XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бионика-мост между наукой и природой
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На Земле человека окружают растения и животные, которые вдохновляют его на различные идеи и замыслы. С давних пор человек стремился заглянуть внутрь живых моделей, разгадать секреты их действия и направлял свой творческий ум на изучение, подглядывание за природой подражая ей. Многие животные и растения наделены природой удивительными способностями и возможностями, отличающиеся надежностью и прочностью. Изучение их уникальных свойств позволило науке в XX веке сделать резкий рывок вперед.
Заимствование и использование человеком в своих целях оригинальных и необычных изобретений природы позволило создать новое направление в науке-бионика. Бионика изучает особенности строения жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технологий и устройств.
Узнав о существовании этой науки, у меня возникло много вопросов: А многие ли знают о существовании такой науки? Какие изобретения (подсмотренные у природы) помогают нам в жизни? Какими приборами и инструментами, созданными природой, мы пользуемся в повседневной жизни?
Цель работы: выяснить, как человек использует «естественные» изобретения животных и растений при создании искусственных устройств, применяемых в быту и повседневной жизни.
Задачи:
1) изучитьисториювозникновениябионики;
2) рассмотретьприменениенапрактикенекоторыхоткрытийбионики;
3) Найти бионические устройства, используемые в быту и повседневной жизни;
4) собратьколлекциюэкспонатов,используемыхвбионике и создать альбом
«Природа открытий».
5) Проанализировать полученные результаты, выявить закономерности, сделать выводы.
Методы:описание,наблюдение,сравнительныйанализ.
Объект исследования: открытия, заимствованные у природы, используемые человеком.
Гипотеза: Мы предположили, что если человек будет внимательно наблюдать за природой, то она подскажет много интересных идей и изобретений.
Актуальность
Бионика как наука и ее использование в школьном курсе на базовом уровне практически не рассматривается. Данная работа способствует повышению интереса к изучению наук естественного цикла.
Её результатом стала систематизация изученной литературы и написание работы, которую можно использовать при изучении отдельных тем по разным учебным предметам, в частности, биологии, технологии, на внеклассных мероприятиях.
I.Основная часть
I.1.История появления науки
На подражательный характер изобретательской деятельности человека уже в древности указывали древнегреческие мыслители Демокрит и Аристотель. Около 460 лет до нашей эры древнегреческий философ Демокрит писал: «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам, а именно, мы – ученики паука, подражая ему в ткацком и портняжном ремеслах, мы – ученики ласточек в построении жилищ... Природа сама научает нас сельскому хозяйству...». На заре человеческой деятельности использовались первобытные каменные орудия, которые по своей конструкции походили на органы животных, а выполняемые ими процессы были близки к действиям животных.
Прослеживая историю развития науки, первыми исследователями на пути к бионике можно считать Леонардо да Винчи и Луиджи Гальвани, Николая Алексеевича Умова и Николая Егоровича Жуковского. Своим оригинальным творчеством они стали зачинателями нового подхода к изучению живой природы и решению технических проблем.
И все-таки основоположником этой науки принято считать Леонардо да Винчи. Он стал самым известным изобретателем, который не раз обращался к дикой природе за вдохновением. Он был одержим идеей полёта и начал наблюдать за теми, кто уже освоил воздушное пространство: летучими мышами и птицами.Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. Он писал: «Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями. Построенному человеком инструменту не хватает лишь души птицы, которая в данном случае должна быть заменена душой человека».
I.1. Понятие бионика
В англоязычной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от лат. bios - жизнь, и mimesis – подражание), который дословно можно перевести как "подражание, имитирование природы". В России вместо биомиметики чаще употребляется термин бионика.
Еще по одной версии название происходит от древнегреческого слова «бион» – элемент жизни, буквально живущий. Понятие «бионика» состоит из частей слов «БИОлогия» и «техНИКА». Наука, которая позволяет соединить живую природу с техникой. Цель этой науки сделать мир людей еще более удобным при помощи техники, созданной подглядыванием за живой природой.
Утверждение бионики, как самостоятельной науки произошло лишь в 1960 году в г.Дайтоне (США) на первом симпозиуме по бионике, который официально закрепил рождение новой науки и название, предложенное американским инженером Джеком Стилом:
«Биология + электроника = Бионика»
Еще по одной версии название происходит от древнегреческого слова «бион» – элемент жизни, буквально живущий. Наука, которая позволяет соединить живую природу с техникой.
Учёные избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла. «Девизом бионики стали слова: «Живые прототипы – ключ к новой технике».
I.3.Основные направления бионики и современные открытия
Современная бионика объединяет знания, используемые в разных научных областях: ботанике, зоологии, анатомии, биохимии, архитектуре, электронике, механике, физике, химии, физиологии, др.
