توسعه بیونیک. بیونیک - چه نوع علمی است؟ بیونیک چه چیزی را مطالعه می کند؟ کاربرد بیونیک. بیونیک در معماری

چرچر

آنها می گویند هر قرن یک بار یک نابغه روی زمین متولد می شود. چنین نابغه ای لئوناردو داوینچی بود. لئوناردو داوینچی بزرگترین هنرمند، مجسمه ساز، ریاضیدان، مهندس و آناتومیست، به دنبال یافتن حقیقت، شناخت و توصیف آن بود.

"من طبیعت را به عنوان مربی خود، معلم همه معلمان گرفتم."

چرا این دانشمند بزرگ طبیعت را معلم خود قرار داد؟

حیات در ابتدایی ترین شکل خود حدود 2 میلیارد سال پیش روی زمین پدید آمد. انتخاب طبیعی بی رحمانه میلیون ها قرن دوام آورد و در نتیجه قوی ترین و کامل ترین ها زنده ماندند. لئوناردو داوینچی اولین کسی بود که پیشنهاد کرد بهترین ها را از طبیعت وام بگیرد تا توانایی های انسان را گسترش دهد. در سال 1485 یک مکانیک ایجاد کرد هواپیما- یک اورنیتوپتل که او اصل عملکرد آن را از پرندگان کپی کرده است. و اگرچه انسان در آن زمان موفق به یادگیری پرواز نشد، این آغاز علم جدیدی - بیونیک است. بیونیک همزیستی زیست شناسی و فناوری است.

اگر تاریخ زمین - 4.5 میلیارد سال - به عنوان یک روز نشان داده شود، معلوم می شود که انسان خردمند کمتر از یک دقیقه پیش روی این سیاره ظاهر شده است. به معنای واقعی کلمه یک کسری از ثانیه گذشته است و او از قبل خود را به عنوان یک خالق تصور می کند و نمی تواند بدتر از طبیعت خلق کند. تا همین اواخر، هنگام اختراع چیزی جدید، مردم هیچ تصوری از وجود آن نداشتند. فقط باید ببینید و اعمال کنید. انسان 99 درصد اکتشافات علمی را از طبیعت کشف کرده است. هر چیزی که ما را احاطه کرده است مشابه طبیعی خود را دارد.

بیونیک(از Βίον - زندگی کردن ) - اعمال شد در مورد کاربرد اصول، ویژگی ها، عملکردها و ساختارهای سازمانی در دستگاه ها و سیستم های فنی . به زبان ساده، بیونیک یک ارتباط است و . تاریخ تولد بیونیک: 13 سپتامبر 1960.Bionics یک نماد دارد: یک چاقوی جراحی متقاطع، یک آهن لحیم کاری و یک علامت انتگرال. این اتحاد زیست شناسی، فناوری و ریاضیات به ما این امکان را می دهد که امیدوار باشیم علم بیونیک در جایی نفوذ کند که قبلاً هیچ کس به آن نفوذ نکرده است و آنچه را که قبلاً کسی ندیده است ببینیم.

انسان همیشه آرزوی تسخیر آسمان را داشته است. اما فقط برای پرندگان قابل دسترسی بود. و این پرندگان بودند که ایده پرواز را به مردم دادند.

رویاهای پرواز و اجرای واقعی آنها چیزهای بسیار متفاوتی هستند. و با وجود ایده‌های جسورانه، مانند ایده‌های لئوناردو داوینچی، بشریت برای قرن‌های آینده به زنجیر زمین می‌ماند. مطالعه پرندگان، ساختار بال ها و دم آنها، منجر به اختراع هواپیما شد. ساختار چشم انسان پایه و اساس لنز عکاسی را گذاشت و ساختار گل آذین آفتابگردان باعث ایجاد پنل های خورشیدی شد. این طراح معروف در حالی که گل آذین بیدمشک و خز سگش را بعد از پیاده روی شانه می کرد، بست های Velcro را اختراع کرد. حشرات ایده هلیکوپتر را به دانشمندان دادند. ماهی ها الهام بخش ساخت زیردریایی ها بودند. شرکت مرسدس بنز یک بیونیک توسعه داده است وسیله نقلیه، کپی شده از یک ماهی بدن گرمسیری. این دستگاه با وجود شکل چمدان مانند آن، مقاومت بسیار کمی در برابر هوا دارد.

ما هر روز بدون اینکه بدانیم با اختراعات بیونیک روبرو می شویم. اغلب، اصول اقتباس شده از طبیعت در معماری یافت می شود. مثلاً در طراحی معروف برج ایفلساختار استخوان ران انسان نهفته است. نقاط حمایتی زیادی روی سر استخوان وجود دارد که به لطف آنها، بار روی مفصل به طور مساوی توزیع می شود. این به استخوان ران خمیده اجازه می دهد تا وزن زیادی را تحمل کند. همان نقاط مرجع را می توان در پایه برج ایفل یافت. طراحی آن به عنوان یک معیار معماری برای پایداری در نظر گرفته می شود.

برج دیگری به نام Ostankino نیز مشابه طبیعی دارد. سیلوئت باریک او قابل تشخیص است. نمونه اولیه برج Ostankino یک ساقه گندم است. توانایی آن برای شکستن زیر وزن گل آذین اساس برج را تشکیل داد.

