бионика что это простыми словами
Значение слова «бионика»
[От греч. βιών — элемент жизни]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
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.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
био́ника
1. раздел кибернетики, посвящённый использованию биологических процессов в решении инженерных задач
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.
Вопрос: риторичность — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?
Бионика
Полезное
Смотреть что такое «Бионика» в других словарях:
БИОНИКА — [ Словарь иностранных слов русского языка
БИОНИКА — [от био. и (электро) ника], наука, изучающая живые организмы с целью использования результатов познания механизмов их функционирования при конструировании машин и создании новых техничеких систем. Например, данные бионики, полученные при… … Экологический словарь
бионика — Этимология. Происходит от греч. biо жизнь. Категория. Научная дисциплина. Специфика. Изучает принципы функционирования живых систем для использования их в области инженерной практики. Начала свое формирование в 60 х гг. ХХ в. Основным методом… … Большая психологическая энциклопедия
БИОНИКА — БИОНИКА, направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Сформировалась во 2 й половине 20 в. Для решения… … Современная энциклопедия
БИОНИКА — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Большой Энциклопедический словарь
Бионика — наука, начавшая формироваться в 60 х гг. ХХ в. и изучающая при помощи метода моделирования принципы функционирования живых систем для переноса их в область инженерной практики. В частности, существенных достижений удалось достичь при разработке… … Психологический словарь
БИОНИКА — БИОНИКА, и, жен. Раздел кибернетики, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности организмов в целях постановки и решения новых инженерных задач. | прил. бионический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
БИОНИКА — (от греч. bio элемент жизни, букв. живущий), одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технич. систем или устройств. Сформировалась во 2 й пол. 20… … Биологический энциклопедический словарь
бионика — сущ., кол во синонимов: 2 • биокибернетика (1) • биология (73) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Бионика — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов… … Политология. Словарь.
БИОНИКА — БИОНИКА. Наука, изучающая принципы строения и функционирования живых систем для решения инженерных задач: совершенствования и конструирования машин, приборов, технологических процессов. Как самостоятельная наука Б. начала формироваться в 1960 х… … Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам)
Что такое бионика? Какие задачи решает бионика?
Когда появилась наука бионика? Как связана бионика с инженерными науками? Чем бионика отличается от биомиметики?
Бионика — прикладная наука, объединяющая биологию и кибернетику, решающая инженерные задачи на основании анализа структуры и жизнедеятельности живых организмов.
Возникновение бионики
В процессе эволюции и естественного отбора живые организмы развили хорошо адаптированные структуры, материалы, выработали особые качества. Люди перенимают опыт у природы и используют его в создании инструментов и приборов.
Бионика неразрывно связана с другими науками, такими как:
Термин происходит от греческого bion («ячейка жизни»). Так науку называют в России, за рубежом у неё есть другое наименование — биомиметика (biomimetics), от латинских понятий bios — «жизнь» и mimesis — «подражание».
Несмотря на то, что примеры использования опыта природы в технических решениях известны давно, датой появления биомиметики считается 13 сентября 1960 года: в этот день в США прошёл симпозиум «Живые прототипы искусственных систем — ключ к новой технике», который официально зафиксировал название науки. Наименование мероприятия стало девизом направления, а эмблемой — паяльник, скальпель и соединяющий их символ интеграла.
Биомиметика разделяется на три составляющие:
Примеры достижений бионики
Родоначальником науки считается Леонардо да Винчи. Именно ему принадлежит первая зафиксированная идея применения результатов наблюдений за живой природой для создания механизмов. В 1485–1487 годах да Винчи разработал проект летательного аппарата с машущими крыльями, как у птиц, — орнитоптера.
Прототипом современных самолётов также является парящая птица, а форма поездов и идея метро скопированы с земляных червей.
Первым архитектурным памятником биомиметики можно считать Эйфелеву башню. Конструкция основания имеет строение, схожее с берцовой костью человека, благодаря чему обладает высокой прочностью.
Инженер из Швейцарии Жорж де Местраль заинтересовался репьём, который постоянно прицеплялся к шерсти его собаки во время прогулок. Рассмотрев элементы растения, он обнаружил множество маленьких крючков, за счёт которых плоды накрепко «прилипают» к волосам и одежде. Так возникла идея создания застёжки-велкро. После долгих 14 лет испытаний, в 1955 году Местраль запатентовал своё изобретение. Удобная «липкая» лента применяется при изготовлении одежды, обуви, сумок и прочего.
