XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Природа – ключ к новым изобретениям?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Светкин А.А. 1

---

1ТМК ОУ "Диксонская СШ"

Хомяченко Е.А. 1

---

1Таймырское муниципальное казённое общеобразовательное учреждение "Диксонская средняя школа"

Работа в формате PDF

593.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Человечество с древних времён искало ответ на вопрос: сможет ли оно достичь того же, чего достигла живая природа: парить в небе, как птица, дышать под водой, как рыба, бегать, как гепард, замечать врагов на расстоянии нескольких километров?

Изучение природы для решения сложных технических загадок – является актуальным вопросом в настоящее время.

Передо мной стала проблема: какие изобретения, «подсмотренные у растений и животных», мы используем, какая наука помогает людям создавать новые изобретения, вникая в тайны природы, и смогу ли я, на основе свойств некоторых объектов живой природы, создать полезное изобретение?

Я решил провести исследование, тема которого «Природа – ключ к новым изобретениям?».

Объект исследования: изобретения, подсказанные природой.

Предмет исследования: особенности и свойства природы, как источник человеческих открытий и изобретений.

Цель исследования: узнать, какие идеи подсказала природа человеку.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. выяснить, что такое бионика, историю её возникновения;

2. познакомиться с направлениями исследуемой науки;

3. выяснить, как человек использует «естественные» изобретения живых организмов при создании искусственных устройств;

4. провести анкетирование среди детей;

5. спроектировать своё изобретение.

Гипотеза исследования: заимствуя у природы инженерные решения, можно существенно повысить эффективность современных технологий.

Методы: изучение научной литературы в разных источниках; сравнение, анализ, синтез, дедукция, наблюдение, анкетирование.

Теоретическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что в ней непосредственно доказано, что природа – это не только великое чудо, но и великое благо для людей, она требует нашей постоянной заботы и внимания, нуждается в бережном отношении и охране.

Практическая значимость: материалы работы могут быть использованы на

уроках биологии, физики, математики, химии, а также при проведении

классных часов.

Результат проекта: собственное изобретение по данной теме.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. . История возникновения бионики

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, что познавая законы природы и вникая в сущность процессов природы, человек стал использовать полученные знания на практике, что привело к появлению нового направления в науке – бионика.

Из словаря [3, т.3 c.520] я узнал, что понятие бионика состоит из частей слов «БИОлогия и техНИКА». В англоязычной литературе чаще употребляется термин биомиме́тика, что означает заимствование у природы ценных идей для реализации их в инженерных и дизайнерских задачах [2].

Впервые использовать знания о живой природе в технологиях были предложены Леонардо да Винчи, который, изучая летательный механизм птиц разных пород и летучих мышей, пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями: орнитоптер.

Бурный рост технической мысли и развитие биологии, начавшийся с середины XX столетия, привели к взаимосвязи биологических и технических дисциплин, и 13 сентября 1960 года в Дайтоне состоялся симпозиум на тему «Живые прототипы – ключ к новой технике», который стал считаться официальной датой рождения бионики. Эмблемой данной науки избрали  скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла, показывающий союз биологии, техники и математики, говорящий о том, что наука бионика способна проникать туда, куда не проникал еще никто, и видеть то, что не видел еще никто.

Вывод: Оказывается, подражать природе человек стал с незапамятных времен: изучив строение клыков хищников, он пытался заточить подобным образом свои орудия; сооружаемые птицами и зверями жилища навели его на мысль о совершенствовании собственных построек. И чем человек больше вникал в тайны природы, используя её «достижения», тем совершеннее становились его изобретения. Это дало толчок появлению новой науки – бионика, которая тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками.

2. Основные направления в бионике

Из дополнительных источников [1, c.8 и 5] я узнал, что бионика имеет несколько направлений: ахитектурно-строительная бионика и нейробионика.

Архитектурно – строительная бионика изучает строение живых тканей, на основе полученных результатов создает новые строительные технологии по принципу экономии материала, энергии и надёжности. Так, например: изучив строение стеблей злаков, были построены современные высотные сооружения; по принципу строения костной структуры головки бедренной кости была сооружена Эйфелева башня; в основу Останкинской башни вошли конструкции соломины и цветка лилии; паутинная нить положила начало строительству прочных красивых подвесных мостов. 

Второе направление в бионики – нейробионика. Она изучает работу мозга, с целью создания более совершенных технических устройств и технологических процессов: искусственного интеллекта, нанороботов, киборгов. Так, например:

изучив строение ног животных, в Стэндфордском университете был создан шестиногий робот - гексапод, длиной около 17 см., способный бегать со скоростью 55 см/сек.;

ученые из Института реабилитации Чикаго создали бионический протез - искусственную руку, которая позволяет пациенту управлять рукой с помощью мыслей и распознавать некоторые ощущения;

из биологических материалов создано искусственное сердце.

Вывод: современное воплощение архитектурной бионики можно наблюдать во всем мире. Её суть – идеально вписаться в природную среду, не нарушая её; создать экологические дома с природными источниками, а продукты нейробионики помогут решить важные для человечества задачи, совершая переворот в медицине и в военной технологии.

