Страница обновлена 10.11.2017

 

Экскурсионный маршрут «Заглянем в бионику».

В каждом деле нужно знать историю его развития.

 М. Горький

Уважаемые посетители музея «Бионика»!

       Вам предстоит сегодня отправиться в путешествие по одному из  музейных маршрутов: «История – Аналогия – Архитектура», а по окончании встречи ответить на  бионические вопросы.

       В любой науке много неизвестного. Ещё больше тайн хранит живая природа, изучением которой занимается бионика. Концепция науки не нова. К примеру, ещё 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шёлка. Эта наука получает выгоду от компьютеров и расширяющихся возможностей микротехники: теперь учёные могут исследовать даже мельчайшие структуры растительного и животного мира. Современная наука в основном связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными  органами.

        Бионика – это изучение мира природы с  целью улучшения техники.

           Человек на заре своей истории соорудил несколько необычных по тем временам построек и высокомерно назвал их «семью чудесами света». Назовите их.

(Пирамида Хеопса в Египте, висячие сады Семирамиды в Вавилоне, статуя Зевса в Олимпии (Греция), храм Артемиды в Эфесе, мавзолей в Галикарнасе, Колосс Родосский, Александрийский маяк).

 Настольная музейная игра «7 чудес света».

      Будто бы нет во Вселенной ничего более удивительного и великолепного, чем эти его сооружения.

     Шли годы. Одно за другим рушились рукотворные чудеса, а вокруг…. Вокруг буйствовала великая и бессловесная Природа. Она молчала, не могла сообщить тщеславному человеку, что чудес, созданных ею, не семь  и не семьдесят семь, а в сотни, в тысячи раз больше. Природа словно ждала, когда он сам обо всём догадается. 

      И человек, к счастью, это понял.

     Что такое, например, египетские пирамиды по сравнению с дворцами, возводимыми  африканскими термитами? Высота пирамиды Хеопса в 84 раза  больше роста человека. А вертикальные размеры термитников   (пережёванной и переваренной в утробе миллионов насекомых древесине) превышают длину тела обитателей в 600  с лишним раз!  Гнёзда-глыбы высотой 5-9 метров – таково жильё этих насекомых. То есть эти «сооружения» по меньшей мере «чудеснее» единственного сохранившегося до наших дней человеческого чуда!

            Термиты (белые муравьи) с давних пор охлаждают свои  жилища с помощью особой конструкции  своих гнёзд.  Принцип строения их жилища положен в основу конструкции кондиционера, который применяют для охлаждения помещения. Также поведение стаи термитов, где каждый термит принимает независимые решения, и при этом вся стая движется к единой цели, например, к построению гнезда, было положено в основу разработки новой технологии подающего механизма для копировальной и принтерной техники.

             (Рассматривание иллюстраций из «Портфеля экскурсовода»)

     Некоторые учёные  считают, что именно в строительном искусстве, чем в какой-либо другой древнейшей сфере человеческой деятельности, видны первые шаги бионики.

        У природы было несоизмеримо больше времени для творчества, чем у человека. И каждый вид  животных и растений чудесен, удивителен, поразителен, потрясающ, ошеломляющ, дивен, фантастичен…

     Сколько нужно ещё эпитетов, чтобы было убедительно?! Каждый вид без исключения! Представляете – миллионы чудес сразу.

    «И неизвестно, что преступнее – сжечь  по-геростратовски храм Артемиды в Эфесе  или свести на нет тот или иной вид. Человеческое чудо отстроить можно. Уничтоженное чудо природы восстановить нельзя. И биологический вид «человек разумный» обязан это помнить и лишь тогда оправдает  видовое своё название».

(Игорь Иванович Акимушкин, Причуды природы, М., Мысль, 1981, стр.5) – знакомство с книгами по теме.

   Сквозь асфальтовую броню проникает едва заметная зелёная былинка. Не топчи её пику! Остановись, подумай: какую же силу должна развивать эта простая травинка!! Может быть, тайна травинки хранит в себе тайну сверхмощных домкратов, подъёмников, невиданных буровых машин?!

