نمونه هایی از بیونیک در زندگی انسان. بیونیک علمی است که از طبیعت الهام گرفته شده است. ویژگی های ساختمان های بیونیک معماری

فرم‌های بیونیک با پیچیدگی طرح‌ها و اشکال غیرخطی متمایز می‌شوند.

پیدایش اصطلاح.
مفهوم "بیونیک" (از یونانی "bios" - زندگی) در آغاز قرن بیستم ظاهر شد. در مفهوم جهانی، به حوزه ای از دانش علمی مبتنی بر کشف و استفاده از الگوهای ساخت اشکال طبیعی برای حل مسائل فنی، فناوری و هنری بر اساس تجزیه و تحلیل ساختار، ریخت شناسی و فعالیت های زندگی اشاره دارد. موجودات بیولوژیکی. این نام توسط محقق آمریکایی جی. استیل در سمپوزیومی در سال 1960 در دیتونا پیشنهاد شد - "نمونه های اولیه زنده سیستم های مصنوعی - کلید تکنولوژی جدید" - که طی آن ظهور یک حوزه جدید و ناشناخته دانش تثبیت شد. از این لحظه به بعد، معماران، طراحان، سازندگان و مهندسان با تعدادی از وظایف با هدف یافتن ابزارهای جدید شکل‌دهی روبرو هستند.
در اتحاد جماهیر شوروی، در آغاز دهه 1980، به لطف سالها تلاش تیمی از متخصصان آزمایشگاه TsNIELAB، که تا آغاز دهه 1990 وجود داشت، بیونیک معماری سرانجام به عنوان یک جهت جدید در معماری ظاهر شد. در این زمان، تک نگاری نهایی یک تیم بزرگ بین المللی از نویسندگان و کارمندان این آزمایشگاه، به سردبیری یو. اس. لبدف، "بیونیک معماری" (1990) منتشر شد.
بنابراین، دوره از اواسط قرن بیستم. تا آغاز قرن بیست و یکم. در معماری با افزایش علاقه به اشکال پیچیده منحنی مشخص شد، احیای مفهوم "معماری ارگانیک" که ریشه در آن دارد. اواخر نوزدهم- آغاز قرن بیستم، به کار L. Sullivan و F. L. Wright. آنها بر این باور بودند که فرم معماری، مانند طبیعت زنده، باید کاربردی باشد و همانطور که بود، "از درون به بیرون" توسعه یابد.

مشکل همزیستی هماهنگ محیط معماری و طبیعی.
توسعه تکنوکراتیک دهه‌های اخیر، مدت‌هاست که شیوه زندگی بشر را تحت سلطه خود در آورده است. قدم به قدم بشریت از خود بیرون آمد طاقچه اکولوژیکیزیستگاه روی این سیاره در واقع، ما ساکنان یک "طبیعت" مصنوعی شده ایم که از شیشه، بتن و پلاستیک ساخته شده است، که سازگاری آن با زندگی اکوسیستم طبیعی به طور پیوسته به صفر نزدیک می شود. و هر چه طبیعت مصنوعی بیشتر طبیعت زنده را تسخیر کند، نیاز انسان به هماهنگی طبیعی آشکارتر می شود. محتمل ترین راه برای بازگرداندن بشریت "به آغوش طبیعت" و بازگرداندن تعادل بین دو جهان، توسعه بیونیک مدرن است.

آسمان خراش سرو در شانگهای. معماران: ماریا رزا سرورا و خاویر پیوز.

خانه اپرای سیدنی. معمار: Jørn Utzon.

مرکز آموزشی رولکس معماران: دفتر معماری ژاپنی SANAA.

بیونیک معماری سبکی نوآورانه است که بهترین ها را از طبیعت می گیرد: نقش برجسته ها، خطوط، اصول شکل گیری شکل و تعامل با دنیای خارج. در سرتاسر جهان، ایده های معماری بیونیک توسط معماران معروف با موفقیت اجرا شده است: آسمان خراش سرو در شانگهای، خانه اپرای سیدنی در استرالیا، ساختمان هیئت مدیره بانک NMB در هلند، مرکز آموزشی رولکس و موزه میوه در ژاپن. .

موزه میوه. معمار: Itsuko Hasegawa.


فضای داخلی موزه میوه.

در همه زمان ها، تداوم فرم های طبیعی در معماری ایجاد شده توسط انسان وجود داشته است. اما، برخلاف رویکرد فرمالیستی سال های گذشته، زمانی که معمار به سادگی از فرم های طبیعی کپی می کرد، بیونیک مدرن مبتنی بر ویژگی های عملکردی و اساسی موجودات زنده است - توانایی خود تنظیمی، فتوسنتز، اصل همزیستی هماهنگ و غیره. معماری بیونیک شامل ایجاد خانه‌هایی است که طبیعتی طبیعی هستند که با آن در تضاد نیستند. پیشرفتهای بعدیبیونیک شامل توسعه و ایجاد خانه های زیست محیطی - ساختمان های کم انرژی و راحت با سیستم های حمایت از زندگی مستقل است. طراحی چنین ساختمانی شامل مجموعه ای از تجهیزات مهندسی است. در طول ساخت و ساز از مصالح سازگار با محیط زیست و سازه های ساختمانی استفاده می شود. در حالت ایده آل، خانه آینده یک سیستم خودمختار و خودپایدار است که به طور یکپارچه در چشم انداز طبیعی قرار می گیرد و در هماهنگی با طبیعت وجود دارد. بیونیک معماری مدرن عملاً با مفهوم "اکو معماری" ادغام شده است و مستقیماً با اکولوژی مرتبط است.

شکل‌گیری شکل از طبیعت زنده به معماری.
هر موجود زنده روی این سیاره یک سیستم کاری کامل است که با آن سازگار شده است محیط. قابلیت حیات چنین سیستم هایی نتیجه تکامل در طی میلیون ها سال است. با افشای اسرار ساختار موجودات زنده می توان فرصت های جدیدی در معماری ساختمان ها به دست آورد.
شکل گیری شکل در طبیعت زنده با شکل پذیری و ترکیبی بودن، انواع اشکال و اشکال هندسی منظم - دایره ها، بیضی ها، لوزی ها، مکعب ها، مثلث ها، مربع ها، انواع مختلف چندضلعی ها، و تنوع بی پایان بسیار پیچیده و شگفت انگیز زیبا مشخص می شود. سازه های سبک، بادوام و اقتصادی که با ترکیب این عناصر ایجاد می شوند. چنین ساختارهایی نشان دهنده پیچیدگی و تکامل چند مرحله ای رشد موجودات زنده است.
جایگاه اصلی برای مطالعه طبیعت از دیدگاه بیونیک معماری، علم بیومواد و بیوتکتونیکی است.
هدف مطالعه در علم بیومواد، خواص شگفت انگیز مختلف ساختارهای طبیعی و "مشتقات" آنها - بافت های موجودات جانوری، ساقه و برگ گیاهان، رشته های تار عنکبوت، آنتن های کدو تنبل، بال های پروانه و غیره است.
با بیوتکتونیک همه چیز پیچیده تر است. در این حوزه از دانش، محققان نه چندان به خواص مواد طبیعی که به اصول وجود موجودات زنده علاقه دارند. مشکلات اصلی بیوتکتونیک ایجاد ساختارهای جدید بر اساس اصول و روش های عمل ساختارهای زیستی در طبیعت زنده، اجرای سازگاری و رشد سیستم های تکتونیکی انعطاف پذیر بر اساس سازگاری و رشد موجودات زنده است.
در بیونیک معماری و ساخت و ساز، توجه زیادی به فناوری های جدید ساخت و ساز می شود. بنابراین، در زمینه توسعه فناوری های ساخت و ساز کارآمد و بدون ضایعات، یک جهت امیدوار کننده ایجاد سازه های لایه ای است. این ایده از نرم تنان اعماق دریا وام گرفته شده است. پوسته های بادوام آنها از صفحات سخت و نرم متناوب تشکیل شده است. هنگامی که یک صفحه سخت ترک می خورد، تغییر شکل توسط لایه نرم جذب می شود و ترک بیشتر نمی شود.

فن آوری های بیونیک معماری.
اجازه دهید مثالی از چند مورد از رایج ترین روندهای مدرن در توسعه ساختمان های بیونیک ارائه دهیم.
1. خانه کارآمد انرژی - ساختمانی با مصرف انرژی کم یا مصرف انرژی صفر از منابع استاندارد (Energy Efficient Building).
2. خانه منفعل (ساختمان منفعل) - سازه ای با تنظیم حرارت غیرفعال (سرمایش و گرمایش با استفاده از انرژی محیطی). چنین خانه هایی از مصالح و سازه های ساختمانی کم مصرف استفاده می کنند و عملاً سیستم گرمایش سنتی ندارند.
3. معماری زیست اقلیمی. یکی از گرایش های سبک های فن آوری. اصل اصلی معماری زیست اقلیم، هماهنگی با طبیعت است: "... به طوری که پرنده ای که به داخل دفتر پرواز می کند، متوجه وجود آن نشود." اساساً آسمان‌خراش‌های زیست‌اقلیمی متعددی شناخته شده‌اند که در آن‌ها، همراه با سیستم‌های مانع، لعاب چندلایه (فناوری دو پوسته) به طور فعال برای ارائه عایق صدا و پشتیبانی ریزاقلیم همراه با تهویه استفاده می‌شود.
4. خانه هوشمند (ساختمان فکری) - ساختمانی که در آن به کمک فناوری کامپیوتری و اتوماسیون، جریان نور و گرما در اتاق ها و سازه های محصور بهینه می شود.
5. خانه سالم(ساختمان سالم) - ساختمانی که در آن در کنار استفاده از فناوری های صرفه جویی در انرژی و منابع انرژی جایگزین، اولویت با مصالح ساختمانی طبیعی (مخلوط خاک و خاک رس، چوب، سنگ، ماسه و ...) "سالم" باشد. فن آوری های خانگی شامل سیستم های تصفیه هوا از دود مضر، گازها، مواد رادیواکتیو و غیره است.

