Презентация к уроку «Бионика или удивительный мир живой природы»

Работу выполнила: Шалаева Т.В., преподаватель биологии

• ...Соприкосновение с природой есть самое последнее слово всякого прогресса, науки, рассудка, здравого смысла, вкуса и отличной манеры.

Достоевский Ф. М.

• Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться.

Леонардо да Винчи

• Нет ничего более изобретательного, чем природа.

Цицерон

• Грандиозные вещи делаются грандиозными средствами. Одна природа делает великое даром.

Герцен А. И.

• Изучение и наблюдение природы породило науку.

Цицерон

• Прогресс - закон природы.

Вольтер

• Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями…

Леонардо да Винчи

Леонардо да Винчи

• Бионика – наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов.

История развития

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Дата рождения бионики:

Символ бионики

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

Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

Связь бионики с другими науками

БИОНИКА

БИОНИКА

БИОНИКА

БИОЛОГИЯ

ИНЖЕНЕРНЫЕ НАУКИ

ХИМИЯ

ФИЗИКА

ЭЛЕКТРОНИКА

МОРСКОЕ ДЕЛО

КИБЕРНЕТИКА

НАВИГАЦИЯ

• биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;
• теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;
• техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Практическая (техническая) часть

Биологическая бионика

Теоретическая часть

• Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения.

• Изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике.

• Исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Густав Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии.

Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости

Костная структура головки бедренной кости

Одним из удачных примеров бионики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля.

Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь чему учиться.

Леонардо да Винчи

Спасибо за внимание

МБОУ«Верхнеуслонская гимназия» Верхнеуслонского муниципального района Республики Татарстан «Бионика. Технический взгляд на живую природу».

Работу выполнила: Арефьева Полина, ученица 9 А класса

Руководитель: Арефьева Ю.В., учитель биологии и химии

Верхний Услон, 2016 год

Цели исследовательской работы:

Расширить представление о бионики, ее развитии и значении. Повысить интерес к изучению естественно- математических и технических наук.

Задачи:

• Познакомиться с историей возникновения науки «Бионика».
• . Показать взаимосвязь физикой, техникой, биологией и другими науками.
• Выделить основные направления бионики.
• важное практическое значение бионики.
• Развивать мотивации изучения естественно-научных дисциплин

Методы исследования:

Теоретические: - изучение научных статей, литературы по теме. Практические: - наблюдение, анализ, обобщение.

Единственное его изобретение, получившее признание при его жизни - колесцовый замок для пистолета (заводившийся ключом). Леонардо да Винчи интересовали проблемы полёта. В Милане он делал много рисунков и изучал летательный механизм птиц разных пород и летучих мышей. Кроме наблюдений, он проводил и опыты, но они все были неудачными. Леонардо очень хотел построить летательный аппарат. Он говорил: «Кто знает всё, тот может всё. Только бы узнать - и крылья будут!».

Связь бионики с другими науками

БИОЛОГИЯ

ИНЖЕНЕРНЫЕ НАУКИ

ФИЗИКА

Морское дело

ХИМИЯ

КИБЕРНЕТИКА

Навигация

Электроника

В 18 веке Луиджи Гальвани проводил успешные опыты с лапкой лягушки, которые привели к созданию гальванических элементов - химических источников электрической энергии.

Луиджи Гальвани

Основные направления бионики. Нейробионика

одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании способов преобразования информации в биологических системах.

Американская подводная лодка «Скипджек» в точности повторяет форму тунца.

Ю.Гагарин

К. Циолковский

1. Бион – ячейка жизни.

Самая удивительная лаборатория - это живая . В этой лаборатории на протяжении сотен миллионов лет идет кропотливая работа: благодаря наследственности и изменчивости организмов в результате естественного отбора совершенствуются те качества и свойства животных и , которые лучше всего соответствуют условиям окружающей среды. Так постепенно достигается поразительная приспособленность к окружающим условиям. Человек давно не только удивляется этому совершенству природы и восхищается им, но и учится у природы, подражает ей .

Великий ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи долго наблюдал за полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог на нем, подобно птицам, парить над землей. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Основоположник современной аэромеханики Н. Е. Жуковский потратил много сил для того, чтобы понять, каким образом удается парить в воздухе. Он посвятил этому вопросу специальную книгу. научили человека летать - так появилась авиация. Дальнейшее изучение полета птиц способствовало ее совершенствованию.

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Нужно было во-чтобы то ни стало научиться их обнаруживать. Для этой цели создали специальные приборы - гидрофоны. Они должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Гидрофоны установили на кораблях. Однако вскоре выяснилось, что во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, заглушавший шум подводной лодки. Долго не могли устранить этот недостаток. Наконец, известный физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться… у , которые хорошо слышат при движении в воде. Приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали «слышать» даже на полном ходу корабля. К тому же они позволяли определять направление на источник звука и расстояние до него.