     Наблюдение за миром животных и растений может подарить человечеству гениальные идеи. Нужно лишь применить решение, придуманное природой, к технике. Этим занимается бионика.

        В 1963 году на Всероссийской конференции академик Аксель Иванович Берг, один из основателей и идеологов бионики, отметил, что в природе существует много лишнего и несовершенного, избыточного и с технической точки зрения неоправданного. Поэтому бионика не слепо копирует природу, она лишь заимствует у той совершенные конструктивные схемы и механизмы биологических систем, обеспечивающие в сложных условиях существования особую гибкость и живучесть, выработанные живыми системами.

      «Мы часто гордимся достижениями советской науки и техники и имеем для этого серьёзные основания. Но сопротивление наших предельных результатов с теми, что достигнуто живыми организмами в процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более скромными».

        За каждой бионической загадкой своя история. Кто, что, где, когда, как каким образом, почему?

      Бионика – одна из быстро развивающихся наук нашего времени, мощный ускоритель научно-технической революции. Она обещает неслыханный расцвет производительных сил человечества, новый взлёт науки и техники.

       Вопрос для Вас, уважаемые экскурсанты. Что такое аналогия?

     Мы каждый день пользуемся предметами, сконструированными по природным образцам, однако подчас не подозреваем об этом.      

      Когда кошка прыгает с высоты и приземляется, то ёе лапы расширяются, при беге они сужаются. Автомобильные шины «кошачья лапа» функционируют по тому же принципу. При торможении они расширяются, сопротивление увеличивается, и автомобиль быстрее останавливается. Это важно для предотвращения аварий.

       Справедлива формула успеха в области науки и техники, выведенная академиком В. М. Глушковым: «Нужна идея в нужном месте и в нужное время».

     Как Вы думаете, если бы проводился конкурс на лучшего строителя или архитектора, то кому из мира природы достались бы первые места?

 Не исключено, что первые места достались бы пернатым.

           Известный римский архитектор Витрувий в одном из своих наставлений строителям писал: «Ты будешь вести кладку так, чтобы уже сложенная часть успела окрепнуть. Так делают ласточки, которые в  своих гнёздах дают несколько просохнуть первому слою глины и только потом приносят второй». (И. Б. Литинецкий, Бионика, стр. 243)

       Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надёжности.

Гармония красоты и целесообразности (Архитектура и бионика)

1.

     Однажды, возвращаясь с охоты, первобытный человек услышал неподалёку рёв медведя. То, что он увидел, запомнилось надолго: огромный рой черных маленьких пчёл со злым жужжанием вихрем закручивался вокруг сидевшего на суку дерева медведя. А тот, не переставая реветь, одной лапой отмахивался от них, а другой доставал из дупла что-то жёлтое и совал в рот. Через некоторое время, идя мимо, человек поднял лежащую отломанную от дерева, на котором сидел медведь, щепку и понюхал. А лизнув её, он зажмурился от удовольствия.

  Пчёлы строят свой волшебной четкости и непревзойдённой строгости  дом. Не будь равнодушным. Соты – инженерная конструкция, заслуживающая подробного изучения. Сегодня технике известен сотовый радиатор, а, может быть,  по этому образцу и подобию удастся создать и другие сооружения. Конструкция пчелиных сот в форме шестиугольных призм, правильных шестигранников, наилучшим образом  противостоит воздействию внешних сил – это свойство использовано в производстве многослойных плит с малым весом и большой прочностью. Как будто пчёлы знают решения математических задач на минимум и максимум. В ходе длительной эволюции природа стихийно нашла такое решение  и закрепила его в наследственном коде пчелы в качестве безусловного рефлекса. Это случай решения задачи, возникшей на пути эволюционного процесса. Наиболее приспособленными к условиям жизнедеятельности оказались пчёлы, у которых обнаружилась способность тратить лишь необходимы минимум воска на построение своих сот.

