трусики женские украина

На головну

 Біоніка - синтез біології і техніки - Біологія і хімія

В.Д. Іллічов

Датою народження біоніки прийнято вважати 13 вересня 1960 - день відкриття в США Міжнародного симпозіуму «Живі прототипи штучних систем - ключ до нової техніки». Проте насправді основні концепції біоніки склалися задовго до цього, а симпозіум лише ознаменував початок широкого міжнародного співробітництва у цій галузі.

Доісторична людина, спостерігаючи за навколишньою природою, витягував з неї деякі уроки, які допомагали йому створювати корисні пристрої. У відомому сенсі такий підхід можна назвати біонікою. В якійсь мірі елементи біоніки вкладені в винахід колеса, ножа та інших інструментів. Арабські лікарі задумалися про використання кришталю або скла для збільшення зображення подібно до того, як це відбувається в кришталику ока. Російський учений Н.Є. Жуковський розробив методику розрахунку підйомної сили крила літака на основі вивчення польоту птахів.

Після того як біоніка отримала офіційне визнання як самостійна галузь знань, її позиції істотно зміцнилися, а область досліджень розширилася. Споживачами та партнерами біоніки стають літако- та кораблебудування, космонавтика, машинобудування, радіоелектроніка, навігаційне приладобудування, інструментальна метеорологія, архітектура і т.д.

Вивчаючи біологічні системи, біоніка шукає оптимальні рішення інженерних проблем. При цьому вона не тільки займається корінним удосконаленням існуючих, а й створенням принципово нових машин, апаратів, приладів, будівельних конструкцій та технологічних процесів, побудовою технічних пристроїв, характеристики яких наближаються до таких у живих систем.

Звичайно, таке визначення істотно спрощує її понятійний зміст. Однак тут є одне істотне обмеження. Воно полягає в тому, що далеко не всі природні системи випереджають вже створені технічні.

У 1963 р на Всесоюзній конференції з біоніки академік А.І. Берг, один з творців та ідеологів біоніки, зазначив, що в природі існує багато зайвого і недосконалого, надлишкового і з технічної точки зору невиправданого. Тому біоніка не сліпо копіює природу, вона лише запозичує у неї вчинені конструктивні схеми і механізми біологічних систем, що забезпечують в складних умовах існування особливу гнучкість і живучість, вироблені живими системами за час еволюційного розвитку. Основними напрямками біоніки вважаються наступні.

Вивчення та моделювання нейронів, нейронних мереж нервових центрів, принципів організації мозку з метою їх використання в технічних системах.

Вивчення принципів підвищення надійності біологічних систем, їх резервування і здібності до адаптації.

Вивчення органів зору, слуху та нюху з метою їх моделювання.

Вивчення систем навігації, локації, орієнтації та стабілізації руху у тварин з метою створення принципово нових технічних пристроїв.

Вивчення методів кодування, передачі та обміну інформацією в біологічних системах на рівні колективу, окремого організму, органу, на клітинному і молекулярному рівні з метою створення нових засобів зв'язку.

Розробка методів вивчення психофізіологічних можливостей і здібностей людини, оптимальних методів навчання і тренування, полегшення роботи людини-оператора, контролю та прогнозування його стану (бионические аспекти проблеми «людина-машина»).

Вивчення гідродинамічних властивостей риб і китоподібних, аеродинамічних характеристик комах і птахів, рихлящімі і землерийних пристосувань тварин з подальшим моделюванням в авіа-і суднобудуванні, робототехніці.

Отримання енергії в технічних системах за аналогією з біологічними, у тому числі безпосередньо від біологічних систем.

Розробка біологічних способів видобутку корисних копалин, біологічних методів в технологіях виробництва складних органічних речовин.

Вивчення природних конструкцій і форм з метою їх використання в будівельній техніці та архітектурі.

Тут перераховані найбільш важливі, але далеко не всі напрямки досліджень, з яких складається сучасна біоніка. В даний час почалося і прогнозується на наступні роки бурхливий розвиток таких напрямків, як математична біоніка, зайнята вдосконаленням і створенням комп'ютерних моделей, у тому числі інформаційних; медико-біологічна біоніка, що використовує досягнення природи для розробки методів лікування захворювань людини, їх профілактики; ветеринарно-біологічна, що займається близькими завданнями, але стосовно домашніх і диких тварин.