Акулы передвигаются с высокой скоростью. Согласно наблюдениям, шкура хищной рыбы оказалась шершавой и покрытой множеством небольших зубчатых чешуек с микроскопическими бороздками. Распределяемые через них встречные потоки воды и позволяют развивать большую скорость. Покрытие, подобное акульей шкуре, было опробовано на обшивке самолёта компанией Cathay Pacific. Пробные полёты показали снижение аэродинамического сопротивления на 6%, что давало возможность экономить 350 тонн топлива в год. Но стоимость покрытия посчитали слишком высокой и производство свернули.
Материал с поверхностью, подобной акульей шкуре, используется при изготовлении комбинезонов для плавания. Другое свойство рифлёных чешуек морского хищника — антипаразитарное — применяют для обшивки кораблей.
Создатели глубоководных аппаратов, искавшие пути уменьшения сопротивления воды, выяснили, что форма кита наиболее эффективна для корпуса подводных лодок и судов. Субмарины, обводы которых имели китообразные очертания, развивали очень высокие скорости. Японские инженеры применили пропорции морского млекопитающего при построении океанского лайнера. Результат эксперимента показал: уменьшенная на 15% мощность мотора могла обеспечить кораблю прежнюю грузоподъёмность и скорость.
Наблюдая за летучими мышами, люди открыли эхолокацию — способность ориентироваться в пространстве по отражённому звуку. Специальные наушники, получающие эхо от ультразвуковых сигналов, помогают в передвижении слепым людям.
ВСЕ ИЗОБРЕТЕНО ЗАДОЛГО ДО НАС! БИОНИКА.
Человек, как известно, великий изобретатель: ни один другой вид на Земле не может похвастаться таким количеством технических приспособлений, позволяющих облегчить повседневную жизнь. Но такие ли уж мы умные на самом деле? Единственные, кто «обскакал» нас в вопросах изобретательности это неразлучная парочка естественный отбор и эволюция.
Практичное человечество давно научилось копировать природу для создания различных вещей. Это явление называется в науке биомиметика (или бионика) – создание чего либо, используя принципы которые мы «подсматриваем» у природы.
Что изучает бионика?
Объектом её изучения являются процессы, происходящие внутри биологических систем. Теоретическая бионика занимается изучением тех принципов, которые были замечены в природе, и на их основе создаёт теоретическую модель, в дальнейшем применяемую в технологиях.
Практическая (техническая) бионика – это применение теоретических моделей на практике. Так сказать, практическое внедрение природы в технический мир.
Отцом бионики называют великого Леонардо да Винчи. В записях этого гения можно найти первые попытки технического воплощения природных механизмов.
Утверждение бионики как самостоятельной науки произошло лишь в 1960 году на научном симпозиуме в Дайтоне. Развитие компьютерной техники и математического моделирования позволяют современным ученым намного быстрее и с большей точностью воплощать подсказки природы.
Бионические разработки используются в промышленности, медицине, робототехнике,архитектуре, инженерии и во многих других областях.
Но что поражает, так это обстоятельство, когда кажется, что в природе трудно найти что-либо отсутствующее из того, что создал человек! Двигатель внутреннего сгорания? С ним имеет полнейшее сходство слюнная железа клопа: и здесь и там цилиндр, поршень, клапаны, только в одном случае они хитиновые, а мы привыкли иметь дело с металлом.
Лет через 30, когда принцип ультразвуковой локации у летучей мыши был, наконец, признан, Деннис Габор изобрел голографию. Прошел еще десяток лет, прежде чем произвел сенсацию лазер, и голограмма реально вошла в практику нашей науки и техники. А через год зоологи объявили, что акустический локатор летучей мыши дает голографическую картину. И это объяснимо. Летучая мышь, как и мы, любит видеть не плоское, а объемное изображение.
Ниже фото с описаниями некоторых бионических разработок.