      Вспомним о мёде. Этот вкусный и распространённый продукт питания имеет довольно неэстетическое происхождение… Исходным сырьём служит цветочный нектар, который проходит предварительную переработку в зобиках пчёл–сборщиц. Затем  он срыгивается в  сотовые ячейки. Так создаётся цветочный мёд. Медоносным пчёлам лишний вес ни к чему – за один рейс они могут нести пыльцу в 5 раз больше своей собственной массы, а перед сбором пыльцы тело должно быть идеально чистым. Множество коротких волосков – самая эффективная форма очистки на планете. У пчёл, например,  примерно 3 миллионов волосков. Столько же у серых белок, но пчела при этом имеет на три порядка меньшую массу.

2. Решите, пожалуйста, задачу:

Позвоночник служит опорой туловищу человека.   В нём 5 отделов: шейный – 7 позвонков, грудной – 12, поясничный – 5, крестцовый – 5  сросшихся между собой позвонков, копчиковый – 4 позвонка. Сколько всего позвонков в позвоночнике человека?   Ответ: 33.  Причем копчиковые позвонки человека менее развиты, их может быть 4 или 5.

     Скелет состоит из соединённых  между собой костей. Он обеспечивает нашему телу опору и  сохранение формы, а также защищает внутренние органы. У взрослого человека скелет состоит примерно из 200 костей.

3.    Полые трубчатые кости. Прочность таких костей натолкнула на мысль создать по такому принципу подпорки мостов, телевизионных вышек, опорные колонны.

     Её конструкцию полностью повторила Эйфелева башня во Франции в городе Париже, хотя автор проекта, инженер, специалист по проектированию металлических конструкций архитектор Гюстав Эйфель этого не знал.  Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров  использования бионики в инженерии. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости.  Она воздвигнута на Марсовом поле в 1889 году. Высота  символа Франции  – 324 метра, примерно 81-этажный дом. У подножия башни  – бюст архитектора. Первая платформа на высоте 58 метров – там ресторан. Вторая – 115 метров  (резервуар с водой для лифтов). Помежуточные площадки – 196 и 276 метров. Третья платформа на высоте 300, 65 метра, там астро- и метеорологическая обсерватории, физический кабинет.

 Рассматривание моделей – музейных экспонатов.

       Эйфелева  башня, построенная по принципам бионики, выглядит именно так не случайно: ещё в 1846 году исследования швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера привели к неоднозначным выводам. Загадка прочности берцовой кости не давала ему покоя: почему столь значительные нагрузки не приводят к разрушению  хрупкой структуры кости? Он исследовал структуру бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. Изучая её строение более детально, учёный заметил, что головка кости покрыта сложной сетью миниатюрных косточек, которая позволяла равномерно распределять давление по всей поверхности кости, исключая её деформацию. Эта сеть имела строгую  геометрическую структуру, которую профессор прописал. В 1866 году инженер Карл Кульман использовал эти опыты для создания системы распределения нагрузки с помощью кривых суппортов для строительства, подвеет теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя десятилетия была построена Эйфелева башня.

         Это интересно! 24 июня 2005 года в селе Париж Нагайбакского района Челябинской области открыта уменьшенная пятикратно Эйфелева башня, используемая как вышка сотовой связи.

4. Из чего построить дом? Сегодня существует такое многообразие технологий и материалов для строительства, что выбор непросто сделать даже профессионалам.

   Древнейший вид коллективной деятельности человечества – строительство.  Первые из них были далеки от произведений архитектурного искусства. Земля (землянки, полуземлянки), глина, черепа и кости убитых на охотах животных, например: мамонта, носорога, рога северного оленя и т. д., а также их шкуры,   – эти  «дары природы»  использовались  в качестве строительного материала. Этот принцип заимствован у природы, которая, как известно, всегда рациональна, экономична и отходов не знает.