В настоящее время различают три основных направления в бионике: - биологическое; - математическое; - техническое.
II.Описаниеконкретныхоткрытийсдемонстрациейколлекции
Мы с друзьями решили, что изучая бионику, можно собрать коллекцию предметов, наиболее известных и используемых в жизни человека.
II.1.Бионика в быту
1. Шерсть и репейник: рождение бионики
Рождение бионики как науки связывают с именем Жоржа де Местраля. Этот швейцарский изобретатель и заядлый охотник очень любил гулять со спаниелем по полям. Но после каждой прогулки был вынужден чистить своего питомца от налипшего репейника. Будучи инженером, он решил понять, каким образом плоды лопуха цепляются к шерсти. Больше 12 лет он изучал подобное устройство и воспроизвел его при помощи материалов, доступных на тот момент. В 1955 году Жорж де Местраль запатентовал изобретение, известное сегодня всем: застёжку на липучке. Одна её часть подражает крючочкам лопуха, вторая — шерсти спаниеля.
Спустя 14 лет липучка оказалась на Луне — она стала ремешком наручных часов Нила Армстронга, первого человека, шагнувшего на поверхность другой планеты. После этого технология оказалась очень востребованной в космосе. Сегодня скафандры и даже целые отсеки МКС покрыты липучками: на них в условиях невесомости удобно цеплять предметы.
2.К примеру, способ изготовления бумаги жители Древнего Китая подсмотрели у насекомых.
Бумажные осы строят домики из целлюлозных волокон — они жуют разрушенную древесину, смачивают её слюной, в результате волокна склеиваются и получается крафтовая бумага.
II.2.Бионикавтехнике,промышленности,науке
3.Эксперты отмечают, что самым простым и понятным примером называют шарниры. Действие, основанное на том, что одна часть конструкции вращается вокруг другой, используется в морских ракушках. Они применяют его для управления своими раковинами, чтобы при необходимости открывать или закрывать их.
4.От одуванчика к парашюту. Уже в течение миллионов лет растения используют «парашютики» для распространения своих семян. Пушинки одуванчика тормозят падение семян, и ветер относит их очень далеко от того места, где они выросли. Струи тёплого воздуха поднимают семена одуванчика. Вот почему их можно увидеть даже на парапетах высоких зданий. Парашюты, изобретённые человеком, повторяют этот же принцип . Когда ветер подхватывает парашют, его купол создаёт эффект торможения и скорость падения замедляется. Современные парашютисты могут парить в воздухе подобно планеру и управлять парашютом, «сбрасывая» воздух с разных частей купола.
5.От роз к колючей проволоке.
Острые шипы сдерживают многих хищников от нападения, поскольку возрастает риск получить ранение во время атаки. В болезненные, причиняющие страдания раны часто попадает инфекция, и они могут даже стать причиной смерти, поэтому хищники приближаются к животным, защищённым колючками, с большой осторожностью. Длинные шипы защищают от нападающих, но в то же время сковывают движения их обладателей. Розы не могут убежать от своих врагов, поэтому они защищаются от травоядных шипами. Если стебли растений с шипами срезаны, то выросшие им на смену побеги ещё гуще покрыты колючками, чтобы усилить защиту от будущих нападений. Колючки сформировались из видоизменившихся листьев, которые одеревенели и заострились. Колючки имеют и кактусы. Они содержат влагу в стебле и поэтому служат источником пищи и воды для обитателей пустыни. Они защищают себя от травоядных животных игловидными колючками, которые заменяют им листья. Эффект колючей проволоки схож с эффектом шипов на розах или колючек на кактусах. Раньше колючая проволока предназначалась для того, чтобы не разбредался домашний скот, поэтому сначала она использовалась в качестве легкодоступной дешёвой изгороди. Сейчас колючую проволоку применяют и для охраны жилища от непрошеных гостей; она ловит в западню и ранит всякого, кто попытается через неё перебраться.
6.От осы к предупредительным знакам.
Если животное ядовитое и может жалить или кусать, то его яркая окраска действует, как предупреждение. Возможные недруги рискуют получить ранение или даже погибнуть, если приблизятся слишком близко. Хищники быстро учатся связывать определённые легко узнаваемые цветные орнаменты с опасностью. Люди часто используют цвет в аналогичных целях, чтобы предупреждать о возможном риске, устанавливая, например, полосатые заграждения на железнодорожных переездах и развешивая ярко раскрашенные предупредительные знаки на опасных объектах или веществах. Птицы знают, что божьи коровки, имеющие красный цвет, вырабатывают горький яд. Все водители знают, что значит красный свет светофора. Осы вооружены ядовитым жалом. При этом они окрашены в чёрно-жёлтые полосы. Предупредительные цвета привычны для животных. Даже далёкие друг от друга виды имеют схожие узоры и комбинации чёрного и жёлтого и красного цветов. Хищники всегда ассоциируют эти знаки с опасностью, даже если их обладатели безобидны. Некоторые мухи хотя и не имеют жала, но окрашены в те же цвета, что и осы, и это действует, как защита. Расцветка осы использована как международный сигнал, предупреждающий о радиоактивной опасности. Он установлен повсюду в тех местах, где есть радиация. Предупредительные знаки должны быть чётко видны и распознаваться каждым, независимо от языка, на котором он говорит.
