V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

БИОНИКА – НАУКА ОТ ПРИРОДЫ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рудаков  Н.А. 1

---

1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75» г.Котласа

Овсянникова  О.Г. 1

---

1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75» г.Котласа

Работа в формате PDF

324.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

БИОНИКА – направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. 

Человек часто учится от природы, создавая инструменты и приборы,  которыми природа пользуется на протяжении многих лет,  оттачивая свое мастерство в процессе эволюции. Мы часто пользуемся такими инструментами как клещи, молотки, расчески, щетки и многое другое и не задумываемся,  как они появились. Первоначально этим создателем была природа. Это она  имеет множество инструментов, только они сделаны еще лучше, качественней и являются наиболее точными, чем инструменты техники. Они изготовлены не из металла, а например, из хитина, как у насекомых. Изучая науку – Бионику – возникали вопросы. А многие ли знают про эту науку? А какими приборами и инструментами созданными природой, мы  пользуемся дома? Может ли человек обойтись без этих инструментов?

Гипотеза:Мы предположили, что человек часто использует в своей повседневной жизни инструменты,  созданные природой, и не может без них обойтись.

Цель работы: Изучение инструментов находящихся в квартире средней статистической семьи.

Задачи исследования:

1. Посмотреть на разнообразие инструментов в квартире и изучить, как природа первоначально использовала данный объект.
2. Определить для каких целей используются инструменты и можно ли без них обойтись.
3. Провести опрос среди обучающихся на знание науки – БИОНИКИ, объектов ее исследования и применения знаний на практике.
4. Создание брошюры с целью ознакомления обучающихся с наукой – БИОНИКОЙ.

Объект исследования:инструменты используемые человеком.

Предмет исследования: знания о природе, используемые человеком, при создании инструментов.

Методы исследования: социологический опрос, исследованиеинструментов используемых человеком, создание брошюры.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1   Наука  - БИОНИКА – сформировалась во второй половине 20-го века. Бионика – «БИОлогия» и «техНИКА», что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня», которая принесет большую пользу человеку и природе, чем техника существующая сегодня.(интернет ресурс)

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла.

БИОНИКА – наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организма

   С развитием авиации совершенствовались и летательные аппараты. Однако, длительное время страшным бичом скоростной авиации был флаттер – внезапно возникающие на определённой скорости вибрации крыльев, которые приводили к тому, что самолёты самых прочных конструкций разваливались в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы научились бороться с этим бедствием: крылья стали делать с утолщением на конце. И уже потом нашли точно такие же хитиновые утолщения на концах крыльев бабочек.

Наблюдая за ракообразными и за тем, как они хватают клешнями, учёные придумали удобные медицинские зажимы, которыми пользуются и сейчас.

Моделирование органа медузы, улавливающего инфразвуки, позволило создать техническое устройство, предупреждающее за много часов о наступления шторма и указывающее направление, откуда он придёт.

             Обтекаемая форма акулы и её внешнее строение стало прототипом современных подводных лодок. Кальмар, забирая в себя воду, с силой её выталкивает. Это помогает ему двигаться с большой скоростью. Данный принцип человек применил для создания реактивного двигателя  [ 2 ].

Летучая мышь во время полёта ориентируется по отражению непрерывно создаваемых ею звуковых волн. Локационный аппарат мышей обладает большей точностью, чем созданные человеком радио- и гидролокаторы.

            Густав Эйфель в 1889 году построил чертёж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Херман фон Мейер исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объект исследования:наука - БИОНИКА.

2.1Проведение социологического опроса

Для проведения школьного социологического опроса были составлены 8 вопросов с выбором ответа (Приложение 1.).

Опрос проводился среди обучающихся с 5-го  по 9-й  класс. Всего 126 респондента. Результаты опроса таблица №1 (Приложение 2.)

