Краткое содержание главы
Бионика представляет собой научное направление, занимающееся исследованием и применением принципов организации и функционирования биологических объектов (процессов) и их элементов для совершенствования существующих и разработки новых технических систем и технологий. Научную и инженерно- техническую базу бионики составляют биология, математика, физика, теория автоматического регулирования, биокибернетика, радиоэлектроника, микроэлектроника, механика. Основными этапами бионических исследований являются поиск, обнаружение и исследование биологического объекта (феномена, явления, процесса) — прообраза будущей технической системы (1); построение математической или физической модели биологической системы (процесса), отражающей основные принципы ее структурной (в том числе химической) организации и функционирования (2); инженерное проектирование (3). Рассмотрены главные направления современной бионики и некоторые ее достижения. Проанализированы перспективы развития исследований в области бионики.
Творческие задания
1. Выберите одно правильное утверждение из четырех предложенных.
Комплексное научное направление, занимающееся исследованием и применением принципов организации и функционирования биологических объектов и их элементов для совершенствования существующих и разработки новых технических систем:
- 1) химическая физика;
- 2) биомеханика;
- 3) бионика;
- 4) биофизика.
2. Выберите три правильных утверждения из шести предложенных.
Некоторые области знания, входящие в теоретическую и техническую
базу бионики:
- 1) радиоэлектроника;
- 2) психология;
- 3) информатика;
- 4) лингвистика;
- 5) биология;
- 6) математика.
- 3. Подберите соответствия; напишите номера утверждений, соответствующие приведенным понятиям.
Технические устройства:
A. Измеритель скорости самолетов относительно земли.
Б. Элементы крыльев самолетов, служащие для предотвращения вибрации.
B. Устройства для электролова и отпугивания рыб.
Г. Современные высотные фабричные трубы.
Д. Дырчатые конструкции в архитектурных и технических сооружениях.
Биологические прототипы:
- 1) хитиновые утолщения на кончиках крыльев насекомых;
- 2) сложный (фасеточный) глаз насекомых;
- 3) стебель злаков;
- 4) кость позвоночных (губчатое вещество);
- 5) электрические органы рыб.
- 4. Выберите из приведенного ниже списка необходимые термины и вставьте их в соответствующие места в тексте.
Прибор, применяемый на скоростных самолетах и ракетах для регистрации _ отклонения летательного аппарата, —
_разработай на основе изучения специального органа летающих насекомых —_, который представлен
недоразвитыми задними крыльями в виде булавовидных образований, колеблющихся в_плоскости.
Термины для вставки:
- 1) горизонтальная; 2) сяжки; 3) гирокомпас; 4) угловое; 5) линейное;
- 6) гиротрон; 7) жужжальца; 8) вертикальная.
- 5. Заполните пустые ячейки в таблице.
Некоторые перспективные технические системы и их биологические прототипы
|
Биологический прототип |
Техническая система |
|
Протез, включающий в себя с|ютокамеру, кремниевую матрицу (в которой функцию светочувствительных элементов выполняют фототранзисторы, нейронов — транзисторы, нервных волокон — металлические проводники), и процессор |
Окончание таблицы
|
Биологический прототип |
Техническая система |
|
Раковины некоторых глубоководных моллюсков |
Многослойная конструкция, в которой чередуются жесткие и мягкие пластинки. Механические свойства этой системы таковы, что физический дефект (трещина) жесткой пластинки не имеет тенденции к распространению, так как деформация поглощается («гасится») мягкой пластинкой |
|
Электронно-вычислительное устройство, обладающее следующими свойствами: миниатюрность, экономичность, высокая надежность, гибкое восприятие информации извне, не зависящее от формы (тембр звука, цвет световых сигналов, почерк и т.д.), адаптивность и пластичность (оперативная смена программ деятельности с целью приспособления к новой ситуации) |
|
|
Рабочая поверхность конечностей некоторых насекомых (мухи) и ящериц (гекконы) |
Материал, обладающий свойством «сухого прилипания» к различным поверхностям |
|
Устройство, состоящее из блока, генерирующего электрическое поле, и блока, регистрирующего изменения его напряжения (в воде). Появление в радиусе действия прибора какого-либо предмета искажает электрическое поле, что фиксируется сенсорными элементами воспринимающего блока. Поступающая информация подвергается компьютерной обработке в реальном времени, что позволяет реконструировать окружающую прибор обстановку с большой точностью |
6. Заполните пустые ячейки в схеме основных направлений современной бионики.
7. Укажите последовательность этапов бионического исследования.
A. Построение математической или физической модели биологической системы (процесса).
Б. Инженерное проектирование.
B. Нахождение и исследование биологического объекта — прообраза будущей технической системы.
- 8. Перечислите основные направления современной бионики.
- 9. Определите справедливость данного утверждения (ответ — да/нет).
Наблюдения за некоторыми рептилиями и паукообразными показали,
что эти животные способны оценивать свое местоположение в пространстве по поляризованному излучению солнца путем регистрации изменений его поляризации в зависимости от расположения над горизонтом. Используя данный физический принцип, инженерами-биониками был сконструирован солнечный компас, позволяющий! ориентироваться по солнцу в ненастную погоду.
10. Дайте развернутый аргументированный ответ на вопрос.
Почему создаваемые в процессе бионических исследований технические устройства следует рассматривать как изоморфные конструкции, а не как точные копии биологических объектов?
Рекомендуемая литература
- 1. Архитектурная бионика / под ред. Ю. С. Лебедева. — М. : Стройиз- дат, 1990.
- 2. Баарс, Б. Мозг, познание, разум : в 2 т. / Б. Баарс, Н. Гейдж. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
- 3. Гийо, А. Бионика. Когда наука имитирует природу / А. Гийо, Ж. Мейер. — М.: Техносфера, 2013.
- 4. Кибернетика и бионика. Иллюстрированный справочник. — М., 2005.
- 5. Ле Корбюзье. Архитектура XX века / Ле Корбюзье. — М.: Прогресс, 1970.
- 6. Лебедев, К). С. Архитектурная бионика / К). С. Лебедев, В. И. Рабинович. — М.: Стройиздат, 2005.
- 7. Мюмер, Т. Биомиметика / Т. Мюллер // National Geographic Россия. - 2008. - №5. - С. 112-135.
- 8. Соколов, Е. Н. Нейробионика. Организация нейронодобных элементов и систем / Е. Н. Соколов, Л. А. Шмелев. — М.: Наука, 1983.
- 9. Тетиор, А. И. Социальные и экологические основы архитектурного проектирования / А. Н. Тетиор. — М.: Академия, 2009.
- 10. Цойх, М. Бионика / М. Цойх. — М.: Мир книги, 2007.
.Шамис, А. Л. Поведение, восприятие, мышление: проблемы создания искусственного интеллекта / А. Л. Шамис. — М.: URSS, 2005. — Серия : Науки об искусственном.