معماران به طور فزاینده ای به اصول عملکرد موجودات زنده روی می آورند. برای درک اینکه چگونه کار می کند، طراح باید زیست شناسی را مطالعه کند. ماهی ها، پرندگان، گیاهان و حتی بدن انسان به نمونه های طبیعی سازه های معماری تبدیل می شوند.

Bionics ثابت نمی ماند. این علم در حال ایجاد یک انقلاب واقعی است. مشاهده و مدل سازی معمولی می تواند کارهای زیادی انجام دهد.حرفه آینده من مربوط به مهندسی مکانیک است. صنعت مهندسی مکانیک رباتیک ترین صنعت است. برای اولین بار کاربرد عملی آنربات های صنعتیبا تشکر از مهندسان آمریکایی D. Devol و D. Engelberg در اواخر دهه 50 و اوایل دهه 60 قرن بیستم. از آنها برای اجرای مختلف استفاده می شود فرآیندهای تکنولوژیکیبه منظور افزایش کارایی شرکت.

طراحی یک ربات ممکن است شامل یک یا چند دستکاری کننده باشد، در حالی که خود دستکاری کننده ممکن است ظرفیت بارگذاری، دقت موقعیت و درجه آزادی متفاوتی داشته باشد. هنگام ایجاد یک ربات صنعتی، مدل های بیونیک به طور فعال استفاده می شود. دستکاری کننده یک ربات صنعتی از تعداد معینی پیوند متحرک (محور) متصل به یکدیگر تشکیل شده است. این بر اساس اصل اندام بندپایان طراحی شده است. هرچه محورها بیشتر باشد، طراحی ربات همه کاره تر است.چیدمان و انعطاف پذیری اتصال محورهای ربات بر اساس مدل انسانی (اتصال مشترک) با دقت انجام شد. محورهای دستکاری با استفاده از سنسورها تنظیم می شوند. آنها شبیه اندام های حسی هستند و به نور و موقعیت در فضا واکنش نشان می دهند

طبیعت هنوز اسرار بسیاری را حفظ کرده است. اما سوال این است: "آیا ما برای استفاده از "اختراعات حیات وحش" باقیمانده خواهیم داشت؟ با توجه به سرعت ناپدید شدن گیاهان و حیوانات از روی زمین، و آمار به طور غیرقابل انکار بیان می کند: سالانه - یک گونه حیوانی و روزانه - یک گونه گیاهی - سوال مطرح شده بسیار نگران کننده به نظر می رسد. در این راستا، حفظ گونه‌های کمیاب و در معرض خطر انقراض جانوران و گیاهان، حفظ محیط زیست در شرایط مساعد برای زندگی همه حیات روی زمین، مشکلی فوری و کلید توسعه بیشتر بشر است.

2003/10/24، جمعه، 18:10، به وقت مسکو

در دهه گذشته Bionics انگیزه قوی برای توسعه جدید دریافت کرده است، زیرا فناوری های مدرن امکان کپی برداری از ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی سابقه ای فراهم می کند. در عین حال، بیونیک مدرن تا حد زیادی نه با طرح‌های روباز گذشته، بلکه با توسعه مواد جدیدی که از آنالوگ‌های طبیعی، روباتیک و اندام‌های مصنوعی کپی می‌کنند، مرتبط است.

مفهوم بیونیک به هیچ وجه جدید نیست. به عنوان مثال، 3000 سال پیش چینی ها سعی کردند روش ساخت ابریشم از حشرات را اتخاذ کنند. اما در پایان قرن بیستم، بیونیک بادی دوم را یافت که فناوری‌های مدرن این امکان را فراهم می‌آورد که ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی‌سابقه‌ای کپی کنیم. بنابراین، چند سال پیش، دانشمندان توانستند DNA عنکبوت ها را تجزیه و تحلیل کنند و یک آنالوگ مصنوعی از یک تار ابریشمی - کولار ایجاد کنند. این مقاله مروری چندین حوزه امیدوارکننده از بیونیک مدرن را فهرست می‌کند و معروف‌ترین موارد وام گرفتن از طبیعت را ارائه می‌کند.

طبیعت هوشمند

تفاوت اصلی بین سازه های مهندسی انسانی و سازه های ایجاد شده توسط طبیعت در بهره وری انرژی باورنکردنی دومی است. با بهبود و تکامل در طی میلیون ها سال، موجودات زنده یاد گرفته اند که با حداقل مقدار انرژی زندگی، حرکت و تولید مثل کنند. این پدیده بر اساس متابولیسم منحصر به فرد حیوانات و تبادل بهینه انرژی بین آنها است در اشکال مختلفزندگی بنابراین، با وام گرفتن راه حل های مهندسی از طبیعت، می توان به میزان قابل توجهی بهره وری انرژی فناوری های مدرن را افزایش داد.

مواد طبیعی بسیار ارزان و از نظر کمیت فراوان هستند و "کیفیت" آنها بسیار بهتر از مواد ساخته شده توسط انسان است. بنابراین، ماده شاخ گوزن بسیار قوی تر از بهترین نمونه های کامپوزیت سرامیکی است که مردم توانسته اند بسازند. در عین حال، مردم برای به دست آوردن برخی از مواد فوق العاده قوی از فرآیندهای نسبتاً "احمقانه" انرژی بر استفاده می کنند و طبیعت آنها را بسیار باهوش تر و باهوش تر می کند. به روش های موثر. برای این منظور از مواد طبیعی اطراف (قندها، اسیدهای آمینه، نمکها) استفاده می شود، اما با استفاده از دانش فنی - طراحی اصلی و راه حل های مهندسی، کاتالیزورهای آلی فوق کارآمد که در بسیاری از موارد هنوز در دسترس نیستند. درک انسان Bionics به نوبه خود دانش طبیعی را مطالعه و کپی می کند.