             Первый вопрос раскрывал представление о самой науке – бионике. По формулировке вопроса почти все обучающиеся сориентировались верно, ответив на него – 95.5%. Хотя многие утверждали,  что не представляют, что изучает данная наука. Мы раскрыли понятие – БИОНИКА, а затем продолжили отвечать на вопросы. Хуже всех справились пятиклассники – 63.8%, а лучше всех ответили 9 –е классы – 93%. Это говорит, о большом багаже знаний полученных за 9 лет обучения в школе. Но по ответам (приложение 2. таблица №2)  можно проследить и увидеть, что для всех самый легкий вопрос был №5, почти все ответили правильно. И так же самым затруднительным вопросом оказался №8. Только 9 – ки многие смогли на него правильно ответить, так как изучили анатомию человека в полном объеме.

2.2 Изучение инструментов используемых человеком.

2.2.1 Инструмент: Комбинированные клещи(Приложение 3. табл. №1)

Природный объект: Клещи муравьиного льва – муравьиный лев питается личинками насекомых. Он разрывает воронки в песке, если в эту ловушку попадает муравей, то муравьиный лев бросает ему вслед песок, тем самым мешает выбраться обратно. При этом он использует свои клещи в качестве совка для песка. Когда он высасывает содержимое своей жертвы, он выбрасывает пустую оболочку из воронки. Клещи муравьиного льва могут сыпать песок, хватать добычу и впиваться в нее; они действуют как шприц, маленький всасывающий насос или инструмент для броска. Таким образом, они представляют вид комбинированных клещей, обладающий шестью функциями.[ 1 ]

Использование инструмента: Чаще всего при работе используют клещи, способные выполнять четыре функции. Их захватывающие концы имеют рифленые контактные поверхности и поэтому, например, могут удерживать лист жести. В выемке этих клещей имеются зубчики, которые позволяют вращать трубку. С боков изгибы инструмента пересекаются, и это делает возможным перекусывание проволоки. Так же  ими можно забивать гвозди.

Вывод:Комбинированные клещи удобны в применении, так как заменяют несколько инструментов.

2.2.2 Инструмент: Пинцет(Приложение 3. табл. №2)

Природный объект: Веретенники – крупный кулик из семейства бекасовых с очень длинным клювом и длинными ногами. Своим длинным 15-сантиметровым клювом они ощупывают землю, втыкая его в мягкую почву. При этом кончик клюва птица в нужный момент открывает и закрывает. Таким образом, ей легко хватать маленьких червяков и другую добычу.

Клюв – это комбинированный инструмент. До захвата пищи клюв сжат и служит в качестве ковыряющего и ищущего инструмента. Только глубоко в земле он открывается, словно две створки пинцета, выполняя в этом случае функцию точно работающего хватающего механизма.[ 1 ]

Использование инструмента: Острые концы пинцета легко проникают под верхний слой предметов. Сжав пальцами обе половинки пинцета, можно захватить даже самые мелкие предметы. Если отпустить их, пинцет разожмется и выпустит предмет.

Вывод: Пинцет необходим для работы с мелкими предметами, так как пальцы человека не могут производить точные манипуляции с такими предметами.

2.2.3 Инструмент: Складной нож(Приложение 2. табл. №3)

Природный объект:  Навозный жук живет в мягкой земле и навозе. Для своего продвижения он использует специальные лопатки, которые находятся на его голени. Когда они не нужны жуку, он может, поместить свою ножку в желобке голени и затем голень вложить в нишу бедра. Таким образом, его инструменты размещаются, экономя место.[ 1 ]

Использование инструмента: Складной нож  состоит из множества отдельных частей: большого и малого лезвий, ножниц , штопора, ножа для открывания бутылок, отвертки, зубочистки и т.д. все эти элементы размещены в небольшом пространстве. Такой нож можно положить в карман брюк,и не поранившись им. Таким образом, человек разработал целую систему, экономящую пространство, как это сделал маленький навозный жук со своими копающими лопатками.

Вывод:Складной нож вмещает в себя несколько разных  инструментов, при этом очень компактен и занимает мало места.