Ученые обратили внимание на то, что медуза за несколько дней до шторма в океане начинает постепенно опускаться на дно. Стали выяснять причины. Оказалось, что у нее есть особое устройство, которое предупреждает о подобных изменениях в водной стихии. Советские ученые сконструировали по его подобию прибор «ухо медузы», заблаговременно информирующий моряков о приближении бури.

Или сложное явление в авиации - флаттер - ритмичное, не поддающееся регулированию колебание крыльев самолета, часто приводящее к их разрушению, особенно при повышенных скоростях. В процессе бионических исследований живой природы обнаружилось, что стрекоза давно «решила» этот технический вопрос: в ее крыльях имеются специальные подвески, предотвращающие флаттер .

Можно привести множество таких примеров.

Мир живой природы развивался и совершенствовался в течение многих миллиардов лет, выработав в себе целый ряд средств, которым аналогичны наши технические средства: радиолокационные приборы, летающие аппараты, оптические инструменты, навигационные приспособления.

И сейчас, в век электроники и атомной энергии, человек может очень многое позаимствовать у . Несколько лет назад академик А. И. Берг писал: «Мы часто гордимся достижениями современной науки и техники и имеем для этого серьезные основания. Но сопоставление наших предельных результатов с тем, что достигнуто живыми организмами в процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более скромными» .

В наше время оформилось самостоятельное направление в науке и технике, цель которого - использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. Оно было названо бионикой (от греческого слова «бион» - ячейка жизни).

Можно считать, что бионика находится еще в школьном возрасте. Ведь первая конференция специалистов-биоников, положившая начало ее официальному признанию, состоялась в 1960 г. Сейчас бионикой занимаются, тесно общаясь друг с другом, представители самых разных специальностей - биологи, врачи, физики, инженеры, математики. Круг вопросов, которые исследует бионика, довольно обширен и продолжает расширяться. Учёные – бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике».

Различают:

биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;

техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Задачи, стоящие перед бионикой обширны:

Изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики;

Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки датчиков и систем обнаружения;

Изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

Исследование биологических, морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

2. Основные направления бионики.

2.1 Архитектурно-строительная бионика.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Яркий пример архитектурно-строительной 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 - одним из последних достижений инженерной мысли. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой.

Стремление к комфорту, к добротному, уютному и красивому жилью присуще человечеству с давних пор. Каждый из нас хочет, чтобы окружающее пространство входило в резонанс с его внутренним миром. Сейчас у каждого из нас есть шанс построить свой идеальный дом. Может это будет , как у героев Чехова. А возможно, коттедж с террасой в американском стиле. Важно то, что он может сочетать в себе все элементы удивительного архитектурного стиля - "бионическая архитектура".

Появлению необычных архитектурных стилей мы обязаны гениям от зодчества. Талант вечно в поиске. Доказательства этому встречаются на каждом шагу в виде памятников архитектуры, разбросанных по всему миру. На протяжении многих лет стили сменяют друг друга, каждый из них неповторим. Современность предлагает новый подход к архитектуре.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал.

В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Сейчас многие столицы мира украшены зданиями в бионическом стиле. То там, то здесь возникают новые "живущие" сооружения. Голландия и Австралия, Китай и Япония, Канада и даже Россия могут похвалиться бионическими шедеврами.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше .

Благодаря тому, что природа более совершенна и безопасна, по сравнению с теми технологиями, которые изобрело человечество, бионика позволяет создавать не только органичные, экологичные и надежные сооружения, но и значительно экономить энергию и материалы.

Это лишь малая часть того, что можно рассказать о стиле, созданном для человека, стремящегося раскрыть свой внутренний мир, душевный и духовный потенциал. Теперь и архитектура берёт на себя эту непростую задачу.

2.2 Разработка новых материалов.

Современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги. К примеру, еще 3000 лет назад китайцы пытались перенять у насекомых способ изготовления шелка. Но в конце ХХ века бионика обрела второе дыхание, современные технологии позволили копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Так, несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины - кевлар.

Исследователи из «Бел лаб» недавно обнаружили в теле глубоководных губок высококачественное оптоволокно, по свойствам очень близкое к самым современным образцам волокон, используемых в телекоммуникационных сетях. Более того, по некоторым параметрам природное оптоволокно оказалось лучше искусственного.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку», которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды .

2.3 Бионика и медицина.

Телеканалом PBS был снят репортаж о новых проектах в области бионики, которые призваны помочь людям с ограниченными возможностями. Репортеры рассказали об аппаратах роботизированных ног, управляемых от батареи на спине, сверхсовременном протезе рук и специальных очках, обеспечивающих “бионическое зрение” .

В автоматизированных ножных протезах используется искусственный интеллект для распознавания жестов человеческих рук, имитируя тем самым естественную человеческую походку.