تاریخچه استفاده از فرم های معماری در عمل معماری.
بیونیک معماری تصادفی به وجود نیامده است. این نتیجه تجربه قبلی استفاده از یک شکل (اغلب تداعی و تقلیدی) برخی از ویژگی ها یا ویژگی های اشکال طبیعت زنده در معماری بود - به عنوان مثال، در تالارهای هیپوستیکی معابد مصری در اقصر و کرناک، سرستون ها و ستون های راسته های باستانی، کلیساهای داخلی گوتیک و غیره.

ستون های سالن هیپواستایل معبد ادفو.

معماری بیونیک اغلب شامل ساختمان‌ها و مجموعه‌های معماری است که به طور ارگانیک در منظر طبیعی قرار می‌گیرند و به قولی ادامه آن هستند. به عنوان مثال، اینها را می توان ساختمان های معمار مدرن سوئیسی پیتر زومتور نامید. همراه با مصالح ساختمانی طبیعی، با عناصر طبیعی از قبل موجود - کوه ها، تپه ها، چمن ها، درختان، عملاً بدون تغییر آنها کار می کند. به نظر می رسد ساختمان های او از روی زمین رشد می کنند، و گاهی اوقات بسیار با آنها ادغام می شوند طبیعت اطرافکه بلافاصله قابل تشخیص نیستند. به عنوان مثال، حمام های حرارتی در سوئیس از بیرون فقط یک منطقه سبز به نظر می رسند.

حمام در Vals. معمار: پیتر زومثور.

از دیدگاه یکی از مفاهیم بیونیک - تصویر یک خانه بوم گردی - حتی خانه های روستایی آشنا برای ما را می توان در زمره معماری بیونیک طبقه بندی کرد. آنها از مواد طبیعی ایجاد شده اند و سازه های روستاهای روستایی همیشه به طور هماهنگ با چشم انداز اطراف ادغام شده اند (بلندترین نقطه روستا کلیسا، دشت ساختمان های مسکونی و غیره است).

گنبد کلیسای جامع فلورانس. معمار: فیلیپو برونلسکی.

ظهور این منطقه در تاریخ معماری همیشه با نوعی نوآوری فنی همراه است: برای مثال، معمار ایتالیایی رنسانس، F. Brunelleschi، پوسته تخم مرغ را به عنوان نمونه اولیه برای ساخت گنبد کلیسای جامع فلورانس انتخاب کرد و لئوناردو داوینچی. در هنگام به تصویر کشیدن و طراحی ساختمان های ساختمانی و نظامی و حتی هواپیما از اشکال طبیعت زنده کپی برداری کرد. به طور کلی پذیرفته شده است که اولین کسی که شروع به مطالعه مکانیک پرواز مدل های زنده "از موقعیت بیونیک" کرد، لئوناردو داوینچی بود که سعی کرد هواپیمای با بال بالدار (پرنده کوپتر) توسعه دهد.

گالری در پارک گوئل. معمار: آنتونیو گائودی.

پورتال مصائب مسیح کلیسای جامع خانواده مقدس (ساگرادا فامیلیا).

پیشرفت در تکنولوژی ساخت و ساز در قرن نوزدهم و بیستم. امکانات فنی جدیدی برای تفسیر معماری طبیعت زنده به وجود آورد. این در آثار بسیاری از معماران منعکس شده است که البته در میان آنها آنتونی گائودی برجسته است - پیشگام استفاده گسترده از بیوفرم ها در معماری قرن بیستم. ساختمان های مسکونی طراحی و ساخته شده توسط A. Gaudi، صومعه گوئل، معروف "ساگرادا فامیلیا" (کلیسای جامع خانواده مقدس، ارتفاع 170 متر) در بارسلون هنوز هم شاهکارهای معماری بی نظیر و در عین حال با استعدادترین و با استعدادترین ها باقی مانده اند. نمونه مشخصی از جذب اشکال طبیعی معماری - کاربرد و توسعه آنها.

کف اتاق زیر شیروانی کازا میلا. معمار: آنتونیو گائودی.

طاق قوسی گالری در Casa Batlló. معمار: آنتونیو گائودی.

آ.گائودی معتقد بود که در معماری نیز مانند طبیعت جایی برای کپی برداری وجود ندارد. در نتیجه، ساختارهای او از نظر پیچیدگی قابل توجه هستند - شما دو قسمت یکسان را در ساختمان های او پیدا نخواهید کرد. ستون‌های آن تنه‌های نخل را با پوست و برگ به تصویر می‌کشند، نرده‌های راه پله شبیه ساقه‌های پیچ‌دار گیاهان هستند و سقف‌های طاق‌دار تاج درختان را بازتولید می‌کنند. گائودی در خلاقیت‌های خود از قوس‌های سهموی، ابرمارپیچ‌ها، ستون‌های شیب‌دار و غیره استفاده کرد و معماری را خلق کرد که هندسه‌اش از خیال‌پردازی‌های معماری هم معماران و هم مهندسان پیشی گرفت. آ. گائودی یکی از اولین کسانی بود که از خصوصیات طراحی بیومرفولوژیکی یک فرم منحنی فضایی استفاده کرد، که به شکل یک سهمی هذلولی از یک پله کوچک آجری تجسم یافت. در همان زمان، گائودی صرفاً اشیاء طبیعی را کپی نکرد، بلکه به طور خلاقانه اشکال طبیعی را تفسیر کرد، نسبت ها و ویژگی های ریتمیک در مقیاس بزرگ را اصلاح کرد.
علیرغم این واقعیت که دامنه معنایی ساختمان های پروتوبیونیک کاملاً چشمگیر و موجه به نظر می رسد، برخی از کارشناسان بیونیک معماری را تنها ساختمان هایی می دانند که صرفاً اشکال طبیعی را تکرار نمی کنند یا از مواد طبیعی ایجاد شده اند، بلکه در طرح های خود ساختارها و اصول طبیعت زنده را در بر می گیرند. .

ساخت برج ایفل. مهندس: گوستاو ایفل.

پروژه پل. معمار: پائولو سولری.

این دانشمندان ترجیح می دهند پروتوبیونیک ساختمان هایی مانند برج ایفل 300 متری توسط مهندس پل A. G. Eiffel را که دقیقاً ساختار استخوان درشت نی انسان را تکرار می کند و پروژه پل معمار P. Soleri را که یادآور یک برگ گرد شده از غلات است بنامند. و بر اساس اصل توزیع مجدد بار در ساقه گیاهان و غیره توسعه یافته است.

پیست دوچرخه سواری در Krylatskoye. معماران: N. I. Voronina و A. G. Ospennikov.

در روسیه، قوانین طبیعت زنده نیز برای ایجاد برخی از اشیاء معماری دوره "پیش پرسترویکا" قرض گرفته شد. به عنوان مثال می توان به برج رادیویی و تلویزیونی Ostankino در مسکو، تاسیسات المپیک - یک مسیر دوچرخه سواری در Krylatskoye، پوشش های غشایی یک استادیوم سرپوشیده در خیابان میرا و یک سالن ورزشی و سرگرمی جهانی در لنینگراد، یک رستوران در پارک پریمورسکی باکو و اتصال آن اشاره کرد. در شهر Frunze - رستوران Bermet و غیره.
از جمله نام معماران مدرنی که در راستای بیونیک معماری فعالیت می کنند، نورمن فاستر (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx)، سانتیاگو کالاتراوا (http://www.calatrava.com/#) /Selected) برجسته کردن %20works/Architecture?mode=english)، نیکلاس گریمشاو (http://grimshaw-architects.com/sectors/)، کن یانگ (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html) وینسنت کالیبو (http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) و غیره.

اگر هر جنبه ای از بیونیک به شما علاقه مند است، برای ما بنویسید تا در مورد آن با جزئیات بیشتری به شما بگوییم!
دفتر معماری "Intera".

بیونیک(از یونانی بیون- عنصر زندگی، به معنای واقعی کلمه - زندگی)، علمی مرز زیست شناسی و فناوری، حل مسائل مهندسی بر اساس مدل سازی ساختار و عملکردهای حیاتی موجودات.