Самозатачивающийся режущий инструмент, рабочая часть которого состояла из нескольких металлических слоёв разной твёрдости, разработал А.М. Игнатьев, по подобию строения зубов грызунов
Прекрасные лотосы древние индийцы недаром считали воплощением божества. Ведь они ухитрялись оставаться абсолютно чистыми в самых грязных водоемах, кишащих кишечной и прочими палочками. Все из-за особой структуры поверхности листа этого водного растения, с которого капли воды скатываются как шарики ртути: она не гладкая, а состоит из микроскопических иголочек, снижая площадь соприкосновения с каплей воды или грязи до минимума.
Ученые долго изучали свойства лотоса и, в итоге, создали краску, с которой вода и грязь скатываются даже лучше, чем с гуся. Покрашенные ею предметы можно мыть раз в пять лет, а то и реже – поверхности вообще не загрязняются из-за микроструктуры краски после засыхания.
В XVIII веке крупный французский учёный Реомюр первым обнаружил «изобретение» ос. До этого люди изготавливали бумагу из тряпок, а Реомюр предложил использовать также деревянные щепки. Принцип производства бумаги не изменился, человек только модифицировал его, чтобы получать бумагу разных сортов
Материал для строительства гнёзд осы добывают преимущественно из старых деревьев, пней и деревоматериало в. Осы, пятясь назад, соскребают челюстями частички волокон древесины. На соскребаемое место оса предварительно выпускает капельку слюны, которая размягчает древесину. Собрав комочек древесных волокон, оса переносит его к месту строительства гнезда. Здесь комочек повторно пережёвывается осой и обильно смачивается слюной. Далее оса садится на край ячейки гнезда и, прижав комочек к стенке гнезда, пятясь назад, раскатывает его в полоску. Затем, взяв полоску краями челюстей, начинает растягивать ее в длину. В дальнейшем такие полоски прикрепляются одна к другой, формируя бумажную стенку.
Достоверно неизвестно, знал ли об этом изобретатель первой в мире застежки-молнии, но принцип «зиппера» уже миллионы лет используют птицы для того, чтобы «латать» свои перышки. Наверняка у многих из вас в детстве было подобранное на улице перо какой-нибудь птицы. И мало кто мог устоять перед соблазном проткнуть его, а потом как ни в чем не бывало погладить двумя пальцами: перо на глазах становилось целым.
Так вот птицы, как и производители джинсов и курток, использую микро-крючочки для создания гладкой и легко восстанавливающейся поверхности.
Специалисты знают, что одна из самых больших инженерных проблем, с которой сталкиваются производители высокомощных процессоров, – это энергоэффективная система охлаждения. Чего только ни придумали, начиная от вентиляторов и заканчивая фреонами, чтобы искусственные «мозги» не перегревались. Но все равно ничего лучше, чем то, что заложила в наши организмы природа, не изобрели.
Пару лет назад корпор ация IBM представила новую технологию охлаждения процессоров и производительных компьютерных плат, основанную на принципе кровотока. Новинка получила название Cool Blue и работает следующим образом: в системе под очень большим давлением циркулирует специальная жидкость, которая распределяется по 50 тысячам микроскопических каналов на поверхности процессора.
Если вы еще не поняли, как это, погуглите по запросу «капилляры» – сразу все станет ясно. Охлаждаться процессоры будущего станут по тому же принципу, что и краснеют от мороза ваши щеки.
Производители одежды для пловцов давно восхищались умением разного рода морских созданий плавать с невероятной скоростью, многократно превышающей мышечные возможности, за счет превращения турбулентного водного потока в латеральный. Исследовали всех: начиная от дельфинов и заканчивая мелкими рыбешками, но только у акул нашли способ, который можно было воплотить в плавательном костюме.
Дело в том, что на коже акулы при ближайшем рассмотрении можно заметить крохотные рифлёные чешуйки, которые «гасят» сопротивление воды. И вот в 2000 году компания Speedo представила костюм с этим эффектом и произвела фурор: спортсмены, выступавшие купальниках этого типа, завоевали на Олимпийских играх в Сиднее в общей сложности 83 процента от всех медалей и установили 12 мировых рекордов.
