проект Котельников Даниил. Бионика наука будущего
 Скачать 36.01 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение «Хакасский государственный университет им Н.Ф. Катанова» (ФГБОУ ВО «ХГУ им. Н.Ф. Катанова») Институт непрерывного педагогического образования Колледж педагогического образования, информатики и права ПЦК социально-экономических, юридических дисциплин и делопроизводства Специальность 40.02.01 Право и организация социального обеспечения Индивидуальный проект на тему: «Бионика – наука будущего» Выполнил: Котельников Даниил Александрович Группа: П-11 Курс: 1 Форма обучения: очная Научный руководитель: -  Абакан 2022 Оглавление
Введение Актуальность исследования: исследования определяется низким уровнем знаний людей о прикладных биологических науках, глубине познания природы и применении этих знаний в современном мире. В связи с тем, что наука не стоит на месте, наука такая как “Бионика” стремительно развивается, компании которые занимаются разработками механически частями тела, получают большое финансирование, и поддержку государства. Многие люди не встречались с новыми неорганическими частями тела, и я хочу своей работой привлечь к этой науке как можно больше новых людей. Объект исследования: биология. Предмет исследования: бионика. Цель исследования: рассмотреть возможности бионики как науки, и определить направления развития в будущем. Задачи исследования: 1. Рассмотреть бионику как науку, и выделить основные разделы. 2.Проследить историю развития науки «Бионики»: от древности к современности и ее взаимосвязь с другими науками. 3. Изучить открытые возможности и загадки бионики. Методы исследования: Теоретические: - изучение научных статей, литературы по теме. Практические: - наблюдение; - обобщение. Практическая значимость: Я думаю, что моя работа будет полезна и интересна широкому кругу у учащихся, педагогов, так как все мы живем в природе по законам, которые она создала. Человек должен лишь умело владеть знаниями, чтобы воплотить в технике все подсказки природы и раскрыть ее тайны. У бионики большое будущее! Применение бионики в медицине даёт возможность спасти жизнь многим пациентам. Не прекращаясь, ведутся работы по созданию искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека. Глава 1. Бионика как раздел биологии Понятие бионики и ее разделов Бионика (от греч. Biōn – элемент жизни, буквально – живущий) – наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика – прикладная наука, изучающая возможности использования в технике кибернетических, конструкционных и энергетических принципов, которые реализованы в живых системах. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими. Биомиметика В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от лат. bios — жизнь, и mimesis — подражание) в значении — подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля. Данный проект учит быть внимательными к природе, к тем секретам, которыми она щедро делится с нами. Получилось очень наглядно и интересно. Нужно отметить отсутствие аналогичных работ. Тема не «избита» и вызывает интерес. Самая удивительная лаборатория — это живая природа. В этой лаборатории на протяжении сотен миллионов лет идет кропотливая работа: благодаря наследственности и изменчивости организмов в результате естественного отбора совершенствуются те качества и свойства животных и растений, которые лучше всего соответствуют условиям окружающей среды. Так постепенно достигается поразительная приспособленность к окружающим условиям. Человек давно не только удивляется этому совершенству природы и восхищается им, но и учится у природы, подражает ей. История появления бионики Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. Секрет полёта он искал в природе, которая создаёт оптимальные формы, выполняющие те или иные функции: подолгу наблюдал за «живыми машинами» — свободно парящими в небе птицами, описывал их движения. В его зарисовках есть траектория поднимающейся ввысь птицы представляющая собой винтообразную кривую. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера, или махолета, летательного аппарата тяжелее воздуха с машущими крыльями). Среди живых существ маховыми движениями крыльев для полёта пользуются, например, птицы. Да Винчи не раз возвращался к решению задачи полета. Безуспешно. В итоге он решил воспроизвести самый простой способ полёта птиц — придумал планер, парящий за счёт воздушных потоков. Исследуя проблему полёта, он интересовался буквально всем, даже такой мелочью, как звук, производимый крыльями мухи! Геликоид Леонардо да Винчи. Цилиндрическая винтовая линия может перемещаться вдоль самой себя. Она определяет кратчайший путь между двумя точками разных образующих на поверхности цилиндра. Аналогичными свойствами обладает геликоид. Он скользит сам по себе и имеет минимальную площадь при заданной внешней границе. Простота, гибкость, динамичность, «экономичность» — благодаря этим свойствам винтовые формы распространены в природе (вспомним хотя бы «двойную спираль» молекулы ДНК и вьющиеся растения) и широко применяются на практике, особенно в технике (от пружины и штопора — до шнека мясорубки и гребного винта). 