اخیراً علم بیونیک متولد شد (در سال 1960) که هدف آن کمک به انسان در یادگیری "اسرار" طبیعت زنده است. طبیعت مکانیسم‌های غیرعادی کاملی برای زندگی ایجاد کرده است. سرعت و اصل حرکت دلفین ها، نهنگ ها، ماهی مرکب، عنکبوت ها، خال ها، کانگوروها، هنر پرواز پرندگان و حشرات، ویژگی های اندام های بینایی مگس ها، قورباغه ها، اندام های شنوایی چتر دریایی، دانشمندان را جذب می کند. "اسرار" اکولوکتورها خفاش ها، ترمولوکتورهای مار زنگی و غیره و غیره

Bionics در زمینه هایی مانند هواپیماسازی و کشتی سازی، فضانوردی، مهندسی مکانیک، معماری، ساخت ابزار ناوبری، معدن و غیره کاربرد پیدا کرده است.

بیونیک در ساخت و ساز و صنعت

بیایید برخی از دستاوردهای خاص بیونیک را که قبلاً برای اهداف عملی پیاده‌سازی شده‌اند در نظر بگیریم.

پنگوئن‌ها با لغزش در میان برف حرکت می‌کنند و با باله‌های خود به سمت زمین حرکت می‌کنند. ماشین برفی بر اساس همین اصل توسعه داده شددر موسسه پلی تکنیک گورکی دراز کشیدن روی برف با کف پهن، شیار تشکیل نمی دهد، نمی لغزد و گیر نمی کند.

کشتی سازان در سرتاسر جهان مدت هاست که به شکل گلابی شکل سر نهنگ توجه کرده اند که بیشتر از کمان های چاقویی کشتی های مدرن برای حرکت در آب سازگار است. در مقایسه با کشتی های معمولی، کشتی بخار سیتی مقرون به صرفه تر بود.

مخروطی شکل در ساختار تاج ها و تنه درختان، قارچ ها یافت می شود. این دقیقاً همان شکلی است که ترکیبات معدن زغال سنگ دارند. این شکل بهینه برای مقاومت در برابر بارهای باد و گرانش است. معماران اغلب از سازه های مخروطی شکل (برج تلویزیونی Ostankino) استفاده می کنند.

ساختارهای ایجاد شده توسط طبیعت بسیار کامل تر از آنچه که بشر تاکنون می تواند انجام دهد است.

دنیای حیواناتی که در زیر زمین زندگی می کنند غنی و متنوع است. کرم های خاکی و خال ها سازگاری های شگفت انگیزی دارند که با آن گذرگاه های زیرزمینی ایجاد می کنند.

آنها هنگام ایجاد واحدهای حفاری زیرزمینی بسیار مورد توجه هستند. به عنوان مثال، یک مدل اصلی ساخته شده است که با حرکت در زیر زمین مانند یک خال، از تونلی با دیواره های صاف و متراکم می شکند.

Bionics اصل ساختار اندام عقبی را از دوزیستان گرفت. با تجسم این مورد در چنین آیتمی مانند باله.

اینها تنها چند نمونه از نحوه استفاده انسان از مدل های بیولوژیکی است. اما حیوانات همچنین دارای بسیاری از خواص دیگر هستند که مورد استفاده قرار می گیرند یا می توانند توسط انسان ها استفاده شوند: دید اولتراسونیک خفاش ها، اکولوکاسیون دلفین ها (در فاصله 20 تا 30 متر، دلفین به طور دقیق مکانی را نشان می دهد که گلوله ای با قطر 4 در آن قرار دارد. میلی متر افتاد).

2003/10/24، جمعه، 18:10، به وقت مسکو

در دهه گذشته، بیونیک انگیزه قوی برای توسعه جدید دریافت کرده است، زیرا فناوری های مدرن امکان کپی برداری از ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی سابقه ای فراهم می کند. در عین حال، بیونیک مدرن تا حد زیادی نه با طرح‌های روباز گذشته، بلکه با توسعه مواد جدیدی که از آنالوگ‌های طبیعی، روباتیک و اندام‌های مصنوعی کپی می‌کنند، مرتبط است.

مفهوم بیونیک به هیچ وجه جدید نیست. به عنوان مثال، 3000 سال پیش چینی ها سعی کردند روش ساخت ابریشم از حشرات را اتخاذ کنند. اما در پایان قرن بیستم، بیونیک باد دوم پیدا کرد؛ فناوری‌های مدرن امکان کپی برداری از ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی‌سابقه‌ای فراهم می‌کنند. بنابراین، چند سال پیش، دانشمندان توانستند DNA عنکبوت ها را تجزیه و تحلیل کنند و یک آنالوگ مصنوعی از یک تار ابریشمی - کولار ایجاد کنند. این مقاله مروری چندین حوزه امیدوارکننده از بیونیک مدرن را فهرست می‌کند و معروف‌ترین موارد وام گرفتن از طبیعت را ارائه می‌کند.

طبیعت هوشمند

تفاوت اصلی بین سازه های مهندسی انسانی و سازه های ایجاد شده توسط طبیعت در بهره وری انرژی باورنکردنی دومی است. با بهبود و تکامل در طی میلیون ها سال، موجودات زنده یاد گرفته اند که با حداقل مقدار انرژی زندگی، حرکت و تولید مثل کنند. این پدیده بر اساس متابولیسم منحصر به فرد حیوانات و تبادل بهینه انرژی بین آنها است در اشکال مختلفزندگی بنابراین، با وام گرفتن راه حل های مهندسی از طبیعت، می توان به میزان قابل توجهی بهره وری انرژی فناوری های مدرن را افزایش داد.

مواد طبیعی بسیار ارزان و از نظر کمیت فراوان هستند و "کیفیت" آنها بسیار بهتر از مواد ساخته شده توسط انسان است. بنابراین، ماده شاخ گوزن بسیار قوی تر از بهترین نمونه های کامپوزیت سرامیکی است که مردم توانسته اند بسازند. در عین حال، مردم برای به دست آوردن برخی از مواد فوق قوی از فرآیندهای نسبتاً «گنگ» انرژی بر استفاده می کنند و طبیعت آنها را به روش های بسیار هوشمندتر و کارآمدتر می سازد. برای این منظور از مواد طبیعی اطراف (قندها، اسیدهای آمینه، نمکها) استفاده می شود، اما با استفاده از دانش فنی - طراحی اصلی و راه حل های مهندسی، کاتالیزورهای آلی فوق کارآمد که در بسیاری از موارد هنوز در دسترس نیستند. درک انسانی Bionics به نوبه خود دانش طبیعی را مطالعه و کپی می کند.

بیونیک(نام های انگلیسی - "بیومیمتیک") یک جهت علمی و فناوری امیدوارکننده برای وام گرفتن ایده های ارزشمند از طبیعت و اجرای آنها در قالب راه حل های مهندسی و طراحی و همچنین فناوری های جدید اطلاعات است. مورد بیونیکبا نام های مختلف شناخته می شود: به عنوان مثال، در آمریکا اصطلاحی که معمولاً استفاده می شود "بیومیمتیک"، اما گاهی اوقات در مورد آن صحبت می کنند زیست زایی. ماهیت این جهت علمی و فناوری امیدوارکننده، وام گرفتن ایده های ارزشمند از طبیعت و اجرای آنها در قالب راه حل های مهندسی و طراحی اصیل و همچنین فناوری های جدید اطلاعات است. در دهه گذشته، بیونیک انگیزه قابل توجهی برای توسعه جدید دریافت کرده است. این به دلیل این واقعیت است که فناوری های مدرن به سمت سطوح گیگا و نانو حرکت می کنند و امکان کپی برداری از ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی سابقه ای فراهم می کنند. بیونیک مدرن عمدتاً با توسعه مواد جدیدی مرتبط است که آنالوگ های طبیعی، روباتیک و اندام های مصنوعی را کپی می کنند.

طراحی سازه های طبیعی را نیز نمی توان با تلاش های انسان برای طراحی چیزی که ادعا می کند به طور طبیعی موثر است مقایسه کرد. شکل یک شی بیولوژیکی (به عنوان مثال، یک درخت بالغ) معمولاً در نتیجه یک فرآیند سازگار طولانی ایجاد می شود، با در نظر گرفتن چندین سال قرار گرفتن در معرض هر دو حالت دوستانه (به عنوان مثال، حمایت از درختان دیگر در جنگل) و تهاجمی. عوامل. فرآیندهای رشد و توسعه شامل تنظیم تعاملی در سطح سلولی است. همه اینها با هم دوام فوق العاده محصول را در کل تضمین می کند چرخه زندگی. چنین سازگاری در فرآیند شکل دهی منجر به ایجاد یک ساختار تطبیقی ​​منحصر به فرد می شود که در بیونیک نامیده می شود سیستم هوشمند. در عین حال، صنعت ما هنوز به فناوری‌هایی برای ایجاد سیستم‌های هوشمند که با محیط تعامل دارند و می‌توانند با تغییر ویژگی‌های خود سازگار شوند، دسترسی ندارد.