بیونیک(نام های انگلیسی - "بیومیمتیک"یک جهت علمی و فناوری امیدوارکننده برای وام گرفتن ایده های ارزشمند از طبیعت و اجرای آنها در قالب طراحی و راه حل های طراحیو همچنین فناوری های جدید اطلاعات. مورد بیونیکبا نام های مختلف شناخته می شود: به عنوان مثال، در آمریکا اصطلاحی که معمولاً استفاده می شود "بیومیمتیک"، اما گاهی اوقات در مورد آن صحبت می کنند زیست زایی. ماهیت این جهت علمی و فناوری امیدوارکننده، وام گرفتن ایده های ارزشمند از طبیعت و اجرای آنها در قالب راه حل های مهندسی و طراحی اصیل و همچنین فناوری های جدید اطلاعات است. در دهه گذشته، بیونیک انگیزه قابل توجهی برای توسعه جدید دریافت کرده است. این به دلیل این واقعیت است که فناوری های مدرن به سمت سطوح گیگا و نانو حرکت می کنند و امکان کپی برداری از ساختارهای طبیعی مینیاتوری را با دقت بی سابقه ای فراهم می کنند. بیونیک مدرن عمدتاً با توسعه مواد جدیدی مرتبط است که آنالوگ های طبیعی، روباتیک و اندام های مصنوعی را کپی می کنند.

طراحی سازه های طبیعی را نیز نمی توان با تلاش های انسان برای طراحی چیزی که ادعا می کند به طور طبیعی موثر است مقایسه کرد. شکل یک شی بیولوژیکی (به عنوان مثال، یک درخت بالغ) معمولاً در نتیجه یک فرآیند سازگار طولانی ایجاد می شود، با در نظر گرفتن چندین سال قرار گرفتن در معرض هر دو حالت دوستانه (به عنوان مثال، حمایت از درختان دیگر در جنگل) و تهاجمی. عوامل فرآیندهای رشد و توسعه شامل تنظیم تعاملی در سطح سلولی است. همه اینها با هم دوام باورنکردنی محصول را در کل چرخه عمر آن تضمین می کند. چنین سازگاری در فرآیند شکل دهی منجر به ایجاد یک ساختار تطبیقی ​​منحصر به فرد می شود که در بیونیک نامیده می شود سیستم هوشمند. در عین حال، صنعت ما هنوز به فناوری‌هایی برای ایجاد سیستم‌های هوشمند که با آن‌ها تعامل دارند، دسترسی ندارد محیط زیستو می توانند با تغییر خواص خود سازگار شوند.

در حال حاضر دانشمندان در تلاشند تا سیستم هایی را با حداقل سازگاری با محیط طراحی کنند. به عنوان مثال، خودروهای مدرن مجهز به سنسورهای متعددی هستند که بار روی اجزای جداگانه را اندازه می‌گیرند و به عنوان مثال می‌توانند به طور خودکار فشار تایر را تغییر دهند. با این حال، توسعه دهندگان و علم تنها در آغاز این سفر طولانی هستند.

وعده سیستم های هوشمند هیجان انگیز است. یک سیستم هوشمند ایده آل می تواند به طور مستقل طراحی خود را بهبود بخشد و شکل خود را به طرق مختلف تغییر دهد، به عنوان مثال، با افزودن مواد از دست رفته به بخش های خاصی از سازه، تغییر شکل. ترکیب شیمیاییگره های فردی و غیره اما آیا مردم از مشاهده و هوش کافی برای یادگیری از طبیعت برخوردارند؟