Бионические протезы рук способны воссоздать даже мелкую моторику кистей, что дает возможность пользоваться такими миниатюрными вещами, как шариковая ручка, ложка, вилка и тому подобными предметами .

2.4 Бионика и техника.

Самые преданные адепты бионики - это инженеры, которые занимаются конструированием роботов. Сегодня среди разработчиков весьма популярна точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно действовать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Ученые и инженеры исходят из того, что им придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческом» интерьере - с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги (колеса, гусеницы и прочее не подходит для города). Но у кого копировать конструкцию ног, если не у животных?

В направлении создания прямоходящих двуногих роботов дальше всех продвинулись ученые из Стенфордского университета. Они уже почти три года экспериментируют с миниатюрным шестиногим роботом, гексаподом, построенным по результатам изучения системы передвижения таракана.

Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро - со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду - и так же успешно преодолевает препятствия .

Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Заключение.

Предмет бионики известен под разными названиями: например, в Америке обычно используется термин « биомиметика », но иногда говорят о биогенезе . Но суть науки от этого не меняется. Перспективное научно-технологического направление заимствует у природы ценные идеи и реализует их в виде оригинальных конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.

В последнее десятилетие бионика получила значительный импульс к новому развитию. Это связано с тем, что современные технологии переходят на гига- и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика в основном связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. http://bionika.ru/

Приложение.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ МОСКОВСКОЙ
ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Московский областной медицинский колледж №3 имени Героя
Московской области
Советского Союза З.Самсоновой»
Ногинский филиал
«БИОНИКА В МЕДИЦИНЕ»
ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ БИОЛОГИЯ
студентки I курса 11 СД группы
специальности 34.02.01 Сестринское дело (базовая подготовка)
МОШКОВОЙ ЕЛЕНЫ СЕРГЕЕВНЫ
Студент _______________ _Е.С.Мошкова ____
подпись И.О.Фамилия
Научный руководитель ______________ _Е.Б.Тягунова _______
Подпись И.О.Фамилия
ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ
Зам. директора по УР ________________ __Д. В. Седов_________
Подпись
И.О.Фамилия
Дата защиты «___» _________________2017 год
Отметка ______________________

2017
Оглавление
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
...................................................................................................................................1
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение.................1
Московской области..............................................................................................1
«Московский областной медицинский колледж №3 имени Героя................1
Советского Союза З.Самсоновой»......................................................................1
Ногинский филиал................................................................................................1
«БИОНИКА В МЕДИЦИНЕ».............................................................................1
ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ БИОЛОГИЯ...................................................1
студентки I курса 11 СД группы.........................................................................1
специальности 34.02.01 Сестринское дело (базовая подготовка)..................1
МОШКОВОЙ ЕЛЕНЫ СЕРГЕЕВНЫ..............................................................1
Студент _______________ _Е.С.Мошкова ____................................................1
подпись И.О.Фамилия..........................................................................................1
Научный руководитель ______________ _Е.Б.Тягунова _______.................1
ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ...................................................................................1
Зам. директора по УР ________________ __Д. В. Седов_________...............1
Подпись И.О.Фамилия.........................................................................................1
Дата защиты «___» _________________2017 год..............................................1
Отметка ______________________......................................................................1
2017...........................................................................................................................2
Оглавление..............................................................................................................2
2

Введение..................................................................................................................5
наука так же движется вперед и дает человеку такие возможности, о
которых он мог только мечтать. С незапамятных времен человек
наблюдая за процессами жизнедеятельности живых организмов, хотел
заимствовать у природы что­то новое неподвластное ему самому. Так
знаменитый Леонардо да Винчи,изучая строение крыльев птиц, мечтал о
полете человека в воздухе. Так позднее по его схемам и чертежам была
разработана модель орнитоптера. В 60­е годы появилась бионика,
наука ­ будущего, которая сейчас получила сильный импульс к развитию.
«ячейка жизни»......................................................................................................5
технологии, облегчающие процессы жизнедеятельности человека,
помогающие продлить жизнь на планете Земля и дающие человеку
возможность отвечать на многие вопросы прошлого и будущего. В
данной работе рассматривается процесс внедрения в жизнь человека,
все более новых и продуктивных технологий будущего и их развития
с помощью процессов, которые присущи живым организмам...................5
откроют жизнь в этих тайнах космического пространства. Ученые­
бионики, уже сделали открытие в разных сферах жизни человека:
медицине, архитектуре, промышленности, дизайне. Единственное, что
еще не подвластно деятельности технологического прогресса: это мозг
человека. Вот уж она великая загадка природы. Но и здесь сделано
немало открытий. Ученые всего мира стремятся создать мегамозг,
человека ­ киборга, который сможет с легкостью отвечать на любые
вопросы и при этом помочь науке в продвижении вперед.............................5
Цель: изучить науку «бионика» и рассмотреть ее применение в медицине
...................................................................................................................................6
Объект исследования: практическое применение науки «бионика»............6
Предмет исследования: наука «бионика».........................................................6
3

