Бионика формы живого в природе

Тема: Бионика - формы живого в природе и их промышленные аналоги

Бурный научно-технический процесс, свойственный современности, сопровождается возникновением новых наук на стыке различных отраслей знания. К таким наукам, возникшим в смежных областях знания в XX в., относится бионика - наука, целью которой является использование в технике принципов строения биологических систем и процессов, совершающихся в живых организмах. Рассмотрим применение бионики в двух сферах деятельности человека - на транспорте и в архитектуре, которые обязаны бионике появлением как едва ли не самых простых, так и самых сложных механизмов. Природа не создала ни колеса, ни гребного винта, ни пропеллера, ни многих других устройств в том виде, в котором мы привыкли их наблюдать в различных современных нам моделях транспорта. И все же ни одна отрасль техники так не обязана природе своим возникновением и стремительным развитием, количеством заимствованных у нее идей и методов, как транспортная промышленность во всем разнообразии. Идея создания реактивного двигателя, конструкция которого знакома в настоящее время едва ли не каждому, безусловно брала свое начало в опытах, объектам которых были животные, относящиеся к типу простейших, классу жгутиковых, а именно - четырехжгутиковая медузохлорис фиоле и краспедотелла пилеолюс. Медузохлорис фиоле несколько походит на медузу как морфологически, так и по типу передвижения: сдвигая сидящие по краям зонтиковидного тела жгутики, это простейшее выбрасывает струю воды и благодаря этому движется в противоположном направлении. Еще совершеннее принцип реактивного движения реализуется у краспедотеллы пилеолюс: вода набирается внутрь тела, а затем с силой выбрасывается через сужаемые к тому времени отверстия. Таким образом, можно сказать, что природа научила человека строить самолеты, плавать и сооружать речные, морские и океанские корабли. Бесчисленное количество видов транспорта существует в современном нам мире техники, и стоит отметить, что к большинству из них «приложила руку» Природа. Идея создания снегоходов также заимствована у нее. В основу конструкции снегохода положен принцип передвижения пингвинов по рыхлому снегу. Значительные снеговые преграды пингвины преодолевают достаточно своеобразным способом - скользя на брюхе и отталкиваясь от снега ластами, что спасает птицу от проваливания в снежную толщу и одновременно позволяет развивать весьма приличную скорость - до 20 км/ч. Сконструированная по этому принципу машина-снегоход достигает большей скорости - до 50 км/ч.

Землеройные машины. Большое значение имеют принципы бионики в создании землеройных машин. Не стоит даже упоминать известного всем дождевого червя: если возможно было бы распределить по всей поверхности суши почву, перепахиваемую дождевыми червями за каждые 10 лет, то получился бы слой толщиной более 5 см. Этот по сути своей крайне примечательный факт имел бы для бионики весьма скудное значение, если бы человек не обратил внимание на своеобразный землеройный механизм, присущий как дождевому червю, так и другим кольчецам. Американское судно «Монтерей», скорость которого составляла 36-39 км/ч, было использовано в ходе специальных наблюдений за скоростью движения зубатых китов. С этого судна исследователи наблюдали, как косатка - лучший скороход среди китообразных - двигалось в течение 20 мин с переменной скоростью - от 38 до 55 км/ч. Стадо обыкновенных дельфинов численностью в 200-500 голов в течение 8-25 мин мчалось со скоростью 26-33 км/ч. Еще раньше советские исследователи Шулейкин, Лукьянов и Стась установили, что скорость этих дельфинов 36 км/ч, но, возможно, что они могут двигаться настолько же стремительно, что и косатки, что объясняет их отсутствие в рационе косаток.

Высокие прыжки дельфинов (афалина и дельфин-белобочка выскакивают из воды на высоту до 4-5 м, причем афалины могут выскакивать из воды даже возле самого берега, над глубиной всего лишь в 2-3 м или в искусственных бассейнах диаметром не более 20-25 м) и полное выпрыгивание из воды даже в узких пространствах подтверждают как быстроходность этих животных, так и эффективность движения, которое кажется практически невозможным и непропорциональным их мускульной силе. В ходе исследований, проводимых в 1960 г. немецким ученым М. О. Крамером, было доказано, что сопротивление воды, испытываемое дельфином при движении, в 10 раз меньше, чем сопротивление при движении модели такого же размера с обшивкой из металла. Очевидно, быстроходность китообразных во многом обусловливается специфичностью строения их кожи. Японским ученым профессором Тако Инуи было сначала доказано, а потом и на опыте показано, что грушеобразная форма головы кита более приспособлена к перемещению в воде, нежели ножевидная форма носовой части современных судов. Испытания доказали, что «китообразный» корабль экономичен - мощность его двигателей на 25 % меньше, а скорость и грузоподъемность обычные.

Использование принципов бионики в архитектуре

Из приведенных выше примеров видно, что значение бионики применительно к транспортной промышленности переоценить трудно, но не менее весом вклад бионики в архитектуру. Начать хотя бы с того, что известное еще архитекторам древности «золотое сечение», при использовании которого здания оказываются наиболее красивыми, полностью повторяет пропорции живого организма.Множество принципов постройки зданий и других сооружений человек заимствовал у природы. Например, результат совместного изучения биологами и архитекторами Эйфелевой башни был крайне неожиданным: оказалось, что изящная, почти кружевная конструкция этого своеобразного символа Парижа практически полностью повторяет расположение костных балок большеберцовой кости, выдерживающей тяжесть человеческого тела. Нельзя точно сказать, что было первично - идея создания башни с чисто инженерной точки зрения или применение принципов бионики, но красота и прочность конструкции известны на весь мир. Французскому профессору Ле-Риколе человеческий скелет дал идею создания дырчатых конструкций, имеющих большую прочность и сравнительно небольшой вес. Строение арочного моста практически полностью повторяет позвоночно-реберный каркас позвоночных животных.

 Задание 1

Составить 10 тестовых вопросов с 4 вариантами ответов.