در حال حاضر دانشمندان در تلاشند تا سیستم هایی را با حداقل سازگاری با محیط طراحی کنند. به عنوان مثال، خودروهای مدرن مجهز به سنسورهای متعددی هستند که بار روی اجزای جداگانه را اندازه می‌گیرند و به عنوان مثال می‌توانند به طور خودکار فشار تایر را تغییر دهند. با این حال، توسعه دهندگان و علم تنها در آغاز این سفر طولانی هستند.

وعده سیستم های هوشمند هیجان انگیز است. کامل سیستم هوشمندمی تواند به طور مستقل طراحی خود را بهبود بخشد و شکل آن را به طرق مختلف تغییر دهد، به عنوان مثال، با افزودن مواد از دست رفته به بخش های خاصی از ساختار، تغییر ترکیب شیمیایی اجزای جداگانه و غیره. اما آیا مردم از مشاهده و هوش کافی برای یادگیری از طبیعت برخوردارند؟

توسعه دهندگان دیگر بر روی مطالعه موجودات طبیعی تمرکز می کنند. به عنوان مثال، محققان آزمایشگاه بل (شرکت لوسنت) اخیرا فیبر نوری با کیفیت بالا را در بدن اسفنج‌های اعماق دریا از جنس Euplectellas کشف کردند. با توجه به نتایج آزمایش، مشخص شد که مواد حاصل از اسکلت این اسفنج‌های 20 سانتی‌متری می‌تواند سیگنال دیجیتالی را بدتر از کابل‌های ارتباطی مدرن منتقل کند، در حالی که فیبر نوری طبیعی به دلیل وجود یک ماده آلی بسیار قوی‌تر از فیبر انسانی است. پوسته. دومین ویژگی که دانشمندان را شگفت زده کرد، امکان تشکیل چنین ماده ای در دمای حدود صفر درجه سانتیگراد است، در حالی که کارخانه های لوسنت برای این منظور از پردازش در دمای بالا استفاده می کنند. اکنون دانشمندان به این فکر می کنند که چگونه طول ماده جدید را افزایش دهند، زیرا اسکلت اسفنج های دریایی از 15 سانتی متر تجاوز نمی کند. علاوه بر توسعه مواد جدید، دانشمندان دائماً اکتشافات فناوری را گزارش می کنند که بر اساس "پتانسیل فکری" طبیعت است. به عنوان مثال، در اکتبر 2003، مرکز تحقیقات زیراکس پالو آلتو یک فناوری مکانیزم تغذیه جدید برای دستگاه های کپی و چاپگر توسعه داد. در دستگاه AirJet، توسعه دهندگان رفتار یک دسته موریانه را کپی کردند، جایی که هر موریانه تصمیمات مستقلی می گیرد، اما ازدحام به سمت یک هدف مشترک مانند ساختن یک لانه حرکت می کند. مدار چاپی که در Palo Alto طراحی شده است، دارای چندین نازل هوا است که هر یک به طور مستقل و بدون دستور پردازنده مرکزی عمل می کنند، اما در عین حال به وظیفه کلی جابجایی کاغذ کمک می کنند. دستگاه فاقد قطعات متحرک می باشد که این امر باعث کاهش هزینه تولید می شود. هر مدار چاپی شامل 144 مجموعه از 4 نازل است که در جهات مختلف هدایت می شوند و همچنین 32 هزار سنسور نوری و میکروکنترلر. اما فداکارترین طرفداران بیونیک مهندسانی هستند که ربات ها را طراحی می کنند. امروزه دیدگاه بسیار محبوبی در میان توسعه دهندگان وجود دارد که در آینده ربات ها (جزئیات بیشتر) تنها در صورتی قادر خواهند بود که تا حد امکان شبیه به انسان باشند، به طور موثر عمل کنند. دانشمندان و مهندسان فرض می کنند که باید در محیط های شهری و خانگی، یعنی در فضای داخلی "انسان" - با پله ها، درها و سایر موانع با اندازه خاص، کار کنند. بنابراین، حداقل باید از نظر اندازه و از نظر اصول حرکت با یک فرد مطابقت داشته باشند. به عبارت دیگر، ربات باید دارای پا باشد (چرخ، مسیر و ... برای شهر مناسب نیست). اما طرح پاها را از چه کسی کپی کنیم، اگر نه از حیوانات؟ دانشمندان دانشگاه استنفورد بیشترین پیشرفت را در جهت ایجاد ربات های دوپا عمودی داشته اند. آنها تقریباً سه سال است که بر اساس نتایج مطالعه سیستم حرکتی یک سوسک، با یک ربات مینیاتوری شش پا، شش پا، آزمایش کرده اند. اولین شش پایه در 25 ژانویه 2000 ساخته شد. اکنون طراحی بسیار سریع - با سرعت 55 سانتی متر (بیش از سه طول خود) در ثانیه - اجرا می شود و همچنین با موفقیت بر موانع غلبه می کند. استنفورد همچنین یک مونوپاد پرش یک پا به اندازه انسان ساخته است که قادر است تعادل ناپایدار را در حین پریدن مداوم حفظ کند. همانطور که می دانید، فرد با "سقوط" از یک پا به پا دیگر حرکت می کند و بیشتر زمان را روی یک پا می گذراند. در آینده، دانشمندان از استانفورد امیدوارند که یک ربات دوپا با سیستم راه رفتن شبیه انسان بسازند. اولین نمونه های بیونیک تقریباً هر مشکل تکنولوژیکی که طراحان یا مهندسان با آن روبرو هستند مدتهاست که توسط سایر موجودات زنده با موفقیت حل شده است. به عنوان مثال، تولید کنندگان نوشیدنی بدون الکلآنها دائما به دنبال راه های جدیدی برای بسته بندی محصولات خود هستند. در همان زمان، یک درخت سیب معمولی این مشکل را مدت ها پیش حل کرد. یک سیب 97 درصد آب است که نه در مقوای چوبی، بلکه در پوسته خوراکی بسته بندی شده است که به اندازه کافی اشتها آور است تا حیوانات را برای خوردن میوه و توزیع دانه ها جذب کند. متخصصان بیونیک اینگونه استدلال می کنند. هنگامی که آنها با یک مشکل مهندسی یا طراحی مواجه می شوند، به دنبال راه حلی در "پایه علمی" نامحدود حیوانات و گیاهان می گردند. گوستاو ایفل زمانی که در سال 1889 نقاشی برج ایفل را کشید تقریباً همین کار را انجام داد. این ساختار یکی از اولین نمونه های واضح استفاده از بیونیک در مهندسی به حساب می آید. طراحی برج ایفل بر اساس کار علمیپروفسور سوئیسی آناتومی هرمان فون مایر. 40 سال قبل از ساخت معجزه مهندسی پاریس، پروفسور ساختار استخوانی سر استخوان ران را در محلی که خم می شود و با زاویه وارد مفصل می شود بررسی کرد. و با این حال به دلایلی استخوان زیر وزن بدن نمی شکند. فون مایر کشف کرد که سر استخوان با شبکه پیچیده ای از استخوان های مینیاتوری پوشیده شده است که به لطف آن بار به طرز شگفت انگیزی در سراسر استخوان توزیع می شود. این شبکه ساختار هندسی دقیقی داشت که استاد آن را مستند کرد. در سال 1866، مهندس سوئیسی کارل کولمن، مبنایی نظری برای کشف فون مایر فراهم کرد و 20 سال بعد توزیع بار طبیعی با استفاده از کولیس های منحنی توسط ایفل مورد استفاده قرار گرفت. یکی دیگر از وام های معروف دیگر توسط مهندس سوئیسی ژرژ د مسترال در سال 1955 انجام شد. او اغلب با سگش راه می رفت و متوجه می شد که گیاهان عجیبی دائماً به خز آن می چسبند. مهندس که از مسواک زدن مداوم سگ خسته شده بود، تصمیم گرفت دلیل چسبیدن علف های هرز به خز سگ را بیابد. پس از مطالعه این پدیده، د مسترال تشخیص داد که به لطف قلاب های کوچک روی میوه های کاکلبور (نام این علف هرز) امکان پذیر است. در نتیجه، مهندس به اهمیت کشف خود پی برد و هشت سال بعد اختراع Velcro مناسب را به ثبت رساند، که امروزه به طور گسترده در ساخت نه تنها لباس های نظامی، بلکه غیرنظامی نیز استفاده می شود. طبیعت به مهندسان و دانشمندان فرصت های بی پایانی برای قرض گرفتن فناوری ها و ایده ها ارائه می دهد. قبلاً مردم نمی توانستند آنچه را که به معنای واقعی کلمه جلوی بینی آنها قرار دارد ببینند، اما ابزارهای فنی مدرن و مدل سازی رایانه ای به ما کمک می کند حداقل کمی بفهمیم دنیای اطرافمان چگونه کار می کند و سعی کنیم برخی از جزئیات را برای نیازهای خود کپی کنیم. .

بیونیک که در نیمه دوم قرن بیستم در محافل علمی ظاهر شد؟ بیونیک بر اساس مواد مشاهده ای سیستم های طبیعی برای ایجاد فناوری های مدرن بر اساس آنها است.