Задачи:.....................................................................................................................6
1.Узнать об истории возникновения науки.......................................................6

медицине..................................................................................................................6
3.Показать применение науки в медицине........................................................6
4.Провести практическую работу.......................................................................6
5.Сделать выводы..................................................................................................6




сравнению с отсутствием конечности возможность даже ограниченного
числа движения – огромный прогресс. Однако даже самые лучшие и
совершенные бионические протезы пока не могут выполнить всех тех
мелких и точных движений, на которые способна живая конечность...........13
4

Введение
В наш век наука приобрела огромное значение. Мир не стоит на месте,
наука так же движется вперед и дает человеку такие возможности, о которых
он мог только мечтать. С незапамятных времен человек наблюдая за
процессами жизнедеятельности живых организмов, хотел заимствовать у
природы что­то новое неподвластное ему самому. Так знаменитый Леонардо
да Винчи,изучая строение крыльев птиц, мечтал о полете человека в воздухе.
Так позднее по его схемам и чертежам была разработана модель орнитоптера.
В 60­е годы появилась бионика, наука ­ будущего, которая сейчас получила
от
сильный импульс к развитию.
бионики происходит
Название

древнегреческого слова «бион» ­ «ячейка жизни».
С освоением бионики в современном мире появляются все более новые
технологии, облегчающие процессы жизнедеятельности человека, помогающие
продлить жизнь на планете Земля и дающие человеку возможность отвечать на

многие
будущего.
В данной работе рассматривается процесс внедрения в жизнь человека, все
прошлого
вопросы
и

более новых и продуктивных технологий будущего и их развития с помощью
процессов, которые присущи живым организмам.
Неудивительно, что со временем люди начнут освоение новых планет и
откроют жизнь в этих тайнах космического пространства. Ученые­ бионики,
уже сделали открытие в разных сферах жизни человека: медицине,
5

архитектуре, промышленности, дизайне. Единственное, что еще не подвластно
деятельности технологического прогресса: это мозг человека. Вот уж она
великая загадка природы. Но и здесь сделано немало открытий. Ученые всего
мира стремятся создать мегамозг, человека ­ киборга, который сможет с
легкостью отвечать на любые вопросы и при этом помочь науке в
продвижении вперед.
Цель: изучить науку «бионика» и рассмотреть ее применение в
медицине
Объект исследования: практическое применение науки «бионика»
Предмет исследования: наука «бионика»
Задачи:
1.Узнать об истории возникновения науки
2.Подобрать и изучить информационный материал о применении науки в
медицине
3.Показать применение науки в медицине
4.Провести практическую работу
5.Сделать выводы
Гипотеза: Природа – строитель всего в мире, а человек – ее
подражатель.
6

Глава 1. Бионика
Бионика ­ это наука, занимающаяся использованием биологических
Бионику можно
инженерных задач.
процессов и методов для решения
определить также как учение о методах создания технических систем,
характеристики которых приближает к характеристикам живых организмов.
Бионика – наука об использовании в технике знаний о конструкции,
живого организма.
технологическом
процессе

принципе

и
Основу бионики составляют исследования по моделированию различных
биологических организмов.
Название бионики происходит от древнегреческого слова «бион» ­
бионики происходит от древнегреческого
Название
«ячейка жизни».
слова «бион» ­ «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы
и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных
задач. Другими словами, бионика помогает человеку создавать оригинальные
процессы на основе идей,
технические системы и технологические
найденных и заимствованных у природы. Бионика интересуется всем,
что может быть названо «техникой природы».
1.1 История зарождения науки «Бионика»
7

С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос:
может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сначала
человек мог только мечтать об этом – научиться делать то, что сделала уже
природа применительно к другим живым существам.
Каждое живое существо это совершенная система, которая является


возможности в строительстве сооружений.
Идея применения знаний о живой природе для решения
инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался
построить летательный аппарат ­ орнитоптер, беря за прототип крылья птиц.
Так он пытался воссоздать строение птичьего крыла и механизма,
приводящего его в движение.
Ученые эпохи Возрождения надеялись достичь желаемого решения
посредством проведения строгих математических расчетов и выкладок и
создания соответствующих механических конструкций. Ведь тогда механика,
опиравшаяся на математику, занимала ведущее место в ряду всех
зарождавшихся отраслей механического естествознания; поэтому­то и могло
тогда казаться, что все загадки природы будут разгаданы именно с помощью
механики и на её основе.
В соответствии с этим человек стремился к созданию механических
моделей, которые могли бы имитировать интересовавшие его предметы и
явления природы.
Когда

прогресс

науки привел

к открытию
фундаментальных законов не только механики, но и физики, химии, биологии
и других отраслей естествознания, оказалось следующее: опираясь на эти
8