توسعه دهندگان دیگر بر روی مطالعه موجودات طبیعی تمرکز می کنند. به عنوان مثال، محققان آزمایشگاه بل (شرکت لوسنت) اخیرا فیبر نوری با کیفیت بالا را در بدن اسفنج‌های اعماق دریا از جنس Euplectellas کشف کردند. با توجه به نتایج آزمایش، مشخص شد که مواد حاصل از اسکلت این اسفنج‌های 20 سانتی‌متری می‌تواند سیگنال دیجیتالی را بدتر از کابل‌های ارتباطی مدرن منتقل کند، در حالی که فیبر نوری طبیعی به دلیل وجود یک ماده آلی بسیار قوی‌تر از فیبر انسانی است. پوسته دومین ویژگی که دانشمندان را شگفت زده کرد، امکان تشکیل چنین ماده ای در دمای حدود صفر درجه سانتیگراد است، در حالی که کارخانه های لوسنت برای این منظور از پردازش در دمای بالا استفاده می کنند. اکنون دانشمندان به این فکر می کنند که چگونه طول ماده جدید را افزایش دهند، زیرا اسکلت اسفنج های دریایی از 15 سانتی متر تجاوز نمی کند. علاوه بر توسعه مواد جدید، دانشمندان دائماً اکتشافات فناوری را گزارش می کنند که بر اساس "پتانسیل فکری" طبیعت است. به عنوان مثال، در اکتبر 2003، مرکز تحقیقات زیراکس پالو آلتو یک فناوری مکانیزم تغذیه جدید برای دستگاه های کپی و چاپگر توسعه داد. در دستگاه AirJet، توسعه دهندگان رفتار یک دسته موریانه را کپی کردند، جایی که هر موریانه تصمیمات مستقلی می گیرد، اما ازدحام به سمت یک هدف مشترک مانند ساختن یک لانه حرکت می کند. طراحی شده در پالو آلتو مدار چاپیمجهز به نازل های هوای متعدد است که هر کدام به طور مستقل و بدون دستور پردازنده مرکزی عمل می کنند، اما در عین حال به وظیفه کلی پیشبرد کاغذ کمک می کنند. دستگاه فاقد قطعات متحرک می باشد که این امر باعث کاهش هزینه تولید می شود. هر مدار چاپی شامل 144 مجموعه از 4 نازل است که در جهات مختلف هدایت می شوند و همچنین 32 هزار سنسور نوری و میکروکنترلر. اما فداکارترین طرفداران بیونیک مهندسانی هستند که ربات ها را طراحی می کنند. امروزه دیدگاه بسیار محبوبی در میان توسعه دهندگان وجود دارد که در آینده ربات ها (جزئیات بیشتر) تنها در صورتی قادر خواهند بود که تا حد امکان شبیه به انسان باشند، به طور موثر عمل کنند. دانشمندان و مهندسان فرض می کنند که باید در محیط های شهری و خانگی، یعنی در فضای داخلی "انسان" - با پله ها، درها و سایر موانع با اندازه خاص، کار کنند. بنابراین، حداقل باید از نظر اندازه و از نظر اصول حرکت با یک فرد مطابقت داشته باشند. به عبارت دیگر، ربات باید دارای پا باشد (چرخ، مسیر و ... برای شهر مناسب نیست). اما طرح پاها را از چه کسی کپی کنیم، اگر نه از حیوانات؟ دانشمندان دانشگاه استنفورد بیشترین پیشرفت را در جهت ایجاد ربات های دوپا عمودی داشته اند. آنها تقریباً سه سال است که بر اساس نتایج مطالعه سیستم حرکتی یک سوسک، با یک ربات مینیاتوری شش پا، شش پا، آزمایش کرده اند. اولین شش پایه در 25 ژانویه 2000 ساخته شد. اکنون طراحی بسیار سریع - با سرعت 55 سانتی متر (بیش از سه طول خود) در ثانیه - اجرا می شود و همچنین با موفقیت بر موانع غلبه می کند. استنفورد همچنین یک مونوپاد پرش یک پا به اندازه انسان ساخته است که قادر است تعادل ناپایدار را در حین پریدن مداوم حفظ کند. همانطور که می دانید، فرد با "سقوط" از یک پا به پا دیگر حرکت می کند و بیشتر زمان را روی یک پا می گذراند. در آینده، دانشمندان از استانفورد امیدوارند که یک ربات دوپا با سیستم راه رفتن شبیه انسان بسازند. اولین نمونه های بیونیک تقریباً هر مشکل تکنولوژیکی که طراحان یا مهندسان با آن روبرو هستند مدتهاست که توسط سایر موجودات زنده با موفقیت حل شده است. به عنوان مثال، تولیدکنندگان نوشابه دائما به دنبال راه های جدیدی برای بسته بندی محصولات خود هستند. در همان زمان، یک درخت سیب معمولی این مشکل را مدت ها پیش حل کرد. یک سیب 97 درصد آب است که نه در مقوای چوبی، بلکه در پوسته خوراکی بسته بندی شده است که به اندازه کافی اشتها آور است تا حیوانات را برای خوردن میوه و توزیع دانه ها جذب کند. متخصصان بیونیک اینگونه استدلال می کنند. هنگامی که آنها با یک مشکل مهندسی یا طراحی مواجه می شوند، به دنبال راه حلی در "پایه علمی" نامحدود حیوانات و گیاهان می گردند. گوستاو ایفل تقریباً همین کار را انجام داد که در سال 1889 نقاشی از برج ایفل کشید. این ساختار یکی از اولین نمونه های واضح استفاده از بیونیک در مهندسی به حساب می آید. طراحی برج ایفل بر اساس کار علمیپروفسور سوئیسی آناتومی هرمان فون مایر. 40 سال قبل از ساخت معجزه مهندسی پاریس، پروفسور ساختار استخوانی سر استخوان ران را در محلی که خم می شود و با زاویه وارد مفصل می شود بررسی کرد. و با این حال به دلایلی استخوان زیر وزن بدن نمی شکند. فون مایر کشف کرد که سر استخوان با شبکه پیچیده ای از استخوان های مینیاتوری پوشیده شده است که به لطف آن بار به طرز شگفت انگیزی در سراسر استخوان توزیع می شود. این شبکه ساختار هندسی دقیقی داشت که استاد آن را مستند کرد. در سال 1866، مهندس سوئیسی کارل کولمن، مبنایی نظری برای کشف فون مایر فراهم کرد و 20 سال بعد توزیع بار طبیعی با استفاده از کولیس های منحنی توسط ایفل مورد استفاده قرار گرفت. یکی دیگر از وام های معروف دیگر توسط مهندس سوئیسی ژرژ د مسترال در سال 1955 انجام شد. او اغلب با سگش راه می رفت و متوجه می شد که گیاهان عجیبی دائماً به خز آن می چسبند. مهندس که از مسواک زدن مداوم سگ خسته شده بود، تصمیم گرفت دلیل چسبیدن علف های هرز به خز سگ را بیابد. پس از مطالعه این پدیده، د مسترال تشخیص داد که به لطف قلاب های کوچک روی میوه های کاکلبور (نام این علف هرز) امکان پذیر است. در نتیجه، مهندس به اهمیت کشف خود پی برد و هشت سال بعد اختراع Velcro مناسب را به ثبت رساند، که امروزه به طور گسترده در ساخت نه تنها لباس های نظامی، بلکه غیرنظامی نیز استفاده می شود. طبیعت به مهندسان و دانشمندان فرصت های بی پایانی برای قرض گرفتن فناوری ها و ایده ها ارائه می دهد. قبلا مردمنمی‌توانستند آنچه را که به معنای واقعی کلمه جلوی دماغشان بود ببینند، اما ابزارهای فنی مدرن و مدل‌سازی رایانه‌ای به آنها کمک می‌کند تا حداقل کمی بفهمند دنیای اطرافشان چگونه کار می‌کند و سعی کنند برخی از جزئیات را برای نیازهای خود کپی کنند.