Но чаще всего бионика используется, пожалуй, даже не в технике и изобретательстве, а в архитектуре. Скелеты животных становятся прообразами каркасов для сложных конструкций, а обыкновенное яйцо – куполом одного из самых красивых соборов в мире. Именно по аналогии с ним, и это документально подтвержденный факт, построил гигантский купол флорентийского собора гениальный архитектор эпохи Возрождения Филиппо Брунеллески.
Собор стоит и по сей день и не протекает, а современные мастера, несмотря на все достижения науки и натурный прототип перед глазами, до сих пор повторить не могут. Впрочем, у них осталось еще много объектов для копирования.
Природные прототипы технических изобретений.
Самым простым примером проявления науки бионики является изобретение шарниров. Всем знакомое крепление, основанное на принципе вращения одной части конструкции вокруг другой. Такой принцип используют морские ракушки, для того чтобы управлять двумя своими створками и по надобности открывать их или закрывать. Тихоокеанские сердцевидки-великаны достигают размеров 15-20 см. Шарнирный принцип в соединении их ракушек хорошо просматривается невооружённым взглядом. Мелкие представители этого вида применяют такой же способ фиксации створок.
В быту мы часто используем разнообразные пинцеты. Природным аналогом такого прибора становится острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы применяют тонкий клюв, втыкая его в мягкую почву и доставая оттуда мелких жуков, червяков и прочее.
Открытие эхолокации связано с именем итальянского естествоиспытателя Ладзаро Спалланцани. Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате (где оказываются беспомощными даже совы), не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими. Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором зал епил воском уши летучих мышей, — и зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху. Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя — короткие ультразвуковые сигналы в то время ещё было невозможно зафиксировать.
Впервые идея об активной звуковой локации у летучих мышей была высказана в 1912 году Х. Максимом. Он предполагал, что летучие мыши создают низкочастотные эхолокационные сигналы взмахами крыльев с частотой 15 Гц].
Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Гриффин предложил название эхолокация (по аналогии с радиолокацией) для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука. На основании этого был разработаны:
Радар
Сонар (гидролокатор)
Эхолот
Дефектоскоп
Многие современные приборы и приспособления оснащены присосками. Например, их используют для усовершенствования конструкций ножек различных кухонных приспособлений, чтобы избежать их скольжения во время работы. Также присосками оснащают специальную обувь мойщиков окон высотных зданий для обеспечения их безопасной фиксации. Это нехитрое приспособление тоже позаимствовано у природы. Квакша, имея на ногах присоски, необычайно ловко держится на гладких и скользких листьях растений, а осьминогу они необходимы для тесного контакта со своими жертвами.
В каких известных творениях была использована наука бионика? Примеры таких сооружений несложно отыскать. Взять хотя бы процесс создания Эйфелевой башни. Долгое время ходили слухи, что этот 300-метровый символ Франции построен по чертежам неизвестного арабского инженера. Позже была выявлена полная её аналогия со строением большой берцовой кости человека.
Когда начались работы по конструированию подземохода, во всех проектах машина отбрасывала грунт назад в отличие от крота, оставляющего за собой туннель. Инженер Александр Требелев в ящик с утрамбованной землей запустил крота и просвечивал ящик рентгеном. Оказалось, что крот все время вертит головой, вдавливая грунт в стенки туннеля. «Искусственный крот» стал точно повторять движения живого и оказался весьма удачным созданием. Во всяком случае, именно с его помощью «прокалывают» грунт под полотном железнодорожных путей, под шоссейными дорогами и в других местах, где нельзя нарушать ранее возведенные сооружения.
Построенный Пьером Нерви в 1958 году в Париже выставочный зал имел формы, которые были наиболее рациональны с точки зрения распределения нагрузок в этой конструкции. Такие конструкции называют покрытиями-оболочками. Только представьте: при ширине пролёта в 220 метров (соизмеримо с футбольным стадионом «Лужники»), он перекрыт оболочкой толщиной всего в 12 сантиметров. Принцип взят из расчетов математической модели формы лепестка цветка, которые при большой тонкости выдерживают вес насекомых и удары капель дождя
Высота пшеницы в 200—300 раз больше диаметра ее стебля. Секрет сохранения растением гибкости и прочности в его строении. У стебля пшеницы междоузлие полое, а узлы заполнены тканями. Благодаря такому строению стебель гнется, но не ломается.