2.2.4Инструмент:Дрели(Приложение 3. табл. №4)

Природный объект:Оса рогохвоста хвойного. Яйцеклад осы рогохвоста хвойного большого, когда готовиться отложить яйца, она ползет по ветке до самого ствола дерева,

поворачивает к нему заднюю часть своего туловища, выпускает из него яйцеклад  и удобно устанавливает его. Насекомое «просверливает» в дереве мельчайшие дырочки примерно на глубину двух сантиметров. Если дерево хвойное, ему потребуется около 20 минут. Когда дырка готова, оса через свой длинный полый яйцеклад, подобный сверлу, помещает туда яйца.[ 1 ]

Использование инструмента:Для того чтобы высверлить дырки под дюбели, болты и винты, используют сверла, которые по виду и принципу действия похожи на яйцеклад осы рогохвоста хвойного большого. В отличии от яйцеклада осы рогохвоста хвойного большого, технические сверла выполняют только одну функцию -  они могут лишь сверлить.

Вывод:Дрель необходима и очень удобна для просверливания отверстий в различных строительных материалах ( дерево, бетон, металл).

2.2.5Инструмент:Застежка липучка(Приложение 3. табл. №5)

Природный объект:Репейник. Плоды репейника показывают, как необходимы, бывают крючки. У плодов репейника существует множество способов распространения семян  самими растениями. Его плоды, которые имеют более 200 крючков, прикрепляются к шерсти животных. Животные уносят их с собой и затем стряхивают.[ 1 ]

Использование инструмента:С их помощью можно, например, застегивать спортивные ботинки; в этом случаи шнурки уже не нужны. Кроме этого, длину можно легко регулировать -  в этом одно из его преимуществ.

Вывод:Липучка очень удобна. Экономит время для застегивания обуви и одежды т.д. Даже малыш может надеть обувь без помощи взрослого.

2.2.6Инструмент:Технические присоски(Приложение 3. табл. №6)

Природный объект:Осьминог изобрел изощренный метод охоты на свою жертву: он охватывает ее щупальцами и присасывается сотнями присосок, целые ряды которых находятся на щупальцах. Также они помогают ему передвигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз.[ 1 ]

Использование инструмента:Там, где есть гладкие поверхности, часто используют присоски. В быту их используют, прежде всего, на кухне и в ванной. Когда крючок с присоской прижимают к кафельной плитке ванной комнаты, создается вакуумное пространство.

Вывод:Технические присоски очень удобны в быту, без применения гвоздей и клея, могут держать различные предметы (крючки для полотенец , мыльница, коврики в ванную и т.д.).

2.2.7Инструмент:Батарейка(Приложение 3. табл. №7)

Природный объект:Электрический угорь может испускать электрические разряды до 700 вольт, с помощью которых он может оглушать или убивать  врагов и свою добычу. Электрический орган, который генерирует напряжение, состоит из особой мускулатуры. Напряжение, как и в батарее, создается потоком ионов и разряжается серией ударов, быстро следующих одним за другим.[ 1 ]

Использование инструмента В каждом доме есть огромное количество приборов, которые работают на батарейках (часы, карманный фонарик).

Вывод:Батарейка незаменима для многих электрических бытовых приборов, даже если отключили электричество – нас спасет батарейка!

2.2.8 Инструмент: Игла для инъекций(Приложение 3. табл. №8)

Природный объект: Оса. Осиное жало. Длина жала осы не превышает 3 мм, а толщины 0,001 мм. Если осе угрожает опасность, она применяет его для защиты. Жало с легкостью впитывается в кожу человека, превращаясь в крошечный кинжал. Одновременно оно является инъекционным шприцом.[ 1 ]

Использование инструмента:Внутривенные и внутримышечные инъекции.

Вывод:У многих в домашней аптечке хранятся инъекционные шприцы для экстренной помощи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы  были опрошены обучающиеся на представление о науке –Бионике. Как выяснилось, многие не знают эту науку, но по подсказке в выборе ответа, могут представить, чем она занимается.

            Так же были исследованы инструменты, которые находятся в квартире и используются по назначению. Эти инструменты и приспособления создал человек, используя знания о природе.