3. Открытия, подсмотренные у природы

Работая над темой исследования, мною было найдено большое количество изобретений [4 и 6,c.410]. Некоторые из них я поместил в Таблицу 1:

Таблица 1.1 -Открытия, подсмотренные у природы

Вывод: исследование показало, что большое количество изобретений человек позаимствовал у природы, и это неполный список, так как ученые продолжают исследовать объекты живой природы для создания новых технических устройств.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анкетирование

Бионика - относительно новая наука, о которой не говорится в школьных учебниках. Мне захотелось выяснить, знакома ли учащимся моей школы эта наука и её изобретения? Опрос проводился посредством анкетирования, в котором приняло участие 16 человек - это ученики 3-10 классов. Результаты анкетирования представлены в Таблице 2.2:

Вывод: Проанализировав полученные результаты опроса, я пришёл к следующему выводу: понятие «бионика» ребятам незнакомо, но из курсов биологии и физики большинство знают технические изобретения, «подсказанные природой».

2.2 «Я - изобретатель»

Данная работа вдохновила меня создать своё изобретение - игру «Флайбол» (от англ. fly «летать», ball -«мяч»), в основу, которой легли нейробионика, нанотехнологии, свойства насекомого стрекоза и игра «Волейбол». (Приложение 1., Приложение 2.).

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги своей работы, я пришёл к выводу, что, благодаря природе, человек создал большое количество изобретений, подражая ей. Так появилась наука – бионика, продукты которой помогают решить важные для человечества задачи и с каждым разом они становятся совершеннее.

Проведенные наблюдения подтвердили мою гипотезу: заимствуя у природы инженерные решения, можно существенно повысить эффективность современных технологий.

Цели и задачи работы достигнуты: я узнал, какие идеи подсказала природа человеку.

В процессе работы над исследованием я научился поиску, анализу информации, приобрел опыт сортировки данных. Результаты моей работы легли в основу собственного изобретения - игры «Флайбол».

Данное исследование помогло мне определиться с будущей профессией – Изобретатель: я мечтаю воплотить в жизнь свой проект-игру.

Работа по данному исследованию будет продолжена. Следующим этапом будет создание альбома «Природа + Техника», который будет полезен учителям начальных классов, биологии, физики и химии.

Берегите животных и растения! Они откроют нам миллионы идей!

Список использованной литературы:

1. Бионика как необходимый новый вектор развития / Чижов А.А.//Интерактивная наука. - 2020. - № 9. - С.8-16;

2. Бионика [Электронный ресурс] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата

обращения: 01.01.2023);

3. Большая Российская энциклопедия: в 30 т./Председатель Науч.- ред. совета Ю.С. Осипов. Отв. ред. С.Л. Кравец. Т.3 «Банкетная кампания» 1904-Большой Иргиз. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2005.-767 с.: ил.: карт;

4. Какие изобретения человек взял у природы [Электронный ресурс] – URL: https://bible-facts.org/1977-avtorskie-prava-prinadlezhat-bogu.html (дата обращения: 05.01.2023);

5. Нанотехнологии вдохнули новую жизнь в бионику [Электронный ресурс] – URL: https://www.cnews.ru/articles/nanotehnologii_vdohnuli_novuyu_zhizn (дата обращения: 04.01.2023).

6. Секреты природы. Удивительный мир животных и растений/Перевод с английского Copyrigt 1999 ЗАО «Издательство дом Ридерз Дайджест», 1999.- 432с.: ил.

Приложение 1.

Вдохновившись открытиями нейробионики и нанотехнологий, я решил создать летательную доску-стрекозу.

Работая над исследованием, мне стало известно, что тело стрекозы имеет винтовую структуру, которое позволяет ей прекрасно маневрировать. Именно стрекоза подсказала авиаконструктору И. И. Сикорскому в 1942 году идею создания вертолёта, который может взлетать с места и садиться на маленькую площадку; неподвижно висеть в воздухе; передвигаться и поворачиваться во всех направлениях.

Такими свойствами и будет обладать доска для игры в флайбол.

Устройство доски:

Доска будет изготовлена из полимерного материала, благодаря этому она будет легкой и прочной. Снаружи доска будет покрыта специальным пластичным материалом, копируя пористую поверхность кожи насекомого. Под фиксаторами для обуви будет находиться приёмник с радиосигналом. В голове доски-стрекозы - интеллектуальный аккумулятор, оснащённый устройствами контроля напряжения. В центральной части доски находится двигатель, приводящий крылья в движения (Рис.1).

К

Рисунок 1

рылья будут представлять собой прозрачные солнечные панели, которые могут вырабатывать электроэнергию, что позволит использовать данную доску для игры на улице. По всему крылу, как у живого прототипа, будут нити в виде тонких, гибких и лёгких медных лент, на одной стороне имеющие солнечный элемент, а на другой – аккумулирующий слой.

Рисунок 2

Доска будет управляться силой мысли. На голову игрока надевается шлем, который предотвратит травмы при падении; к нему крепятся десятки сенсоров, считывающих электронные сигналы с коры головного мозга (Рис. 2). Полученные данные п реобразуются в радиосигнал, который поступает в приемник, находящийся непосредственно на летательной доске.

Фиксаторы для обуви

Рисунок 3.

На доске будут иметься фиксаторы для обуви, чтобы игрок не получил травмы при падении с неё (Рис. 3).

Игра «Флайбол»

Оборудование: сетка - высота 2,70-3м;волейбольный мяч;доска - стрекоза;шлем игрока.

П равила игры «Флайбол» такие же, как и в волейболе, только на игровом поле будут находиться 6 игроков обеих команд (по 3 игрока в команде). Это увеличит игровую площадь каждого игрока и предотвратит столкновения и цепляния крыльями (Рис.4).

Рисунок 4.

Приложение 2.

Этапы создания макета доски

1.

2.

4.

5.