      Испокон из дерева строились большие и просторные жилища, хозяйственные постройки, отличные лодки, дерево было материалом для изготовления посуды, игрушек, мебели. Храмы и терема были украшены росписями и имели разнообразную композицию из многочисленных башен, переходов, крылец.  Строительство из дерева имело прочные традиции на Руси и есть основания предполагать, что типы деревянных храмов оказали существенное влияние на композицию первых каменных зданий, известных на Руси уже с конца 10 века. В умелых руках мастера-художника оно становилось произведением искусства. Веками складывались традиции, закреплялись архитектурно-конструктивные приёмы, присущие постройкам из дерева. Пожары уничтожали дотла деревни, время разрушало недолговечную древесину. Уцелели лишь немногие памятники, но и то, что сохранилось, говорит о большой культуре народа, поднявшего на небывалую высоту эстетику дерева. В 1960 году ансамбль острова Кижи стал основой для создания известного всему миру архитектурного музея-заповедника. Всмотритесь в наш экспонат: что напоминают Вам купола храма?

            Одна из церквей этого ансамбля – 22–главая Преображенская. Она построена в  1714 году,  а на нашем  ценном полотне – работа, выполненная из соломки, красивого, стильного материала,  создан эксклюзивный вариант декоративно-прикладного искусства из экологически чистого природного материала. Аппликация из соломки, очень привлекательна. С соломкой приятно работать: она золотая, гладкая, гибкая, пахучая, даёт большой простор для творческого развития, гибкости. Изделия, созданные руками мастеров, приобрели славу лучшего национального сувенира, экспортируются и хранятся во многих музеях мира.
Как у всех земледельческих народов, у славян солома была важным в крестьянском деле материалом – соломой крыли крыши домов, хлебов, амбаров. Ею кормили скот. Из соломы делали изображения языческих богов и с ними весной встречали, а осенью провожали, Ярило – солнце. Их носили с песнями по селениям, а потом сжигали или пускали на плотиках вниз по реке. Как поделочный материал она давно известна народным умельцам России, Белоруссии, Молдавии, Украины. Ею украшали самые разнообразные предметы: ларцы, шкатулки, рамки. Приемами изготовления, выверенными многими поколениями мастеров, может научиться каждый.
Работа с экологически чистым природным материалом опирается на принцип дидактики: от простого к сложному. Большое значение приобретает многократность действий. Аппликации из соломы необычайно привлекательны – они отливают золотом. Не случайно говорили о том, что на Руси крыши домов золотые, а отгадка была проста – осина использовалась  как материал для покрытия крыш. Происходит это оттого, что солома имеет глянцевую поверхность и продольно расположенные волокна. Эти волокна максимально отражают свет только в одном положении. Составляя из форм, находящихся под разными углами по отношению к свету, аппликация передает неповторимую игру: блестит как солнце.

 

   5.     Яркий пример архитектурной бионики – полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб. Обе конструкции внутри полые. Тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Узлы стеблей -  кольца жесткости. Вдоль стенок стебля  находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещённой у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно. Идентичность строения была выявлена позже.

 Помогите мне, пожалуйста, решить некоторые задачи из бионики. Дайте ответы.

    Привыкнув сегодня принимать как должное все свершения человеческого гения и ничему не удивляться, мы тем не менее не перестаём и никогда, по-видимому, не перестанем поражаться и восхищаться творениями живой природы. Чего только нет в её «патентном бюро!»

 Гидравлический привод? Пожалуйста, у паука.

Пневматический отбойный молоток? Вот он у земляной осы.

Ультразвуковой локатор? У летучей мыши.

 Сонар? У дельфина, тюленя, кита.

 Реактивный двигатель? У кальмара.

 Точный барометр? У лягушки, вьюна, пиявки.

Предсказатель шторма? У медузы.

Запахоанализатор, способный различать 500 тысяч запахов? У обыкновенной  собаки дворняжки.

Счетчик Гейгера? У улитки.

Гиротрон? У мухи.

 Поляризационный солнечный компас? У  пчелы.

Указатель скорости движения? У жука.

 Опреснитель морской воды? В клюве альбатроса.

Высокочувствительный сейсмограф? У водяного жука и кузнечика.

Поистине «На выдумки природа таровата».

 Молодцы! Спасибо, что преодолели это сложный бионический маршрут!