законы, кладя их в основу соответствующих технических устройств, можно
начать осуществлять одну за другой давнишние мечты человека.
Но какими отличными от живых существ оказались конструкции,
устройства, инструменты и приборы, созданные человеком!
Достаточно сопоставить орган зрения – глаз – любого животного с
некоторыми оптическими приборами и инструментами, сконструированными
человеком, чтобы убедиться в том, насколько совершеннее естественный
орган по сравнению с искусственным устройством.
В наши дни человек вернулся отчасти к своей первоначальной идее –
по возможности полнее и точнее копировать в технике то, что достигнуто в
живой природе, воспроизвести это в форме конкретных технических решений.
Так зародилась новая наука – бионика.
Как и многие другие, важные направления современного научно­
технического прогресса (например, кибернетика), бионика выросла из
непосредственных запросов производственной практики. Возникла она на
стыке между биологией и техникой, прежде всего, радиоэлектроникой и
технической кибернетикой.
Здесь стыкуются такие далеко относящиеся друг от друга отрасли
человеческого знания и практической деятельности, как БИОлогия и
техНИКА.
Название «бионика» происходит от древнегреческого корня «bion»
­ элемент жизни, ячейка жизни или, более точно, элементы
биологической системы. Суть бионики ­ синтезировать накопленные в
различных науках знания.
Итак, бионика - прикладная наука, изучающая законы формирования и
структурообразования живой природы, чтобы
9

объединить познания биологии и техники для решения инженерно –
технических задач.
1.2 Бионика в медицине
Рассмотрим применение методов и решений бионики в медицине

С которой
биологических наук,
каждый человек не
- той отрасли
раз сталкивается
жизнь.
Многие из «изобретений» природы еще в глубокой древности помогали

решать
например,
проводя глазные хирургические
арабские врачи уже много
ряд технических задач.
операции,
свою
Так,
за

сотен лет назад получили представление о преломлении световых лучей
при переходе из одной прозрачной среды в другую. Изучение хрусталика
глаза натолкнуло врачей древности на мысль об использовании линз,
изготовленных из хрусталя или стекла, для увеличения изображения, а затем
и для коррекции зрения.
Интересный факт в науке о том, когда в одном из своих странствий
Джеральд Дарелл был вынужден согласиться на пари, смыслом которого
было назвать четыре выдающихся изобретения и доказать, что заложенный
как до
в них
принцип использовали
животные
до
того,

этого додумался человек,
использование осами анестезии.

изобретений было

названо
При «заготовлении» дорожными осами корма для будущих личинок
любой врач может назвать методами
с впрыскиванием нейроплегического
они применяют методы,
проводниковой анестезии - укус
которые

(нервнопаралитического) вещества в область крупных нервных стволов
полностью парализует, но не умерщвляет паука, который недвижимо лежит
10

в осином гнезде вплоть до появления из кладки личинок, для которых и
заготавливалась эта пища.Это еще одно доказательство бионики в действии.
медицинские
Многие
представителей
Игла­скарификатор, служащая для
(например,
с целью выполнения

инструменты имеют
живого
прообраз среди

мира.
забора периферической крови
общего анализа крови, неоднократно
сконструирована
назначаемого каждому из нас
по принципу, полностью повторяющему строение зуба­резца летучей мыши,
врачами всех профилей),
отличается безболезненностью, а
укус которой, с одной стороны,
с другой - всегда сопровождается
достаточно сильным кровотечением.
Привычный всем поршневой шприц во многом имитирует кровососущий
аппарат насекомых - комара и блохи, с укусом которых гарантированно
знаком каждый человек. Применяемая во время хирургической операции
игла, используемая для наложения швов на внутренние органы и ткани
человека, за несколько веков не изменила своей первоначальной формы
- формы реберных костей крупных
а скальпель до сих пор
повторяет форму тростникового листа с его природной режущей кромкой.
рыб,
Все, что было в природе, со временем внедрялось в жизнедеятельность
человека.
Но это лишь самые простые примеры, дошедшие до нас буквально из
касается
глубины
множества высокоразвитых медицинских технологий. Типичным примером
а современное развитие
бионики
веков,

является современная технология реконструкции и наращивания зубной
«китов» нынешней стоматологии
эмали,
являющаяся одним из
и применяющаяся в косметологии технология наращивания ногтей и волос.
Основой для этих технологий является принцип построения морских губок,
а также техника строения гнезд стрижей­саланганов. Оба эти строительных
11