Так в основе изобретения  комбинированных клещей лежит принцип работы клещей муравьиного льва. Этот инструмент многофункциональный, и удобен при ремонте квартиры.  Пинцет повторяет клюв веретенника, очень удобен при работе с мелкими предметами. Складной нож имитирует ножку с лопатками навозного жука – компактен и многофункционален.  Он не заменим в походе, поездке и  в хранении и переносе, соблюдается техника безопасности. Дрель,подобно яйцекладуосы рогохвоста хвойного, необходима и очень удобна для просверливания отверстий в различных строительных материалах ( дерево, бетон, металл) при строительстве и ремонте. Застежки липучки такие же липкие как плоды репейника. Очень удобны для застегивания сумок, обуви и одежды. А особенно они экономят время мам маленьких детей, ведь малышу легче справиться с липучкой на обуви, чем со шнурками. В красивом кафеле всегда жаль делать отверстие сверлом, выход из положения технические присоски. Они незаменимы в ванной, так как прочно прикрепляют крючки, мыльницы, полочки без клея и гвоздей, как присоски осьминога. Невозможно представить любую квартиру, дом без батареек, их используют в часах, телефонах, фонариках, да мало ли где! А принцип работы батарейки повторяет электрический орган электрического угря. У многих в домашней аптечке хранятся инъекционные шприцы для экстренной помощи. Не техника, а природа создает самые эффективные  и тончайшие инъекционные шприцы, как жало осы. К сожалению, техника не создала еще игл, подобных жалу, которые не гнутся и не ломаются. Если бы удалось создать такие инъекционные шприцы, то прививки, например, стали бы почти безболезненными.

             Изучив, как человек применяет свои знания о природе, создавая инструменты. И  исследуя инструменты в квартире, как их использует человек. Мы подтвердили свою гипотезу, действительно, человек  часто использует в своей повседневной жизни инструменты,  созданные природой, и не может без них обойтись.

По итогам работы была создана брошюра, которую можно использовать на уроках окружающего мира. И дать представление обучающимся о науке – БИОНИКЕ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Воронцова З.С. Мастерская природы. – М.: «Изобразительное искусство», 1981г – 32 открытки.

2. Нахтигаль В.Н. Большая серия знаний. БИОНИКА. – М.: ООО «Мир книги», 2003 г. – 128 с..

Интернет – сайт:

1. Словари и энциклопедии на АКАДЕМИКЕhttps://dic.academic.ru/
2. http://www.microarticles.ru/

3.https://www.google.ru/search?q=символ+бионики

Приложение 1.

Вопросы социологического опроса:

1. Как называется наука, цель которой – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники?

а) конструирование;  б) планирование;    в) бионика +

2. Что изучал основоположник аэродинамики Н.Е. Жуковский? На основании его исследований и появилась авиация.

а) физику;   б) кораблестроение;    в) механизм полета птиц и условия, позволяющие им свободно парить в воздухе +

3. Более совершенным летательным аппаратом в природе обладают…

а) насекомые +;    б) рептилии;  в) листья деревьев

4. По аналогии с принципом, лежащим в основе с эхолокации у летучих мышей, конструируются…

а) модели приборов-локаторов для слепых +;

б) радары;    в) другая техника

5. Какие животные обладают электрической активностью?

а) рыбы +;     б) мыши;    в) кроты

6. Применение бионики в медицине это…

а) создание медикаментов;   б) строительство медицинских учреждений;

в) создание искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека +

7. Какое строение копируют современные многоэтажные дома, в которых проживают люди?

а) стеблей злаков +;    б) травы;      в) кустов

8. Какой принцип стоит в основе строения Эйфелевой башни?

а) принцип строения стебля растений;

б) принцип строения человеческих костей +;

в) принцип строения скелета насекомых

Приложение 2.

Результаты социологического опроса

таблица №1

Сравнительная таблица результатов социологического опроса

таблица №2

Приложение 3 .

14