ایجاد مدل در بیونیک- این نیمی از جنگ است. برای حل یک مشکل عملی خاص، نه تنها باید وجود ویژگی‌های مدل مورد علاقه را بررسی کرد، بلکه باید روش‌هایی را برای محاسبه ویژگی‌های فنی از پیش تعیین‌شده دستگاه توسعه داد و روش‌های سنتز را توسعه داد که موفقیت را تضمین کند. از شاخص های مورد نیاز در مسئله

و به همین دلیل است که بسیاری بیونیکمدل‌ها، قبل از اینکه پیاده‌سازی فنی را دریافت کنند، زندگی خود را بر روی رایانه آغاز می‌کنند. یک توصیف ریاضی از مدل ساخته شده است. یک برنامه کامپیوتری از آن کامپایل شده است - مدل بیونیک. با استفاده از چنین مدل کامپیوتری می توان پارامترهای مختلف را در مدت زمان کوتاهی پردازش کرد و ایرادات طراحی را برطرف کرد.

درست است، بر اساس نرم افزار مدل سازی، به عنوان یک قاعده، پویایی عملکرد مدل را تجزیه و تحلیل می کند. در مورد ساخت فنی خاص مدل، چنین کارهایی بدون شک مهم است، اما بار هدف آنها متفاوت است. نکته اصلی در آنها یافتن بهترین مبنایی است که بر اساس آن می توان ویژگی های لازم مدل را با کارآمدتر و دقیق تر بازسازی کرد. انباشته شده در بیونیکتجربه عملی مدل سازیسیستم های بسیار پیچیده دارای اهمیت علمی عمومی هستند. تعداد زیادی از روش‌های اکتشافی آن که در کارهایی از این دست کاملاً ضروری است، قبلاً برای حل مسائل مهم فیزیک تجربی و فنی، مسائل اقتصادی، مشکلات طراحی سیستم‌های ارتباطی چند مرحله‌ای شاخه‌ای و غیره رواج یافته است.

امروزه بیونیک چندین جهت دارد.

بیونیک معماری و ساخت و ساز قوانین شکل گیری و تشکیل ساختار بافت های زنده را مطالعه می کند، سیستم های ساختاری موجودات زنده را بر اساس اصل صرفه جویی در مواد، انرژی و اطمینان از قابلیت اطمینان تجزیه و تحلیل می کند. نوروبیونیک عملکرد مغز را مطالعه می کند و مکانیسم های حافظه را بررسی می کند. اندام های حسی حیوانات و مکانیسم های درونی واکنش به محیط در حیوانات و گیاهان به شدت در حال مطالعه هستند.

نمونه بارز بیونیک معماری و ساخت و ساز، قیاس کاملی از ساختار ساقه غلات و ساختمان های مرتفع مدرن است. ساقه های گیاهان غلات قادر به تحمل بارهای سنگین بدون شکستن زیر وزن گل آذین هستند. اگر باد آنها را به زمین خم کند، به سرعت موقعیت عمودی خود را باز می گرداند. راز چیست؟ به نظر می رسد که ساختار آنها شبیه به طراحی لوله های مدرن کارخانه های مرتفع است - یکی از آخرین دستاوردهای مهندسی. هر دو ساختار توخالی هستند. رشته های اسکلرنشیم ساقه گیاه به عنوان تقویت کننده طولی عمل می کنند. میانگره های ساقه ها حلقه های سفتی هستند. در امتداد دیواره های ساقه حفره های عمودی بیضی شکل وجود دارد. دیوارهای لوله همان راه حل طراحی را دارند. نقش یک تقویت کننده مارپیچی که در قسمت بیرونی لوله در ساقه گیاهان غلات قرار می گیرد توسط پوست نازک ایفا می شود. با این حال، مهندسان بدون "نگاه" به طبیعت، به تنهایی به راه حل سازنده خود رسیدند. هویت سازه بعدا فاش شد.

در سال‌های اخیر، بیونیک تأیید کرده است که بیشتر اختراعات بشر قبلاً توسط طبیعت "اختراع" شده است. اختراع قرن بیستم مانند زیپ و نوار چسب بر اساس ساختار پر پرنده ساخته شد. ریش های پر از سفارشات مختلف، مجهز به قلاب، گرفتن قابل اعتماد را فراهم می کند.