принципа основаны на химиоотвердевающей и светоотвердевающей
методиках.
1.3 Телемедицина
Медицина будущего будет активно развиваться в направлении
телемедицины.
Благодаря новым технологиям пациент будет иметь доступ к
электронной медицинский карте, сможет дистанционно консультироваться с
врачом и отправлять анализы для диагностики в любую лабораторию мира.
Это поможет решить проблему низкой доступности квалифицированной
помощи в отдельных регионах, отдалённых населенных пунктах.
По данным BBC Research, к 2019 году глобальный рынок
телемедицины достигнет почти $44 млрд, показывая среднегодовой рост в
17,7%. В перспективе развитие телемедицины позволит государствам
сэкономить значительные средства в сфере здравоохранения, говорится в
отчете британской исследовательской компании GBI Research.
Телемедицина - это не только дистанционные консультации врача, но
ещё и дистанционное наблюдение за показателями пациентов. Сейчас активно
развивается рынок носимых гаджетов, которые способны регистрировать
различные показатели (ЭКГ, температуру тела, артериальное давление и т.д.)
и отправлять эти данные в медицинский центр.
Ещё одно направление - дистанционное управление медицинским
оборудованием. Например, робот­хирург Da Vinci, с помощью которого
удаленно можно проводить операции. Хирург сидит за пультом, видит
участок в 3D­формате с многократным увеличением и с помощью джойстика
управляет четырёхруким роботом, который может находиться на любом
12

расстоянии от него. Также сегодня уже используются комплексы удалённой
ультразвуковой диагностики.
Российская разработка в сфере телемедицины - программное
обеспечение Digital Pathology, ключевая задача которого - повысить
эффективность морфологического этапа онкологической диагностики,
снизить вероятность ошибок и сократить сроки диагностики. Сервис
позволяет патологам дистанционно работать с оцифрованными
гистологическими стёклами, проводить онлайн­консилиумы и отправлять
случаи на консультации узкопрофильным специалистам из любой точки
планеты. Работа на платформе происходит с той же степенью свободы, что и
при использовании медицинского multi­head­микроскопа.
1.4 Бионические протезы
С давних времен предметом черной зависти человека является
способность некоторых земноводных отращивать утраченные конечности. К
сожалению, мечта остается мечтой и пострадавшие на поле боя или в
результате несчастных случаев люди вынуждены довольствоваться протезами,
эволюционирующими одновременно с развитием используемых человеком
технологий. Протезы для человека, потерявшего руку или ногу, когда­то были
всего лишь немного лучше, чем ничего. В нынешнем веке они превратились в
высокотехнологичные устройства, которые дают своему обладателю
способности, превосходящие возможности обычного человека.
После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся
культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов.
Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на
остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв
13

может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик,
установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса
участвует сложная компьютерная программа. Поэтому бионический протез
может выполнять только те действия, которые в этой программе прописаны:
взять ложку, вилку или шарик, нажать клавишу и тому подобное. По
сравнению с отсутствием конечности возможность даже ограниченного числа
движения – огромный прогресс. Однако даже самые лучшие и совершенные
бионические протезы пока не могут выполнить всех тех мелких и точных
движений, на которые способна живая конечность.
Глава 2. Интервью
В своей практической части я решила провести интервью у человека,
имеющего какой­либо протез.
Мне интересно, как меняется жизнь человека с появлением протеза на
его теле, как к нему относятся, и что он чувствует.
14

В качестве примера я обратилась к жителю города «Мытищи»
Дмитрию Игнатову, имеющему такой протез, как «Электронный коленный
модуль Rheo Knee, протез Genium X3 (от 3 до 3,8 млн рублей) и беговой
протез 3S80 “ОТТО БОК” (около 1 млн рублей)»
Рисунок 1­ Протез
Я потерял ногу из­за военной травмы - во время дислокации части
упала ракетная установка. Когда я очнулся в госпитале после ампутации,
мама сказала: «У тебя будет самый лучший протез, не переживай, все будет
хорошо. Мы живем в XXI веке, и это вообще не проблема».
Вообще сегодня ты можешь купить себе протез, а государство
компенсирует часть денег. Свой первый протез после ампутации я получил с
частичной компенсацией. А второй, в котором я хожу сейчас, мне достался от
государства бесплатно, но ради него пришлось пройти через мытарства. Мне
надо было доказать государству, что я достоин этой ноги, - протез очень
дорогой и крутой. Мои оба протеза - электронные, то есть они сгибаются
и разгибаются за счет электричества, заряжаю свою ногу, как смартфон. Это
безопасные протезы, и они умеют делать все, что и обычные ноги.
15