Основание ее утолщено, вершина — остроконечная. Ее общая высота 540 м. Это 8-е в мире по высоте свободно стоящее сооружение.
Масса 55 тыс. тонн. При сильном ветре башня может раскачиваться, как стебель пшеницы, до 10 м в сторону от своего нормального вертикального положения, сохраняя при этом прочность. Она выдерживает ветер в 15 баллов и землетрясения в 8. Надежность рассчитана на 300 лет.
Ямкоголовые змеи знамениты тем, что у змей этого семейства были найдены на морде непонятные ямки, которые оказались необыкновенными теплолокаторами. Эти теплолокаторы, видимо, произвели на людей такое сильное впечатление, что они создали теплолокатор, построенный по аналогии с таким же устройством у змеи
Когда Джозеф Пакстон, в молодости страстный садовод, принял участие в конкурсе на разработку павильона для Всемирной выставки в Лондоне (1851), его побуждало честолюбивое желание затмить конкурентов. Он хотел создать нечто, рождающее при гигантских размерах ощущение почти невесомости создания. Это должна была быть конструкция, позволяющая экономно расходовать строительные материалы и широко примен ять стекло, стекло и еще раз стекло. В то же время она должна была быть достаточно прочной. В архитектуре не было аналогов для подобного проекта, ибо новое не имеет образцов для подражания.
Пакстон занялся изучением строения огромных листьев водного растения Виктория амазонская (Victoria amazonica), эти занятия подсказали ему идеи для строительства Хрустального дворца.
Иногда идею для создания робота подсказывает природа. А если нужно скопировать какое-нибудь животное, зачем долго размышлять? Лучший выбор — кенгуру! Примерно так мыслили инженеры немецкой компании Festo, создавшие BionicKangaroo, бионического робота, который сочетает в себе любопытную внешность и продвинутые технологии.
Точно так же, как и у настоящего кенгуру, у робота есть специальное «сухожили е», помогающее прыгать и амортизирующее приземления. Пружина «сухожилия» сжимается под действием пневматического устройства и затем распрямляется, позволяя роботу совершить прыжок.
В воздухе ноги меняют положение, хвост поворачивается так, чтобы сохранить балансировку и приземлившийся BionicKangaroo снова готов к прыжку.
80-сантиметровый робот весит около 7 килограмм. Одним прыжком в длину он покрывает расстояние до 80 сантиметров, максимальная высота прыжка достигает 40 сантиметров.
Совершенно не нов принцип медицинского шприца. Всякий, кого хоть раз кусала пчела или оса, знает об этом «инженерном» достижении природы.
Первым посчастливилось испытать бионический протез датчанину Деннису Аабо. Он потерял половину руки, но сейчас имеет возможность воспринимать предметы на ощупь с помощью изобретения медиков. Его протез подключён к нервным окончаниям пострадавшей конечности. Сенсоры искусственных пальцев способны собирать информацию о прикосновении к предметам и передавать её в мозг. Конструкция на данный момент ещ ё не доработана, она очень громоздкая, что затрудняет её использование в быту, но уже сейчас можно назвать такую технологию настоящим открытием. Все исследования в данном направлении полностью основываются на копировании природных процессов и механизмов и их техническом исполнении. Это и есть медицинская бионика. Отзывы учёных гласят, что в скором времени их труды дадут возможность менять износившиеся живые органы человека и вместо них использовать механические прототипы. Это действительно станет величайшим прорывом в медицине
Опираясь на былой опыт в архитектуре и строительстве, можно сказать, что все сооружения человека непрочны и недолговечны, если они не используют законы природы. Бионические здания, помимо удивительных форм и смелых архитектурных решений, обладают стойкостью, способностью выдерживать неблагоприятные природные явления и катаклизмы. В экстерьере зданий, построенных в этом стиле, могут просматриваться элементы рельефов, форм, контуров, умело скопированные инженерами-проектировщикам и с живых, природных объектов и виртуозно воплощенные архитекторами-строителями. Если вдруг при созерцании архитектурного объекта покажется, что вы смотрите на произведение искусства, с большой вероятностью перед вами строение в стиле бионика. Примеры таких конструкций можно увидеть практически во всех столицах стран и больших технологически развитых городах мира.