معماران معروف اسپانیایی، M. R. Cervera و J. Ploz، از طرفداران فعال بیونیک، در سال 1985 شروع به تحقیق در مورد "ساختارهای پویا" کردند و در سال 1991 آنها "انجمن حمایت از نوآوری در معماری" را سازمان دادند. گروهی تحت رهبری آنها، که شامل معماران، مهندسان، طراحان، زیست شناسان و روانشناسان بودند، پروژه "شهر برج بیونیک عمودی" را توسعه دادند. در 15 سال، یک شهر برج باید در شانگهای ظاهر شود (طبق گفته دانشمندان، در 20 سال جمعیت شانگهای می تواند به 30 میلیون نفر برسد). شهر برج برای 100 هزار نفر طراحی شده است، این پروژه بر اساس "اصل ساخت و ساز چوب" است.

برج شهری به شکل درخت سرو به ارتفاع 1128 متر با دور قاعده 133 در 100 متر و در عریض ترین نقطه 166 در 133 متر برج 300 طبقه خواهد بود واقع در 12 بلوک عمودی 80 طبقه. بین بلوک ها کف های اسکری وجود دارد که به عنوان یک ساختار پشتیبان برای هر سطح بلوک عمل می کنند. در داخل بلوک ها خانه هایی با ارتفاعات مختلف با باغ های عمودی وجود دارد. این طرح استادانه شبیه ساختار شاخه ها و کل تاج درخت سرو است. این برج بر اساس اصل آکاردئون بر روی یک پایه شمعی قرار می گیرد، که دفن نمی شود، اما با افزایش ارتفاع در همه جهات توسعه می یابد - شبیه به نحوه رشد سیستم ریشه یک درخت. نوسانات باد در طبقات بالا به حداقل می رسد: هوا به راحتی از ساختار برج عبور می کند. برای پوشش برج از مواد پلاستیکی مخصوصی استفاده خواهد شد که سطح متخلخل چرم را تقلید می کند. اگر ساخت و ساز موفقیت آمیز باشد، قرار است چندین شهر دیگر از این قبیل بنا شود.

در بیونیک معماری و ساخت و ساز، توجه زیادی به فناوری های جدید ساخت و ساز می شود. به عنوان مثال، در زمینه توسعه فناوری های ساخت و ساز کارآمد و بدون ضایعات، یک جهت امیدوار کننده ایجاد سازه های لایه ای است. این ایده از نرم تنان اعماق دریا وام گرفته شده است. پوسته‌های بادوام آن‌ها، مانند پوسته‌های آبالون گسترده، از صفحات سخت و نرم متناوب تشکیل شده‌اند. هنگامی که یک صفحه سخت ترک می خورد، تغییر شکل توسط لایه نرم جذب می شود و ترک بیشتر نمی شود. از این فناوری می توان برای پوشش خودروها نیز استفاده کرد.

زمینه های اصلی نوروبیونیک مطالعه سیستم عصبی انسان و حیوانات و مدل سازی سلول های عصبی - نورون ها و شبکه های عصبی است. این امر امکان بهبود و توسعه فناوری الکترونیک و کامپیوتر را فراهم می کند.

سیستم عصبی موجودات زنده نسبت به مدرن ترین آنالوگ های اختراع شده توسط انسان دارای چندین مزیت است:

ادراک انعطاف پذیر اطلاعات خارجی، صرف نظر از شکلی که در آن آمده است (دستخط، فونت، رنگ، تن صدا و غیره).

قابلیت اطمینان بالا: سیستم‌های فنی زمانی که یک یا چند قسمت از کار می‌افتند از کار می‌افتند و مغز حتی اگر صدها هزار سلول بمیرند، فعال باقی می‌ماند.

مینیاتور.

به عنوان مثال، یک دستگاه ترانزیستوری با تعداد عناصر مشابه مغز انسان، حجمی در حدود 1000 متر مکعب را اشغال می کند، در حالی که مغز ما حجمی معادل 1.5 dm3 را اشغال می کند.

بهره وری انرژی - تفاوت به سادگی آشکار است.

درجه بالایی از خود سازماندهی - سازگاری سریع با موقعیت های جدید و تغییرات در برنامه های فعالیت.

برج ایفل و درشت نی به مناسبت صدمین سالگرد انقلاب فرانسه، نمایشگاهی جهانی در پاریس برپا شد. در محوطه این نمایشگاه قرار بود برجی برپا شود که نماد عظمت باشدانقلاب فرانسه بیونیک، و آخرین پیشرفت های تکنولوژی. بیش از 700 پروژه به مسابقه ارسال شد که بهترین پروژه مهندس پل الکساندر گوستاو ایفل شناخته شد. در پایان قرن نوزدهم، این برج که به نام خالق آن نامگذاری شد، با روباز و زیبایی خود تمام جهان را شگفت زده کرد. این برج 300 متری به نوعی نماد پاریس شده است. شایعاتی وجود داشت مبنی بر اینکه این برج بر اساس نقشه های یک دانشمند ناشناس عرب ساخته شده است. و تنها بیش از نیم قرن بعد، زیست شناسان و مهندسان به کشف غیرمنتظره ای دست یافتند: طراحی برج ایفل دقیقاً ساختار استخوان درشت نی را تکرار می کند، که به راحتی می تواند وزن بدن انسان را تحمل کند. حتی زوایای بین سطوح باربر منطبق است. این یک مثال خوب دیگر است