У меня никак не изменился образ жизни после травмы: я был активным
человеком и им же остаюсь. Разве что у меня теперь больше друзей­
инвалидов. Я нечасто сталкиваюсь с откровенной дискриминацией. Из
неудобств - мне не нравится, что в Москве зимой так скользко - везде
положили плитку. Еще обидно, когда ты стоишь в больнице или в каком­то
социальном учреждении, где у тебя есть право пройти без очереди, а тебя не
хотят пропускать. Ты просишь: «Я инвалид. Можно пройти без очереди?»
Отвечают: «Нет, нельзя». Тогда говоришь: «Послушайте, я паралимпиец, я
занимаюсь паралимпийским спортом. Вполне возможно, я буду скоро
защищать нашу страну. Можно пройти?» Но оказывается, у нас некоторые
люди вообще не знают, кто такие паралимпийцы. Прошлым летом в Цюрихе на
«Кибатлоне» я занял четвертое место. В России я планирую участвовать в
«Кибатлетике» - меня зовут ведущим, но мне хочется посоревноваться, я
готовлюсь.
Я обожаю общественный транспорт. Только на нем и катаюсь, и это
единственная льгота, которой я пользуюсь каждый день. Мне уступают место,
в основном, бабушки, но я не сажусь. Иногда уступают женщины и молодые
люди. Бывает так, что я куда­то еду очень долго, тогда сажусь, заходит
типичная бухгалтерша и говорит: «Молодой человек, какого черта вы сидите?
Здесь места для инвалидов». Я говорю: «Послушаете, если я вам скажу,
почему я здесь сижу, вам будет очень стыдно». И она как­то в смущении
уходит. Но если это не работает, то у меня есть трюк: на протезе имеется
кнопка, которая при нажатии поворачивает ногу на 360 градусов. Я просто
сидя нажимаю ее, задираю штаны, и «бухгалтерши» тут же исчезают.
16

Рисунок 2­ поворот на 360 градусов
Я живу в Подмосковье, в Мытищах. Езжу еще иногда на электричке.
Периодически на станции «Мытищи» ко мне подходил один человек и
предлагал 70 тысяч рублей в месяц, чтобы я ходил и попрошайничал по
электричкам или стоял на какой­то станции в районе Сергиева Посада.
Летом я часто хожу в шортах. Если еду гулять в парк, то почему я
должен надевать какие­то штаны? Моя нога выглядит очень футуристично,
естественно, что на нее оборачиваются.
Люди не любят инвалидов. Никто на нас не хочет смотреть по
телевизору. Телевидение - это бизнес, цифры, а если появятся какие­то
программы об инвалидах, то прокладки не продать, потому что будут
маленькие рейтинги. Программы с инвалидами долго не живут, но за границей
они хотя бы есть, там пытаются что­то делать, а у нас один депутат ведет
программу на коляске, но она неинтересная - для протокола. Чтобы
смотрели на нас, инвалидов, нужна самоирония - нужно или воплощать
мечты людей в жизнь, или стебаться друг над другом. Я все время кричу, что
все равны и нет вообще никаких ограничений: нет у тебя руки, ноги,
17

ментальные какие­то отклонения, главное - что ты говоришь, что ты
делаешь. Общество привыкло, что инвалид - это попрошайка. А это совсем
не так. Мы - обычные люди, которые живут, занимаются сексом и ходят по
магазинам.
2.1 Выводы
В России в целом отношение к людям с протезами одинаковое
- одинаково не выработанное. Ни у кого нет паттернов поведения, как стоит
или как не стоит действовать - помогать или не помогать. Это нормально,
учитывая, что у нас в стране веками было не принято вообще рассказывать о
своей инвалидности. У многих не было возможности даже выходить из дома,
да и сейчас нет у некоторых, например, у колясочников. Нужно, чтобы
инвалидов было больше в публичном поле, причем без акцентов на их
инвалидности. Если в каждом телешоу будет хотя бы по одному инвалиду, то
уже через полгода люди перестанут плакать при виде колясочника.
Инвалидность - не какая­то индульгенция, тебе не могут всё прощать
и говорить, что всё, что ты делаешь, - замечательно. Если человек без ноги
плохо танцевал, ему можно сказать: «Ты плохо танцевал». В этом и есть то
самое равенство - говорить человеку напрямую.
Заключение
Каждое живое существо ­ это совершенная система, которая является
результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему,
раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые
18

возможности в строительстве сооружений. С помощью бионики человечество
пытается привнести достижения природы в собственные технические и
общественные технологии.
Бионические формы проникли в нашу повседневную жизнь и ещё долгое
время будут играть в ней значительную роль. Изучение природы
человечеством ещё далеко не закончено, но мы уже получили у природы
бесценные знания о рациональном строении и формообразовании, что,
безусловно, доказывает актуальность и перспективность изучения науки
бионики во всех её аспектах.
Одним словом, природа содержит в себе миллионы идей и моделей для
созидания.
Список использованных источников
1. Бионика в архитектуре/Чеснова Карина/© Алые Паруса:режим доступа­
https://nsportal.ru/ap/library/nauchno­tekhnicheskoe­
tvorchestvo/2017/01/03/issledovatelskaya­rabota­na­temu­bionika­v­
25.11.2017
2. Бионические протезы/Лариса Небога/© 2017 «ФБ»: режим доступа­
http://fb.ru/article/196231/bionicheskiy­protez­ustroystvo­ustanovka­
printsip­rabotyi­bionicheskie­protezyi­konechnostey­25.11.2017
19

1 слайд

Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти… Леонардо да Винчи Презентацию разработали: Федотова Т. В. Шепелева И. П. [ 231-123-308]

2 слайд

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

3 слайд

Что изучает наука БИОНИКА? Бионика - наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

4 слайд

Бионика - наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.