کلمه "bionics" ترجمه شده از انگلیسی به معنای "دانش موجودات زنده" است. وظیفه اصلی آن (همانطور که قبلا ذکر شد) شناسایی الگوهای طبیعت زنده و اعمال آنها در سیستم است فعالیت انسانی. برای اولین بار، مشکلات بیونیک، اهداف و کارکردهای آن در سمپوزیوم دیتونا در ایالات متحده شناسایی شد. سپس، در سال 1960، این ادعا به جرأت مطرح شد که فقط مکانیسم های بیولوژیکی می توانند نمونه اولیه واقعی توسعه فنی باشند.

مشکلات و وظایف اصلی بیونیک

1. مشاهده و مطالعه عملکردها و ویژگی های منفرد سیستم ها و اندام های موجودات زنده (مثلاً سیستم عصبی، قلب یا پوست) برای استفاده از دانش کسب شده به عنوان مبنای ایجاد آخرین دستاوردهای فنی: وسایل نقلیه، محاسبات و غیره.
2. مطالعه پتانسیل بیوانرژیک موجودات زنده برای ایجاد موتورهایی بر اساس آنها که می توانند مانند ماهیچه ها به منظور صرفه جویی در انرژی عمل کنند.
3. بررسی فرآیندهای سنتز بیوشیمیایی برای توسعه صنایع شیمیایی برای تولید مواد شوینده و دارویی جدید.

رابطه بین بیونیک و سایر حوزه های دانش بشری

بیونیک به عنوان یک حلقه اتصال بین بسیاری از علوم فنی (الکترونیک، حمل و نقل، فناوری اطلاعات) و علوم طبیعی (پزشکی، زیست شناسی، شیمی) در نظر گرفته می شود.

کارشناسان استدلال می کنند که ترکیب کلیت دانش موجود در یک وحدت معین برای هدف عقلانی آن کاربرد عملیضروری ترین فرآیند برای دنیای مدرن. بیونیک زمانی پدیدار شد که تخصصی شدن شاخه‌های دانش تشدید شد و علم را از وحدت حیاتی محروم کرد.

بنابراین، بیونیک در زیست شناسی جزء ضروری است که به فرد امکان می دهد دانش کسب شده را در ترکیب کیفی آن با ریاضیات، فناوری و شیمی به کار گیرد. ایجاد ارتباطات مشابه بین اطلاعات، منابع فنی و طبیعی بخشی جدایی ناپذیر از تحقیقات بیونیک است.

اگر بیونیک به معنای وسیع آن وسیله ای برای «قرض گرفتن» از طبیعت باشد ایده های درخشانبرای آخرین پیشرفت های علمی، پس به معنای محدودتر می توان در مورد این علم به عنوان یک ارتباط بسیار نزدیک بین زیست شناسی و هوانوردی، سایبرنتیک، علم مواد، ساخت و ساز، تجارت، پزشکی، شیمی، معماری و حتی هنر صحبت کرد. یک متخصص بیونیک باید مشاهدات بیش از حد و همچنین ذهنی تحلیلی داشته باشد تا بتواند به اندازه کافی مواد موجود و جدید به روز شده را از طریق تکامل و قابلیت های فنی ارائه شده توسط توسعه بشر مقایسه کند.

در ادامه گفتگو در مورد معنای محدود بیونیک، می توان در مورد وظیفه ای مانند توسعه جدیدترین روش های استخراج منابع طبیعی و مواد معدنی برای استفاده در تولید صحبت کرد.

علیرغم اینکه بیونیک علم چگونگی استفاده بهتر و منطقی تر از آنچه طبیعت به ما می دهد، یکی از کارکردهای اساسی آن حفاظت از مواد طبیعی به عنوان منبعی تمام نشدنی از منابع و ایده ها برای پیشرفت مستمر جامعه است. برای رسیدن به این هدف، متخصصان بیونیک از سه رویکرد اصلی استفاده می کنند.

1. رویکرد برنامه ریاضی تابعی (مطالعه نمودار فرآیند در حال انجام، ساختار، منشاء و نتایج آن). این رویکرد امکان ساخت یک مدل جدید را با استفاده از ابزارهای موجود فراهم می کند.
2. رویکرد فیزیکوشیمیایی (مطالعه فرآیندهای بیوشیمیایی). این رویکرد به محققان این فرصت را می دهد تا مواد جدید را با استفاده از مکانیسم های ایجاد شده سنتز کنند.
3. کاربرد مستقیم سیستم های بیولوژیکی در یک چارچوب فناوری که مدل سازی معکوس نامیده می شود. اگر در رویکردهای قبلی در مورد استفاده از مواد بیولوژیکی برای ایجاد وسایل فنی جدید صحبت می شد، در اینجا می توان از حل مشکلات و مسائل فنی با جستجوی پاسخ و منابع لازم در محیط زیستی صحبت کرد.

بنابراین، به این سوال که علم بیونیک چه چیزی را به بهترین نحو به شرح زیر پاسخ می دهد. بیونیک جستجوی راه‌ها، ابزارها و امکانات ارتباط بین جنبه‌های زیستی هستی و پیشرفت فناوری با هدف افزایش پیشرفت علمی و در عین حال حفظ منابع طبیعی موجود است.

استولنیکوف ماکسیم

کار تحقیقاتی با موضوع "بیونیک - علم بزرگترین امکانات"

دانلود:

پیش نمایش:

کنفرانس علمی و عملی منطقه ای

در چارچوب مجمع جوانان منطقه ای

"آینده ما هستیم!"

رشته علوم طبیعی (فیزیک، زیست شناسی)

کار تحقیقاتی در مورد موضوع

"بیونیک - علم بزرگترین امکانات"

موسسه آموزشی بودجه شهرداری "مدرسه سازماندهی شده شماره 7" در پتروفسک، منطقه ساراتوف

رهبران:

فیلیانینا اولگا الکساندرونا،

مدرس شیمی و زیست شناسی

گراسیموا ناتالیا آناتولونا،

معلم ریاضی و فیزیک

پتروفسک

آوریل 2014

1. مقدمه ص 3-4
2. از دوران باستان تا مدرنیته. صص 5-6
3. بخش های بیونیک:

3.1. بیونیک معماری و ساخت و ساز; صص 6-8

3.2. بیومکانیک؛ صص 8-12

3.3. نوروبیونیک صص 13-14

4. چیزهای کوچک بزرگ، "دیده شده از طبیعت". ص 14-15

5. نتیجه گیری صفحه 16

6. ادبیات و منابع اینترنتی مورد استفاده. صفحه 16

پرنده -

فعال

طبق قانون ریاضی

ابزار،

برای انجام آن،

در قدرت انسان...

لئوناردو داوینچی.

آیا دوست دارید با یک پرش بر فراز اتومبیل ها پرواز کنید، مانند مرد عنکبوتی حرکت کنید، دشمنان را چندین کیلومتر دورتر ببینید و تیرهای فولادی را با دستان خود خم کنید؟ ما باید فرض کنیم که بله، اما، افسوس، این غیر واقعی است. فعلا غیر واقعیه...

از زمان پیدایش جهان، انسان به چیزهای زیادی علاقه مند بوده است: چرا آب خیس است، چرا روز به دنبال شب می آید، چرا بوی گل را استشمام می کنیم و... طبیعتاً انسان سعی کرد برای این موضوع توضیحی بیابد. اما هر چه بیشتر یاد می گرفت، سؤالات بیشتری در او ایجاد می شد: آیا یک شخص می تواند مانند یک پرنده پرواز کند، مانند یک ماهی شنا کند، چگونه حیوانات از نزدیک شدن یک طوفان، در مورد یک زلزله قریب الوقوع، در مورد فوران آتشفشانی آینده "می دانند". آیا امکان ایجاد هوش مصنوعی وجود دارد؟

سؤالات «چرا» زیادی وجود دارد؛ اغلب این سؤالات به صورت علمی تفسیر نمی شوند و باعث ایجاد داستان و خرافات می شوند. برای انجام این کار، شما باید دانش خوبی در بسیاری از زمینه ها داشته باشید: فیزیک و شیمی، نجوم و زیست شناسی، جغرافیا و بوم شناسی، ریاضیات و فناوری، پزشکی و فضا.

آیا علمی وجود دارد که همه چیز را با هم ترکیب کند و بتواند ناسازگار را با هم ترکیب کند؟ معلوم می شود که وجود دارد!

مورد تحقیقات من - علم بیونیک - " BIO Logia» و «Tech NIKA».

هدف کار پژوهشی:نیاز به ظهور علم بیونیک، قابلیت ها و محدودیت های کاربرد آن.

برای این کار می توانید یک ردیف قرار دهیدوظایف:

1. دریابید که "بیونیک" چیست.

2. تاریخچه توسعه علم "بیونیک" را دنبال کنید: از دوران باستان تا مدرنیته و ارتباط آن با سایر علوم.

3. بخش های اصلی بیونیک را شناسایی کنید.

4. آنچه ما باید به خاطر آن از طبیعت تشکر کنیم: احتمالات باز و اسرار بیونیک.

روش های پژوهش:

نظری:

- مطالعه مقالات علمی، ادبیات در مورد موضوع.