در عمل سال گذشته، هنگام تکمیل پروژه خود با موضوع: "مدرسه شماره 2 آینده من"، با این مواجه شدم که چقدر دردنیای مدرن خانه ها، ساختمان ها، سازه هایی که به طور هماهنگ با طبیعت ادغام می شوند. و من شروع به جستجو در اینترنت برای چنین پروژه هایی کردم و در کمال تعجب متوجه شدم که علمی وجود دارد که به شما امکان اتصالحیات وحشبیونیک (از یونانی BION - زنده) علمی است که به انسان کمک کرده تا قوانین طبیعت را در پیشرفت تکنولوژی به کار گیرد. نمونه های زیادی از این وجود دارد، من به این اطمینان دارم. اکنون، با قدم زدن در شهر، دقیقاً می دانم که دانش در مورد طبیعت در کدام ساختار به کار رفته است، به عنوان مثال، لوله های یک اتاق دیگ بخار (به ضمیمه مراجعه کنید) بر اساس قیاس با ساقه گیاهان منطبق است، که در هنگام طوفان نمی شکند. از بادعلاوه بر این، آموختم که بیونیک ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

بیونیک بیولوژیکی، که در آن شخص به مطالعه طبیعت می پردازد، چگونه همه چیز در آن چیده شده است، چرا و برای چه هدفی به این ترتیب چیده شده است.

بیونیک نظری که با استفاده از مثال‌های ریاضی می‌تواند ساختار طبیعت را محاسبه کند.

بیونیک فنی، که از بیونیک نظری برای ساختن نوعی طرح اولیه، به عنوان مثال، یک ربات استفاده می کند.

به طور کلی، همانطور که من متوجه شدم، بیونیک چندین علم را ترکیب کرد - زیست شناسی، طراحی، فیزیک، شیمی، ریاضیات، الکترونیک، و غیره. سپس چنین دستگاهی را طراحی و طراحی کنید که بتواند پرواز کند. به هر حال، لئوناردو داوینچی توانست اولین ماشین پرنده را با بال‌های تکان بسازد. این نقاشی ها تا به امروز باقی مانده است و او در قرن پانزدهم زندگی می کرد.این علم اصلاً جدید نیست، همانطور که از نمونه ها می بینیم، انسان در هر یک از مخلوقات خود از طبیعت زنده الهام می گیرد. من همچنین سعی خواهم کرد با استفاده از دانش زیست شناسی پروژه خود را ایجاد کنم.موضوعی را که انتخاب کرده‌ام مرتبط می‌دانم، زیرا به نظر من مردم باید در هماهنگی زندگی کنند و از طبیعت برای نسل آینده محافظت کنند.

روش تحقیق

از داستان های آیگول مینیراسیموونا در درس های جهان پیرامون ما به این نتیجه رسیدم که شخصی در اخیرابا محیط زیست وحشیانه رفتار کرد، از آن به درستی استفاده نکرد منابع طبیعی، جنگل ها را قطع کرد. اما وقتی شروع به کار روی موضوع "بیونیک" کردم، دیدم و متقاعد شدم که مردم می توانند بدون آسیب رساندن به طبیعت و حیوانات زندگی کنند. من به شما می گویم که چگونه این را فهمیدم.

بیونیک معماری

بنابراین، کمی تاریخ: آنتونیو گائودی اولین کسی بود که در آغاز قرن نوزدهم از فرم های طبیعی در ساخت و ساز استفاده کرد. تنها در سال 1960، در شورای دانشمندان در دیتونا، بیونیک به عنوان یک علم جداگانه شناخته شد. این نماد خاص خود را دارد (به ضمیمه مراجعه کنید) - یک چاقوی جراحی و یک آهن لحیم کاری که توسط یک علامت انتگرال به هم متصل شده اند. چاقوی جراحی نماد زیست شناسی، آهن لحیم کاری نماد تکنولوژی و انتگرال نشانه بی نهایت است.همانطور که در بالا گفتم، کاربردهای بیونیک زیادی در ساخت و ساز وجود دارد، اما من به نظر من جالب ترین آنها را به شما نشان خواهم داد:معمار گائودی آن را در سال 1883 تصور کرد، ساخت آن باید در سال 2026، صد سال پس از مرگ او تکمیل شود.همانطور که می بینیم، ستون ها مانند درختان با شاخه هایی هستند که سقف ساختمان را محکم نگه می دارند.سقف آن به شکل بال هایی طراحی شده است که باز و بسته می شوند و ساختمان را از نور شدید خورشید محافظت می کنند. نویسنده برای ایجاد این پروژه در کنار دریاچه میشیگان با قایق ها و بادبان های متعددش الهام گرفته است.اساس ساختار یک ساختار اسکلت بیرونی است که به لطف آن هوا از کل ساختمان عبور می کند.ساخته شده در سال 2004. به نظر من این هماهنگ ترین آمیختگی با طبیعت است. ساختمان به شکل لوله به آرامی در اطراف ناهمواری منظره خم می شود.به نظر می رسد یک صدف در ساحل شسته شده است. پوسته ساختمان شبیه پوست حیوانی است که در آفتاب می درخشد.ومن فکر می کنم این ساختمان آینده است. جلبک داخل شیشه های شفاف،

دارای مواد مغذی و دی اکسید کربن است. آنها بیوگاز تولید می کنند که با آن انرژی و حرارت ساختمان تامین می شود.این نماد استرالیا است که از سه طرف توسط آب احاطه شده است. این شبیه یک کشتی بزرگ است که با بادبان های پر برای دیدار با باد پرواز می کند.همانطور که از نمونه های ذکر شده در بالا می بینیم، ساختمان ها واقعاً یا نماد حیات وحش هستند یا با چشم انداز محلی ادغام شده اند. این واقعیت مؤید وجود بیونیک در معماری و ساخت و ساز است، علاوه بر این، جهان اطراف ما را برای چشمان ما هماهنگ و زیبا می کند.