5 слайд

Водолазный колокол Галилея Воздушный колокол паука-серебрянки Застёжка - молния Изобретение застежек «липучки»

6 слайд

Эйфелева башня Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Костная структура Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости

7 слайд

Основоположник современной аэродинамики Н. Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить в воздухе. На основании исследования полёта птиц появилась авиация. Использование в технике принципов движения живых организмов

8 слайд

Ещё более совершенным летательным аппаратом в живой природе обладают насекомые. По экономичности полета, относительной скорости и маневренности они не имеют себе равных ни в живой природе. Идея создания летательного аппарата, в основе которого лежал бы принцип полёта насекомых, ждёт своего разрешения Бабочка - адмирал Чтобы в полёте не возникали вредные колебания, на концах крыльев у быстролетающих насекомых имеются хитиновые утолщения. Сейчас авиаконструкторы применяют подобные приспособления для крыльев самолётов, тем самым устраняя опасность вибрации

9 слайд

Учёные установили функцию жужжальцев мух. Во время полёта жужжальца определяют отклонение от горизонтального положения. На принципе жужжальца был создан прибор гиротрон, применяемый в скоростных самолётах и ракетах для определения углового отклонения стабильности полёта

10 слайд

11 слайд

Реактивный движитель кальмара. Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара. В сущности, кальмар располагает двумя принципиально разными движителями. При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска животное использует реактивный движитель. Мышечная ткань- мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее составляет почти половину объёма его тела. При реактивном способе плавания животное засасывает воду внутрь мантийной полости через мантийную щель. Движение кальмара создается за счёт выбрасывания струи воды через узкое сопло (воронку). Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, чем достигается изменение направление движения. Движитель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч.

12 слайд

Глиссер. По форме корпуса он похож на дельфина. Глиссер красив и быстро катается, имея возможность, натурально, по-дельфиньи играть в волнах, помахивая плавничком. Корпус сделан из поликарбоната. Мотор при этом очень мощный. Первый такой дельфин был построен компанией Innespace в 2001 году.

13 слайд

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Необходимо было научиться их обнаруживать и выслеживать. Для этой цели создали специальные приборы - гидрофоны. Эти приборы должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Их установили на кораблях, но во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, который заглушал шум подводной лодки. Физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться... у тюленей, которые хорошо слышат при движении в воде. В итоге приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали "слышать" даже на полном ходу корабля. Локация в живой природе Биоакустика рыб

14 слайд

Долгое время оставалась загадочной способность летучих мышей летать в полной темноте. Лишь в наше время было установлено, что летучие мыши могут издавать и улавливать ультразвуки. Беспрерывно испуская в полёте ультразвуки и воспринимая их отражение от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружающее пространство. Моделирование локаторов по живым организмам открывает новые перспективы их использования в качестве чувствительных элементов различных технических систем.

15 слайд

Медузы Многие растения и животные обладают способностью «чувствовать» некоторые явления природы и её воздействие, которые человек даже не замечает. Так, задолго до начала шторма медузы спешат укрыться в безопасном месте. Оказывается, сигналом к этому служат инфразвуки частотой 3-13 Гц, возникающие от трения волн о воздух. Интенсивные инфразвуковые колебания, образующиеся над поверхностью моря при сильном ветре в результате вихревых процессов у гребней волн, распространяются быстрее штормового фронта. Медузы воспринимают эти колебания. В результате изучения данного явления был сконструирован прибор, позволяющий определить направление шторма и силу задолго до его начала (примерно за 15 часов).

16 слайд

17 слайд

Современные открытия Как известно, самые преданные адепты бионики - это инженеры, которые конструируют роботов. Сегодня среди разработчиков очень популярна такая точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно функционировать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Разработчики -бионики исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде - с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги, а колеса, гусеницы и прочее совсем не подходит для города. И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных? Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек

18 слайд

Торжество бионики - искусственная рука Ученым из Института реабилитации Чикаго удалось создать бионический протез, который позволяет пациенту не только управлять рукой с помощью мыслей, но и распознавать некоторые ощущения. Обладательницей бионической руки стала Клаудиа Митчелл (Claudia Mitchell), в прошлом служившая в морском флоте США. В 2005 году Митчелл пострадала в аварии. Хирургам пришлось ампутировать левую руку Митчелл по самое плечо. Как следствие, нервы, которые могли бы быть в дальнейшем использованы для контроля над протезом, остались без применения.

19 слайд

В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы

20 слайд

Исследователи из Bell Labs обнаружили, что в глубоководных морских губках содержится оптоволокно, по свойствам очень близкое к самым современным образцам волокон, используемых в телекоммуникационных сетях. Ученые были поражены тем, насколько близкими оказались структуры природных оптических волокон к тем образцам, что разрабатывались в лабораториях.