کاربردی:

مشاهده؛

تعمیم.

اهمیت عملی

من فکر می کنم که کار من برای طیف گسترده ای از دانش آموزان و معلمان مفید و جالب خواهد بود، زیرا همه ما طبق قوانینی که آن ایجاد کرده در طبیعت زندگی می کنیم. یک فرد فقط باید با مهارت بر دانش تسلط یابد تا تمام نکات طبیعت را به فناوری ترجمه کند و اسرار آن را فاش کند.

از دوران باستان تا دوران مدرن

بیونیک، یک علم کاربردی که امکان ترکیب موجودات زنده و وسایل فنی را مطالعه می کند، امروزه با سرعتی بسیار سریع در حال توسعه است.

میل به داشتن توانایی‌هایی که از توانایی‌هایی که طبیعت به ما داده است فراتر می‌رود، در اعماق هر فرد نشسته است - هر مربی تناسب اندام یا جراح پلاستیک این را تأیید می‌کند. بدن ما سازگاری باورنکردنی دارد، اما کارهایی وجود دارد که نمی توانند انجام دهند. به عنوان مثال، ما نمی دانیم چگونه با کسانی که گوششان خارج از گوش است صحبت کنیم، ما قادر به پرواز نیستیم. به همین دلیل ما به تلفن و هواپیما نیاز داریم. مردم برای جبران نواقص خود از مدت ها پیش از وسایل مختلف "خارجی" استفاده می کردند، اما با پیشرفت علم، ابزارها به تدریج کوچکتر شدند و به ما نزدیک شدند.

علاوه بر این، همه می دانند که اگر اتفاقی برای بدن او بیفتد، پزشکان با استفاده از مدرن ترین فناوری های پزشکی "تعمیرات" را انجام می دهند.

اگر این دو مفهوم ساده را کنار هم بگذاریم، می‌توانیم ایده گام بعدی در تکامل انسان را به دست آوریم. در آینده، پزشکان نه تنها قادر خواهند بود ارگانیسم‌های "آسیب دیده" یا "از کار افتاده" را بازیابی کنند، بلکه شروع به بهبود فعال مردم خواهند کرد و آنها را قوی‌تر و سریع‌تر از مدیریت طبیعت خواهند کرد. این دقیقاً ماهیت بیونیک است و امروز ما در آستانه ظهور نوع جدیدی از افراد ایستاده ایم. شاید یکی از ما تبدیل به آن شود...

لئوناردو داوینچی را مولد علم بیونیک می دانند. نقشه ها و نمودارهای او از هواپیما بر اساس ساختار بال پرنده بود. در زمان ما، طبق نقشه های لئوناردو داوینچی، مدل سازی بارها و بارها انجام شداورنیتوپترا (از یونانی órnis، جنسیت órnithos - پرنده و pterón - بال)،چرخ طیار ، یک هواپیمای سنگین تر از هوا با بال های تکان دهنده). در میان موجودات زنده، به عنوان مثال، پرندگان از حرکات تکان دادن بال های خود برای پرواز استفاده می کنند.

از میان دانشمندان مدرن می توان نام اوسیپ ام.آر. دلگادو را نام برد.

او با کمک دستگاه های رادیویی-الکترونیکی خود به بررسی ویژگی های عصبی و فیزیکی حیوانات پرداخت. و بر اساس آنها سعی کردم الگوریتم هایی برای کنترل موجودات زنده ایجاد کنم.

بیونیک (از یونانی Biōn - عنصر زندگی، به معنای واقعی کلمه - زندگی)، علمی مرز زیست شناسی و فناوری، حل مسائل مهندسی بر اساس مدل سازی ساختار و عملکردهای حیاتی موجودات. بیونیک ارتباط نزدیکی با زیست شناسی، فیزیک، شیمی، سایبرنتیک و علوم مهندسی - الکترونیک، ناوبری، ارتباطات، امور دریایی و غیره دارد. /BSE.1978/

سال رسمی تولد بیونیک در نظر گرفته می شود 1960 دانشمندان بیونیک یک چاقوی جراحی و یک آهن لحیم کاری را که با یک علامت انتگرال به هم متصل شده اند را به عنوان نماد خود انتخاب کردند و شعار آنها این است:نمونه های زنده کلید فناوری جدید هستند».

بسیاری از مدل‌های بیونیک، قبل از اینکه پیاده‌سازی فنی را دریافت کنند، زندگی خود را بر روی رایانه آغاز می‌کنند، جایی که برنامه کامپیوتری– مدل بیونیک

امروزه بیونیک چندین جهت دارد.

بخش های بیونیک

1. بیونیک معماری و ساخت و ساز.

نمونه بارز بیونیک معماری و ساخت و ساز - کاملقیاس ساختار ساقه غلاتو ساختمان های مرتفع مدرن. ساقه های گیاهان غلات قادر به تحمل بارهای سنگین بدون شکستن زیر وزن گل آذین هستند. اگر باد آنها را به زمین خم کند، به سرعت موقعیت عمودی خود را باز می گرداند. راز چیست؟ به نظر می رسد که ساختار آنها شبیه به طراحی ساختمان های مرتفع مدرن است.لوله های کارخانه - یکی از آخرین دستاوردهای اندیشه مهندسی.

معماران معروف اسپانیایی M.R. Cervera و H. Ploz، از طرفداران فعال بیونیک، در سال 1985 شروع به تحقیق در مورد "ساختارهای پویا" کردند و در سال 1991 آنها "انجمن حمایت از نوآوری در معماری" را سازماندهی کردند. گروهی تحت رهبری آنها که شامل معماران، مهندسان، طراحان، زیست شناسان و روانشناسان بودند، این پروژه را توسعه دادند.شهر برج بیونیک عمودی" در 15 سال، یک شهر برج باید در شانگهای ظاهر شود (طبق گفته دانشمندان، در 20 سال جمعیت شانگهای می تواند به 30 میلیون نفر برسد). شهر برج برای 100 هزار نفر طراحی شده است، این پروژه بر اساس "اصل ساخت و ساز چوب" است.

شهر برج شکل خواهد داشتسرو ارتفاع 1128 متر با دور قاعده 133 در 100 متر و در عریض ترین نقطه 166 در 133 متر. برج 300 طبقه خواهد داشت و در 12 بلوک عمودی 80 طبقه قرار می گیرد.

به مناسبت صدمین سالگرد انقلاب فرانسه، نمایشگاهی جهانی در پاریس برپا شد. در محوطه این نمایشگاه قرار بود برجی برپا شود که نماد عظمت باشد انقلاب فرانسه، و آخرین پیشرفت های تکنولوژی. بیش از 700 پروژه به مسابقه ارسال شد که بهترین پروژه به عنوان پروژه مهندس پل الکساندر گوستاو ایفل شناخته شد. در پایان قرن نوزدهم، این برج که به نام خالق آن نامگذاری شده است، تمام جهان را با روباز و زیبایی خود شگفت زده کرد. این برج 300 متری به نوعی نماد پاریس شده است. شایعاتی وجود داشت مبنی بر اینکه این برج بر اساس نقشه های یک دانشمند ناشناس عرب ساخته شده است. و تنها پس از بیش از نیم قرن، زیست شناسان و مهندسان به کشف غیرمنتظره ای دست یافتند: طراحیبرج ایفل دقیقاً ساختار بزرگ را تکرار می کندساق پا ، وزن بدن انسان را به راحتی تحمل می کند. حتی زوایای بین سطوح باربر منطبق است. این یکی دیگر است مثال گویابیونیک در عمل

در بیونیک معماری و ساخت و ساز، توجه زیادی به فناوری های جدید ساخت و ساز می شود. به عنوان مثال، در زمینه توسعه فناوری های ساخت و ساز کارآمد و بدون زباله، یک جهت امیدوار کننده ایجاد استساختارهای لایه ای. ایده از آن وام گرفته شده استنرم تنان اعماق دریا. پوسته‌های بادوام آن‌ها، مانند پوسته‌های آبالون گسترده، از صفحات سخت و نرم متناوب تشکیل شده است. هنگامی که یک صفحه سخت ترک می خورد، تغییر شکل توسط لایه نرم جذب می شود و ترک بیشتر نمی شود. از این فناوری می توان برای پوشش خودروها نیز استفاده کرد.

2. بیومکانیک

مکان یاب های طبیعت فشارسنج ها و لرزه نگارهای زنده

پیشرفته ترین تحقیقات در بیونیک توسعه ابزارهای بیولوژیکی برای تشخیص، ناوبری و جهت یابی است. مجموعه ای از مطالعات مربوط به مدل سازی عملکردها و ساختارهای مغز حیوانات عالی و انسان. ایجاد سیستم های کنترل بیوالکتریک و تحقیق در مورد مشکل "انسان- ماشین". این مناطق ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. چرا طبیعت در سطح کنونی توسعه فناوری بسیار جلوتر از انسان است؟

از دیرباز مشخص شده است که پرندگان، ماهی ها و حشرات نسبت به تغییرات آب و هوایی بسیار حساس و دقیق واکنش نشان می دهند. پرواز کم پرستوها یک طوفان رعد و برق را پیش بینی می کند. با تجمع چتر دریایی در نزدیکی ساحل، ماهیگیران متوجه می شوند که می توانند به ماهیگیری بروند، دریا آرام می شود.

