движения...
Леонардо да Винчи
Леонардо да Винчи
- бионика– наука за използване на знания за дизайна, принципа и технологичен процесжив организъм. Основата бионикасъбира проучвания за моделиране на различни биологични организми.
История на развитието
Идеята за използване на знанията за живата природа за решаване на инженерни проблеми принадлежи на Леонардо да Винчи, който се опита да построи самолет с махащи крила, като птици: орнитоптер.
Дата на раждане на биониката:
Бионика символ
Биониката има символ: кръстосан скалпел, поялник и интегрален знак.
Този съюз на биология, технология и математика ни позволява да се надяваме, че науката за биониката ще проникне там, където никой не е прониквал преди, и ще види това, което никой не е виждал досега.
Връзка между биониката и другите науки
БИОНИКА
БИОНИКА
БИОНИКА
БИОЛОГИЯ
ИНЖЕНЕРНИ НАУКИ
ХИМИЯ
ФИЗИКА
ЕЛЕКТРОНИКА
МОРЕ СЛУЧАЙ
КИБЕРНЕТИКА
НАВИГАЦИЯ
- биологичнибионика, която изучава процесите, протичащи в биологичните системи;
- теоретиченбионика, която изгражда математически модели на тези процеси;
- техническибионика, която прилага модели на теоретична бионика за решаване на инженерни проблеми.
Практическа (техническа) част
Биологична бионика
Теоретична част
- Изследване на сетивните органи и други възприемащи системи на живи организми с цел разработване на нови сензори и системи за откриване.
- Изучаване на принципите на ориентация, местоположение и навигация при различни животни за използване на тези принципи в технологиите.
- Проучване на морфологичните, физиологичните, биохимичните характеристики на живите организми за представяне на нови технически и научни идеи.
Густав Айфел нарисува рисунка на Айфеловата кула през 1889 г. Тази структура се счита за един от най-ранните ясни примери за използването на биониката в инженерството.
Основата на Айфеловата кула наподобява костната структура на главата на бедрената кост
Костна структура на главата на бедрената кост
Един от успешните примери бионика е широко разпространено „велкро“, чийто прототип са плодовете на растението репей, които се придържат към козината на кучето на швейцарския инженер Жорж де Местрал.
Природата така се е погрижила за всичко, че навсякъде намираш какво да научиш.
Леонардо да Винчи
Благодаря за внимание