بیونیک در طراحی

کاربردهای زیادی از بیونیک در طراحی وجود دارد. در دنیای مدرن، طراحان تلاش می کنند تا فضای اطراف ما را برای انسان ها طبیعی تر کنند، به طوری که برای زندگی، استراحت، کار کردن راحت باشد... من چندین گزینه برای نحوه استفاده طراحان از دانش در مورد بیونیک در عمل پیدا کردم، در اینجا برخی از آنها وجود دارد. آنها، کم و بیش ساده:

صندلی به شکل برگ بلوط یخ زده به نظرم خیلی راحت و زیباست.

آباژور به شکل کدو حلوایی، خانگی و دنج.

فضای داخلی به شکل جنگلی زیبا تزئین شده است.

من این مثال را به دلیلی انتخاب کردم، به نظر من این یک گزینه ایده آل است، زیرا شخصی برای استراحت به خانه می آید، و معلوم می شود که در وسط یک خلوت در جنگل، حتی این میز کوچک شبیه یک درخت است. شاخه ها، رنگ های سبز و سفید آرام می شوند، هوا را شفاف می کنند. زندگی سبز در اطراف فضا را راحت تر می کند.به لطف کشف علم بیونیک، مردم شروع به الهام گرفتن از طبیعت کردند. ایستادن درخت در کنار خانه می تواند منجر به ایجاد میز، صندلی، کابینت و غیره شود. بنابراین، حال و هوا، راحتی و رنگ هایی به خانه ما می آیند که چشمان ما را خوشحال می کند. ما بی اختیار در اطراف خود تکه ای از طبیعت را تکثیر می کنیم، گوشه ای عزیز در جنگل بتنی، ما در هماهنگی با محیط زیست بدون برهم زدن تعادل زندگی می کنیم.

تکنولوژی معجزه آسا پیچیده در ساده

قبلاً گفتم که چگونه مردم، حتی در زمان های قدیم، از موجودات زنده جاسوسی می کردند و سعی می کردند چیزی مشابه بسازند، مثلاً بال، آواز پرندگان، ابزارهایی به شکل عاج و غیره.بنابراین، از آن زمان تا به امروز هیچ چیز تغییر نکرده است. در یک روز تابستانی تابستانی در سال 1948، مخترع ژرژ د مسترال با سگش قدم می زد. او پس از پیاده روی متوجه خارهای روی شلوار و حیوان خانگی خود شد، سپس تصمیم گرفت آنها را زیر میکروسکوپ ببیند و قلاب های زیادی را دید که روی نخ های لباس و پشم گیر کرده بودند. پس از آن، د مسترال تصمیم گرفت یک گیره بسازد که طراحی آن بر اساس این اصل کار می کند. او با کارشناسان نساجی مشورت کرد، اما بسیاری او را درک نکردند. سرانجام یکی از بافندگان خود را پیدا کرد و دو نوار با دست (یکی با قلاب و دیگری با حلقه) بافت. بست آشنای Velcro که هر روز روی ژاکت و کلاه و کفش بسته و باز می کنیم اینگونه ظاهر شد.

پروژه

پس از آشنایی با این موضوع، شروع به ایجاد شیء خود کردم. تعداد زیادی ساختمان آپارتمان در اطراف وجود دارد. آنها ضروری هستند زیرا مردم باید در جایی زندگی کنند و فضای زیادی را اشغال نمی کنند. بنابراین، من باید چیزی بیابم، مانند چنین خانه ای، چیزی را از طبیعت قرض بگیرم. و فکری به ذهنم رسید - لانه زنبورهای عسل. چرا نه؟ غیر معمول و کاربردی. در مورد شکل شش ضلعی، مردم در آن زندگی می کنند خانه های گرد، و در مثلثی ها. و شروع کردم به کشیدن. و این چیزی است که من دریافت کردم.به نظر من چنین خانه هایی باید در جایی ساخته شود که اغلب زلزله رخ می دهد. قابل نصب بر روی پشت بام پانل های خورشیدیبرای رفع نیازهای ساختمان و اطمینان از اینکه در زمستان برف جمع نمی شود، بلکه ذوب می شود.

نتیجه

در جریان تحقیقاتم به این نتیجه رسیدم که علم جدید بیونیک در همه جای زندگی ما وجود دارد و فواید زیادی برای مردم دارد.من و سرپرستم آیگول مینیراسیموونا جنبه های مثبت و منفی تأثیر بیونیک بر دنیای بیرون را مطالعه کردیم و این را در قالب این جدول منعکس کردیم.

نفوذ	کیفیت ها
روشن ظاهرنما، ساختمان، ساختمان و غیره	+ + +
در مورد محیط زیست (از نظر اکولوژیکی)	+ + +
بر خلق و خوی یک فرد	+ + +
برای بهره وری از نظر هزینه های مالی	+ -
برای هماهنگی با محیط	+ + +
تنوع، تفاوت با جعبه های معمولی - ساختمان های خاکستری، میزهای مربع، چهارپایه ...	+ + +
در مورد آینده جهان (یعنی جهان در چند سال آینده چگونه خواهد بود)	+ + +

جدول نشان می دهد که علم جدید بیشتر اثرات مثبتی بر طبیعت و انسان دارد.