II.3.Бионикавмедицине
Но главные перспективы бионики в ближайшем будущем будут раскрыты в кибернетических механизмах. Уже сейчас люди-киберги- это не фантастика, а реальность. Они живут рядом с нами. Около 15% населения Земли имеют физические недостатки разной степени, что открывает горизонты для бионики. Это бионический глаз, ухо, бионические протезы рук, ног, которые управляются с помощью различных датчиков.
В конце 2025 года, по данным Минтруда России, у 54% инвалидов специальной военной операции были ампутированы конечности. Из них 20% лишились рук, 80% — ног. Боевые действия всегда в первую очередь приводят не к победам и поражениям. Они приводят к смертям и страшным ранениям. И если вернуть к жизни погибших, к сожалению, невозможно, то помочь раненым — задача вполне выполнимая. В частности, при помощи протезирования.
3. Заключение.
Возможности бионики практически безграничны. Её достижения очень важны для человека. Появляется всё больше областей ее исследования, постоянно расширяются перспективы в создании новых уникальных материалов и приборов.
Бионика — одна из тех наук, которая тесным образом связана с живой природой. Оттого, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека, техники, искусства и всего прогресса на Земле.
Из различных источников мы узнали об изобретениях, которые создал человек, наблюдая за природой. Наша гипотеза подтвердилась, что если человек будет внимательно наблюдать за природой, то она подскажет много интересных изобретений.
Врезультатенашегоисследования,мысделалидлясебямногооткрытий. И убедились в том, что природный дар бесценен.
Выводы:
-изучилиисториювозникновениябионики;
-рассмотрелиприменениенапрактикенекоторыхоткрытийбионики;
-изучилипоследниедостижениябионики;
собраликоллекцию экспонатов,широко используемых человеком в быту, в архитектуре, в медицине, в промышленности и технике.
Мыслители и учёные пришли к выводу, что наше будущее — только в союзе с природой. Иначе от кого же нам в дальнейшем ждать подсказок?
Список использованной литературы
Бейко В. Б. / Большая энциклопедия животного мира. -М.: ЗАО «Росмен-Пресс», 2011.
Бионика Большая серия знаний/Проф. В. Нахтигаль. - М.: ООО Мир книг, 2006.
Бионика. Беседы для учащихся начальной школы / Сост. З.В. Артамонова, Н.В.Щепина. – Глазов: Глазовский государственный педагогический институт, 2007.
Гармаш, И.И. Тайны бионики / И.И. Гармаш Тайны бионики. М.1985.
Гастев А.А. Леонардо да Винчи. Серия ЖЗЛ, Издательство «Молодая гвардия», 1982.
Кричевский Г.Е. «Основы Бионики. Учимся мудрости у Природы». М., 2015.
Рийо А., Мейе Ж.А. Бионика. Когда наука имитирует природу. М.: Техносфера,2013.
Скурлатова М. В. Бионика как связь природы и техники // Молодой ученый. 2015.
Нанотехнологии вдохнули новую жизнь в бионику. Новые технологии. № 44 (216) от 29.10.2003
Использованныеинтернет-ресурсы
-
htth://www/cnews/ru/news/top/index.Shtml2003/08/21/147736;
-
bio-nika.narod.ru
-
www.computerra.ru/xterra
-http://ru.wikipedia.org/wiki/Бионикаwww.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
ПРИРОДА ОТКРЫТИЙ
Самолёт – птица
(Многолетнее изучение крыльев птицы помогли при конструировании крыла самолёта).
Вертолет-стрекоза
Пинцет- клюв веретенника
Скальпель- тростниковый листсегоприроднойрежущейкромкой
Застежка-молния- перо
Застежка липучка-репей
Пассатижи- клешни ракообразных
Ковш погрузчика – цепкие лапы птицы.
(Цепкие, мощные лапы хищной птицы обеспечивают
прочное захватывание добычи). Именно этот принцип положен в основу функционирования ковша погрузчика.
Парашют
Тепловизор
Шарниры- створки морских ракушек
От роз к колючей проволоке
Подвесные мост