حیوانات - "بیوسینوپتیک"طبیعتاً دارای "دستگاه های فوق العاده حساس" منحصر به فردی هستند. وظیفه بیونیک تنها یافتن این مکانیسم ها نیست، بلکه درک عملکرد آنها و بازآفرینی آن در آن است مدارهای الکترونیکی، دستگاه ها، سازه ها

کاوش مجتمع سیستم ناوبریماهی ها و پرندگانی که هزاران کیلومتر را در طول مهاجرت طی می کنند و بدون اشتباه به مکان های خود برای تخم ریزی، زمستان گذرانی و پرورش جوجه ها بازمی گردند، به توسعه سیستم های ردیابی، هدایت و تشخیص اشیا بسیار حساس کمک می کند.

بسیاری از موجودات زنده دارای سیستم های تحلیلی هستند که انسان از آن بی بهره است. به عنوان مثال، ملخ ها در قسمت دوازدهم شاخک دارای غده ای هستند که تشعشعات مادون قرمز را حس می کند. کوسه‌ها و پرتوها کانال‌هایی روی سر و جلوی بدن دارند که تغییرات دمایی 0.10 درجه سانتی‌گراد را درک می‌کنند. حلزون‌ها، مورچه‌ها و موریانه‌ها دستگاه‌هایی دارند که تشعشعات رادیواکتیو را درک می‌کنند. بسیاری به تغییرات میدان مغناطیسی واکنش نشان می دهند (عمدتاً پرندگان و حشرات که مهاجرت های طولانی مدت انجام می دهند). جغدها، خفاش ها، دلفین ها، نهنگ ها و بیشتر حشرات ارتعاشات مادون صوت و مافوق صوت را درک می کنند. چشم زنبور عسل به نور فرابنفش و سوسک به مادون قرمز واکنش نشان می دهد.

اندام حساس به حرارت مار زنگی تغییرات دمایی 0.0010 درجه سانتیگراد را تشخیص می دهد. اندام الکتریکی ماهی (اشعه، مارماهی الکتریکی) پتانسیل 0.01 میکروولت را درک می کند، چشمان بسیاری از حیوانات شبانه به تک کوانتای نور واکنش نشان می دهد، ماهی تغییر غلظت یک ماده در آب را 1 میلی گرم بر متر مکعب (=1) حس می کند. میکروگرم در لیتر).

سیستم های جهت گیری فضایی بسیار بیشتری وجود دارد که ساختار آنها هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته است: زنبورها و زنبورها به خوبی توسط خورشید جهت گیری می کنند، پروانه های نر (به عنوان مثال، چشم طاووس شب، پروانه شاهین سر مرگ و غیره) یک ماده را پیدا می کنند. مسافت 10 کیلومتر لاک پشت های دریایی و بسیاری از ماهی ها (مارماهی، ماهیان خاویاری، ماهی قزل آلا) چندین هزار کیلومتر از سواحل بومی خود شنا می کنند و بدون تردید به همان جایی که سفر زندگی خود را آغاز کرده بودند، بازمی گردند و تخم گذاری می کنند و تخم ریزی می کنند. فرض بر این است که آنها دارای دو سیستم جهت گیری هستند - دور، توسط ستارگان و خورشید، و نزدیک، با بوی (شیمی آب های ساحلی).

خفاش ها، به عنوان یک قاعده، کوچک هستند و، راستش را بخواهید، برای بسیاری از ما موجودات ناخوشایند و حتی دافعه ای هستند. اما این اتفاق افتاد که با آنها با تعصب رفتار کنیم، که اساس آن، به عنوان یک قاعده، انواع مختلف افسانه ها و باورها است که زمانی که مردم به ارواح و ارواح شیطانی اعتقاد داشتند، شکل گرفتند.

خفاش یک شی منحصر به فرد برای دانشمندان بیوآکوستیک است. او می تواند کاملا آزادانه در تاریکی کامل حرکت کند، بدون اینکه به موانع برخورد کند. علاوه بر این، با داشتن بینایی ضعیف، خفاش حشرات کوچک را در پرواز تشخیص می دهد و می گیرد، پشه پرنده را از لکه ای که در باد عجله می کند، حشره خوراکی را از یک کفشدوزک بی مزه تشخیص می دهد.

دانشمند ایتالیایی لازارو اسپالانزانی برای اولین بار در سال 1793 به این توانایی غیرعادی خفاش ها علاقه مند شد. در ابتدا سعی کرد دریابد که حیوانات مختلف از چه راه هایی در تاریکی راه خود را پیدا می کنند. او موفق شد ایجاد کند: جغدها و دیگر موجودات شبانه به خوبی در تاریکی می بینند. درست است، در تاریکی کامل آنها نیز، همانطور که معلوم است، درمانده می شوند. اما وقتی او شروع به آزمایش با خفاش کرد، متوجه شد که چنین تاریکی کامل مانعی برای آنها نیست. سپس اسپالانزانی فراتر رفت: او به سادگی بینایی چندین خفاش را از بین برد. و چی؟ این چیزی در رفتار آنها تغییر نکرد؛ آنها به همان اندازه در شکار حشرات عالی بودند که افراد بینا. اسپالانزانی وقتی شکم موش های آزمایشی را باز کرد به این موضوع متقاعد شد.

علاقه به راز افزایش یافت. به خصوص پس از اینکه اسپالانزانی با آزمایشات زیست شناس سوئیسی چارلز جورین آشنا شد، او در سال 1799 به این نتیجه رسید که خفاش ها می توانند بدون بینایی کار کنند، اما هرگونه آسیب جدی شنوایی برای آنها کشنده است. به محض اینکه گوش های خود را با لوله های مسی مخصوص بستند، کورکورانه و تصادفی شروع به برخورد با تمام موانعی کردند که در مسیرشان ظاهر می شد. در کنار این، تعدادی آزمایش مختلف نشان داده است که اختلال در عملکرد اندام های بینایی، لامسه، بویایی و چشایی هیچ تاثیری بر پرواز خفاش ها ندارد.

آزمایشات اسپالانزانی بدون شک چشمگیر بود، اما آنها به وضوح از زمان خود جلوتر بودند. اسپالانزانی نتوانست به سوال اصلی و کاملاً علمی درست پاسخ دهد: اگر شنیدن یا بینایی نیست، در این صورت چه چیزی به خفاش ها کمک می کند تا اینقدر خوب در فضا حرکت کنند؟

در آن زمان، آنها چیزی در مورد سونوگرافی نمی دانستند، یا اینکه حیوانات می توانند اندام های دیگر (سیستم) ادراک داشته باشند، نه فقط گوش و چشم. به هر حال، با این روحیه بود که برخی از دانشمندان سعی کردند آزمایش های اسپالانزانی را توضیح دهند: آنها می گویند، خفاش ها حس لامسه ظریفی دارند که اندام های آن به احتمال زیاد در غشای بال های آنها قرار دارد ...

نتیجه نهایی این بود که آزمایش های اسپالانزانی برای مدت طولانی فراموش شد. تنها در زمان ما، بیش از صد سال بعد، به اصطلاح "مشکل اسپالانزانی خفاش ها" که خود دانشمندان آن را نامیده اند، حل شد. این به لطف ظهور ابزارهای تحقیقاتی جدید مبتنی بر الکترونیک امکان پذیر شد.

فیزیکدان دانشگاه هاروارد، جی. پیرس، توانست کشف کند که خفاش ها صداهایی تولید می کنند که فراتر از آستانه شنوایی گوش انسان است.

عناصر آیرودینامیک

بنیانگذار آیرودینامیک مدرن N. E. Zhukovsky به دقت مکانیسم پرواز پرندگان و شرایطی را که به آنها اجازه می دهد در هوا پرواز کنند مورد مطالعه قرار داد. بر اساس مطالعه پرواز پرندگان، هوانوردی پدیدار شد.

حشرات حتی ماشین های پرنده پیشرفته تری در طبیعت دارند. از نظر کارایی پرواز، سرعت نسبی و قدرت مانور، ماهیت مشابهی ندارند. ایده خلقت هواپیما، که بر اساس اصل پرواز حشرات خواهد بود، در انتظار مجوز آن است. برای جلوگیری از ایجاد ارتعاشات مضر در طول پرواز، حشرات سریع پرواز دارای ضخامت کیتین در انتهای بال های خود هستند. اکنون طراحان هواپیما از دستگاه های مشابهی برای بال های هواپیما استفاده می کنند و در نتیجه خطر لرزش را از بین می برند.

پیشرانه جت.