Розглянемо деякі конкретні досягнення біоніки, вже реалізовані в практичних цілях. Почнемо наші нариси з водних і навколоводних об'єктів.

Водолазний дзвін Галлея. «Костюм водолаза», винайдений Кінгертом

Повітряний дзвін павука-сріблянки

Снегоходной машина, що імітує принцип пересування пінгвінів по пухкому снігу, була розроблена в Горьківському політехнічному інституті під керівництвом А.Ф. Миколаєва. Пінгвіни пересуваються по снігу, відштовхуючись ластами, подібно лижникам, які використовують для цієї мети палиці. Заснована на цьому принципі снегоходной машина «Пінгвін», лежачи на снігу широким днищем, здатна рухатися зі швидкістю до 50 км / год. У подібних машинах потребують дослідники Арктики й Антарктиди, а також жителі наших північних регіонів - мисливці, оленярі і т.д. Тут тягачі, трактори і снігоходи при своєму русі по снігу утворюють глибоку колію, буксують і грузнуть. Подібні машини можуть використовуватися і на мілководних озерах, де звичайні плавзасоби найчастіше не можуть застосовуватися.

Суднобудівники у всьому світі давно вже звернули увагу на грушоподібну форму голови кита, більш пристосовану до переміщення у воді, ніж ножеобразние носи сучасних суден. Японський вчений Тако Інуі врахував це при створенні моделі пасажирського пароплава «Куренай Маару». У порівнянні зі звичайними судами китоподібних пароплав виявився більш економічним. При зменшенні потужності двигунів на 25% він зберіг колишню швидкість і вантажопідйомність. Американський підводний човен «Скипджек», корпус якої за формою нагадує тунця, має більш високу швидкість, підвищену маневреність в порівнянні з іншими підводними судами.

Останнім часом вчені наблизилися до розгадки високошвидкісного плавання риб. Мешканці відкритих морських просторів розвивають швидкість до 42 км / год, морські ссавці, наприклад, кити, до 40 км / год, а риба-меч - 130 км / год.

 Наноструктури на лапках гекона підказали вченим новий склад клею для плитки

 Саранча, приклеєна до металевого стрижня, «дивиться» фільм «Зоряні війни». Вона підказала вченим просту штучну систему, що запобігає автомобільні зіткнення

Традиційно вважалося, що риби при плаванні використовують рух хвоста і частково плавців. Але ось риб пустили в акваріум, заповнений молоком, щоб простежити за рухом рідини при плаванні риби. При кожному ударі хвоста спостерігалося рух рідини у зябер, а не у хвоста. При цьому основна рушійна сила виникала при коливальних рухах тулуба; шари рідини, уздовж яких ковзала риба, перетворювалися на завихрення з вертикальною віссю обертання. Риба як би пливла, відштовхуючись від вирів, які виштовхували її вперед.

Дотепний досвід підтвердив ці припущення. В дошку вбили два ряди цвяхів і поклали рибу між ними і вона «попливла» посуху, відштовхуючись корпусом і хвостом від цвяхів як від вирів. На основі цього принципу кораблебудівники почали працювати над створенням підводних суден, що рухаються з легкістю риби.

Незабаром ці дослідження доповнилися роботами вчених, що вивчають плавання дельфінів. Останні здатні розвивати у воді швидкість до 56 км / год, супроводжуючи годинами і навіть днями швидкохідні кораблі. Розрахунки показали, що для досягнення такої швидкості м'язи дельфінів повинні бути в 10 разів могутніше, ніж вони є насправді. Однак виявилося, що точно відтворена за вагою та формою тіла модель дельфінів, яка отримує рівну тягу, пливе набагато повільніше живого дельфіна. При цьому було відмічено, що навколо живого дельфіна виникає струйное протягом, не переходить в вихровий. Обтікання моделі дельфіна було турбулентним, і, вимушена долати турбулентність зі значною витратою сил, вона переміщалася набагато повільніше.

Секрет високої швидкості руху дельфіна розгадали радянські вчені В.Є. Соколов і А.Г. Томілін з співробітниками.