2. Исследование загадок и выделить основные разделы бионики 2.1. Основные направления работ по бионике Сегодня бионика имеет несколько направлений: 1. Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. Яркий пример шубной архитектурной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление. Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительную техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта . 2. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительную техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта .+ Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей. 2.2 Достижения «бионики» На сегодняшний день бионика достигла ряд достижений: разработаны различные типы искусственных нейронов; созданы искусственные "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состо разработаны различные типы искусственных нейронов; созданы искусственные "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия разработка искусственной сетчатки создание определителя глубины пространства для анализа аэрофотоснимков работы по созданию "искусственного носа" — электронного прибора для анализа малых концентраций пахучих веществ в воздухе или воде изучение структуры кожи быстроходных водных животных (например, кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрений и скольжение с минимальным сопротивлением) позволило увеличить скорость кораблей (создана специальная обшивка — искусственная кожа "ламинфло", которая дала возможность увеличить скорость морских судов на 15—20%) построен жиротрон — вильчатый вибратор, обеспечивающий высокую стабилизацию направления полёта самолёта при больших скоростях. Самолёт с жиротроном может быть автоматически выведен из штопора (создан на основе знания о том, что у двукрылых насекомых имеются придатки — жужжальца, которые непрерывно вибрируют вместе с крыльями. При изменении направления полета направление движения жужжалец не меняется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об изменении направления полёта) новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, различных манипуляторов и т.п. разрабатываются на основе изучения полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т.п. анализ структуры кости, обеспечивающей её большую лёгкость и одновременно прочность, может открыть новые возможности в строительстве и т.п. Заключение. Концепция бионики отнюдь не нова. К примеру, еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка. Но в конце ХХ века бионика обрела второе дыхание, современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Так, несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины - кевлар. В этом материале я перечислила несколько перспективных направлений современной бионики и привел самые известные случаи заимствований у природы. В последнее десятилетие бионика получила значительный импульс к новому развитию. Это связано с тем, что современные технологии переходят на гига- и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика в основном связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд. Библиогеографический список. Белько Т. В. Бионические принципы проектирования костюма. Монография. – М.: МГТУ, 2007. Бионика. Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Бионика Блик Е. Бионика - это какая наука? Что изучает бионика? Применение бионики. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/188187/bionika---eto-kakaya-nauka-chto-izuchaet-bionika-primenenie-bioniki#image789054 Бурень В. М., Бурень О. В. Биология и нанотехнология. Материалы для современной и будущей бионики. – М.: Феникс, 2006. – 125 с. Институт бионики. Австралия. Проект: бионические почки, 3D копия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bionicsinstitute.org/ Киборги с механическими руками. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kvisaz.ru/20071219/2327/ Наука. Зрение человека. Визуальный протез. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.science.wikia.com/wiki/Бионический_глаз Новости медицины/ Отоларингология. Бионическое ухо помогло 55 тысячам человек. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.medlinks.ru/article.php?sid=17406 Семкина Т.А. Учебное пособие по дисциплине «Бионика». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://reftrend.ru/900333.html Словари и энциклопедии на Академике. Бионика. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/119997 Украинский Советский Энциклопедический Словарь: В 3-х т./ Редкол.: А.В. Кудрицкий – 2-е изд. – К.: Глав. ред. УСЭ, 1987, 736с. Френч Х. История архитектуры. Пер. с англ. М.С. Ремизовой. – М.: ООО «Издательство «Астрель», 2003. – 144 с.: ил. Цойх М. Бионика. – М.: Мир книги (Серия: Зачем и почему), 2007. – 48 с. Эндокринологический научный центр Министерства здравоохранения Российской Федерации. Бионическая поджелудочная железа в терапии сахарного диабета 1 типа. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.endocrincentr.ru/news/news_enc/956/ |