نیروی محرکه جت، که در هواپیماها، موشک ها و فضاپیماها استفاده می شود، نیز از ویژگی های سرپایان - اختاپوس، ماهی مرکب، ماهی مرکب است. پیشرانه جت ماهی مرکب بیشترین علاقه را به فناوری دارد. در اصل، ماهی مرکب دو مکانیسم رانش اساساً متفاوت دارد. هنگامی که به آرامی حرکت می کند، از یک باله الماس شکل بزرگ استفاده می کند که به طور دوره ای خم می شود. برای پرتاب سریع، حیوان از نیروی محرکه جت استفاده می کند. بافت عضلانی - گوشته بدن نرم تن را از هر طرف احاطه کرده است، حجم آن تقریباً نصف حجم بدن آن است. با روش شنای جت، حیوان از طریق شکاف گوشته آب را به داخل حفره گوشته می مکد. حرکت ماهی مرکب با پرتاب یک جریان آب از طریق یک نازل باریک (قیف) ایجاد می شود. این نازل مجهز به یک دریچه مخصوص است و ماهیچه ها می توانند آن را بچرخانند و در نتیجه جهت حرکت را تغییر دهند. سیستم محرکه ماهی مرکب بسیار مقرون به صرفه است و به لطف آن می تواند به سرعت 70 کیلومتر در ساعت برسد، برخی از محققان معتقدند حتی تا 150 کیلومتر در ساعت.

هواپیمای آبی شکل بدن شبیه دلفین است. گلایدر زیبا است و به سرعت سوار می شود و این توانایی را دارد که به طور طبیعی مانند دلفین در امواج بازی کند و باله خود را تکان دهد. بدنه از پلی کربنات ساخته شده است. موتور بسیار قوی است. اولین دلفین از این دست توسط Innespace در سال 2001 ساخته شد.

در طول جنگ جهانی اول، ناوگان بریتانیا متحمل خسارات زیادی به دلیل زیردریایی های آلمانی شد. لازم بود یاد بگیریم که چگونه آنها را شناسایی و ردیابی کنیم. برای این منظور دستگاه های خاصی ساخته شده است.هیدروفون ها این دستگاه ها قرار بود زیردریایی های دشمن را با صدای پروانه ها شناسایی کنند. آنها بر روی کشتی ها نصب می شدند، اما در حالی که کشتی در حال حرکت بود، حرکت آب در سوراخ دریافت هیدروفون صدایی ایجاد کرد که صدای زیردریایی را خاموش کرد. رابرت وود، فیزیکدان، به مهندسان پیشنهاد کرد... از فوک‌هایی که هنگام حرکت در آب خوب می‌شنوند یاد بگیرند. در نتیجه سوراخ گیرنده هیدروفون شکل گرفت گوشمهر و موم شد و هیدروفون ها حتی با سرعت کامل کشتی شروع به "شنیدن" کردند.

3. نوروبیونیک.

چه پسری علاقه ای به بازی با ربات یا تماشای فیلمی درباره ترمیناتور یا ولورین ندارد؟ متعهدترین بیونیکیست ها مهندسانی هستند که ربات ها را طراحی می کنند. این دیدگاه وجود دارد که در آینده ربات‌ها تنها در صورتی قادر خواهند بود که تا حد امکان شبیه انسان باشند. توسعه دهندگان بیونیک از این واقعیت نتیجه می گیرند که روبات ها باید در شرایط شهری و خانگی کار کنند، یعنی در یک محیط "انسانی" با پله ها، درها و سایر موانع با اندازه خاص. بنابراین، حداقل باید از نظر اندازه و از نظر اصول حرکت با یک فرد مطابقت داشته باشند. به عبارتی ربات باید پا داشته باشد و چرخ و پیست و ... اصلا مناسب شهر نیست. و طرح پاها را از چه کسی کپی کنیم، اگر نه از حیوانات؟ یک روبات شش پا (هگزاپاد) مینیاتوری با طول حدود 17 سانتی متر از دانشگاه استنفورد در حال حاضر با سرعت 55 سانتی متر بر ثانیه می دود.

قلب مصنوعی از مواد بیولوژیکی ساخته شده است. جدید کشف علمیمی تواند به کمبود اعضای اهدا کننده پایان دهد.

گروهی از محققان دانشگاه مینه‌سوتا در تلاش برای ایجاد یک روش اساسی جدید برای درمان 22 میلیون نفر هستند - این تعداد از مردم جهان با بیماری قلبی زندگی می‌کنند. دانشمندان موفق شدند سلول های عضلانی را از قلب خارج کنند و فقط قاب دریچه های قلب را حفظ کنند رگ های خونی. سلول های جدید به این قاب پیوند زده شد.

پیروزی بیونیک - یک دست مصنوعی. دانشمندان مؤسسه توانبخشی شیکاگو موفق به ایجاد پروتز بیونیک شدند که به بیمار اجازه می دهد نه تنها با افکار خود دست را کنترل کند، بلکه برخی از احساسات را نیز تشخیص دهد. صاحب دست بیونیک کلودیا میچل، افسر سابق ارتش بود. نیروی دریاییایالات متحده آمریکا. در سال 2005، میچل در یک تصادف مجروح شد. جراحان مجبور به قطع عضو شدند دست چپمیچل تا شانه اش. در نتیجه، اعصابی که می‌توانستند برای کنترل پروتز استفاده شوند، بلااستفاده رها شدند.

چیزهای کوچک بزرگ "دیده شده از طبیعت"

قرض معروف توسط مهندس سوئیسی جورج دی انجام شد
Mestral در سال 1955. او اغلب با سگش راه می رفت و متوجه می شد که گیاهان عجیبی دائماً به خز آن می چسبند. پس از مطالعه این پدیده، د مسترال تشخیص داد که به لطف قلاب های کوچک روی میوه های کاکلبور (باباآدم) امکان پذیر است. در نتیجه، مهندس به اهمیت کشف خود پی برد و هشت سال بعد یک "Velcro" مناسب را به ثبت رساند.

مکنده ها هنگام مطالعه اختاپوس ها اختراع شدند.

تولید کنندگان نوشابه دائما به دنبال راه های جدیدی برای بسته بندی محصولات خود هستند. در همان زمان، یک درخت سیب معمولی این مشکل را مدت ها پیش حل کرد. یک سیب 97 درصد آب است که نه در مقوای چوبی، بلکه در پوسته خوراکی بسته بندی شده است که به اندازه کافی اشتها آور است تا حیوانات را برای خوردن میوه و توزیع دانه ها جذب کند.

تارهای عنکبوت، خلقت شگفت انگیز طبیعت، توجه مهندسان را به خود جلب کرده است. وب نمونه اولیه برای ساخت یک پل بر روی کابل های بلند انعطاف پذیر بود و بدین ترتیب آغاز ساخت پل های معلق قوی و زیبا بود.

اکنون نوع جدیدی از سلاح ساخته شده است که می تواند با استفاده از امواج فراصوت به نیروهای دشمن ضربه وارد کند. این اصل نفوذ از ببرها وام گرفته شده است. غرش یک شکارچی حاوی فرکانس های بسیار پایینی است که اگرچه توسط انسان به عنوان صدا درک نمی شود، اما تأثیر فلج کننده ای روی آنها دارد.

سوزن scarifier برای خون گیری استفاده می شود که بر اساس این اصل طراحی شده است که ساختار دندان ثنایا را کاملاً تکرار می کند. خفاشکه نیش آن بدون درد و همراه با خونریزی شدید است.

سرنگ پیستونی که برای ما آشناست از دستگاه مکیدن خون - پشه و کک تقلید می کند که نیش هر فرد با آن آشنا است.

چترهای کرکی از سقوط دانه های قاصدک به زمین جلوگیری می کنند، درست مانند چتر نجات از سقوط یک فرد.

نتیجه.

پتانسیل بیونیک واقعا نامحدود است...

بشریت در تلاش است تا نگاه دقیق‌تری به روش‌های طبیعت بیندازد تا از آن‌ها در فناوری استفاده خردمندانه کند. طبیعت مانند یک دفتر مهندسی عظیم است که همیشه راه درستی برای خروج از هر موقعیتی دارد. انسان مدرن نباید طبیعت را نابود کند، بلکه آن را الگو قرار دهد. طبیعت با تنوع گیاهی و جانوری خود می تواند به فرد کمک کند تا راه حل فنی مناسب برای مسائل پیچیده و راهی برای خروج از هر موقعیتی پیدا کند.

برای من خیلی جالب بود که روی این موضوع کار کنم. در آینده، من به کار بر روی مطالعه دستاوردهای بیونیک ادامه خواهم داد.

طبیعت به عنوان یک استاندارد - و بیونیک وجود دارد!

ادبیات:

1. بیونیک. V. Martek, ed.: Mir, 1967

2. بیونیک چیست. سری "کتابخانه علوم مردمی". آستاشنکوف P.T. م.، وونیزدات، 1963

3. بیونیک معماری Yu.S. لبدف، وی. آی رابینوویچ و دیگران. مسکو، استروییزدات، 1990. 4.

منابع اینترنتی مورد استفاده

Htth://www/cnews/ru/news/top/index. Shtml 2003/08/21/147736;

Bio-nika.narod.ru

www.computerra.ru/xterra

- http://ru.wikipedia.org/ ویکی/بیونیک

Www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

Http://factopedia.ru/publication/4097

Http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

http://novostey.com

Http://images.yandex.ru/yandsearch

Http://school-collection.edu.ru/catalog