Виявилося, антитурбулентних дельфіна забезпечується особливостями будови шкіри. Його епідерміс дуже еластичний і нагадує кращі сорти автомобільної гуми. Він складається з тонкого зовнішнього і лежачого під ним росткового (шиловидного) шарів. В осередку росткового шару входять пружні сосочки дерми, точно зубці гумової щітки для замшевого взуття. Епідерміс і сосочки дерми особливо розвинені в лобовій частині голови і на передніх краях плавників, де тиск води максимальний. Нижче сосочків дерми розташовуються колагенові і еластинових волокна, а між ними - жир. Всі разом діє подібно демпфера, що запобігає турбулентність і зрив потоку.

Під тиском підшкірний жир змінює форму клітин, а потім відновлює її. Буферність шкіри досягається ще й пружністю колагенових і еластинових волокон.

Завдяки цим пристосуванням потік, оточуючий тіло дельфіна, залишається ламінарним - лінійним, без завихрень.

Крім того, на пружну шкіру дельфінів є спеціальна мастило, що володіє водовідштовхувальними властивостями. Тому тіло дельфіна при русі у воді як би котиться по шарикопідшипники, забезпечуючи ще одна перевага, заміною тертя ковзання на тертя кочення.

Коли ж дельфіни досягають максимальної швидкості, і їхнє тіло не в змозі погасити вихори ні демпферними, ні гідрофобними властивостями шкіри, шкірний покрив сам починає здійснювати хвильові рухи у вигляді складок, просуваються по тулубу. Ці хвилеподібні складки шкіри не тільки гасять вихори, але й зменшують силу тертя в серединній і хвостовій частинах тіла тварини.

Що ж запозичили інженери з цих відомостей?

У 1960 р німецький інженер М.Крамер винайшов м'які оболонки «ламінфло» з двох і трьох шарів гуми товщиною 2, 3 мм. При цьому гладкий зовнішній шар імітував епідерміс шкіри, еластичний середній з гнучкими стержнями і демпфирующей рідиною був аналогічний дермі з колагеном і жиром, а нижній виконував функції опорної пластини. Демпфуюча рідина, переміщаючись між стерженьками, гасила вихори в шарі води найближчому до корпусу моделі. При цьому гальмування знижувалося наполовину, швидкість збільшувалася вдвічі. А потім підтвердилася можливість знижувати опір води на 40-60%.

Р.Пелт (США), вистелені внутрішню поверхню труби імітатором дельфінячою шкіри (уретанова смола на поліефірної основі), отримав зниження втрат тиску при переміщенні рідини на 35%. Тим самим виникла реальна можливість економічно перекачувати на сотні тисяч кілометрів по трубах воду, зріджені горючі гази, спирт, патоку, рідкі добрива, гранули (у вигляді суміші з водою у співвідношенні 1: 1), кормову пасту, помідори та інші овочі, навіть живу рибу.

Однак кораблебудівники вже думають про створення і розвиток підводного вантажного і пасажирського транспорту, як більш економічного в енергетичному відношенні, захищеного від будь-якої негоди. Одночасно з цим розглядається питання і про спеціальні двигунах для підводного транспорту, схожих з ракетними прямоточно-реактивними або турбореактивними установками. Саме так пересуваються головоногі молюски - восьминоги, кальмари, каракатиці. У них, як і у всіх підводних мешканців, функції двигуна і рушія поєднані в одному м'язовому механізмі, що сприяє ефективній віддачі енергії, підвищенню ККД, надійності роботи системи.

У рушій, заснованому на принципі руху кальмара, вода засмоктується в камеру, а потім викидається через сопло. Судно при цьому рухається в протилежному напрямку. Рушій кальмара дуже економічний. Кальмари розвивають швидкість до 70 км / год. За припущеннями вчених вони можуть рухатися зі швидкістю вдвічі більшою. Стартуючи з глибини в повітря вони пролітають над хвилями більше 50 м на висоті 7-10 м. У воді вони здійснюють стрімкі повороти в горизонтальних і вертикальних площинах. Все це відкриває перед кораблебудівниками нові багатообіцяючі перспективи.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bio.1september.ru

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка