Рассмотрение бионикой особенностей морфофизиологической организации живых организмов кратко
Обновлено: 02.07.2024
Вопрос 2. Какое значение имеет изучение биологии для научно-технического прогресса?
Развитие высокоточных технологий на рубеже XX—XXI вв. привело к необходимости изучения и создания структур и механизмов, работающих на микроскопическом и еще более тонком уровне — нанотехнологий. Изучение возможностей и приспособлений, которые созданы живой природой, позволяет нам определить направление исследований для решения определенных задач в науке. Такие прогрессивные направления в биологии, как молекулярная биология, вирусология, биохимия и биофизика открывают нам дороги в будущее.
1. Био́ника - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.
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.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими. 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.
2. Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
- изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);
- 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.
3. Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.
Сегодня бионика имеет несколько направлений.
- Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какое значение имеет изучение особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно-технического прогресса?
2. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?
4. Какие биологические рецепторные и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей? Приведите примеры.
5. Приведите примеры компенсаторных механизмов и способностей к
адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой надежности, биологических систем.
6. Какие природные конструкции и формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре? Приведите примеры.
Тема 7.1. Бионика.
Основные понятия и термины по теме:бионика, нейробионика, биологическая, техническая, теоретическая бионика.
План изучения темы
1. Понятие Бионика.
2. Основные направления работ
3. Моделирование живых организмов
Краткое изложение темы:
1. Био́ника - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.
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.
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими. 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.
2. Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:
- изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);
- 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.
3. Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.
Сегодня бионика имеет несколько направлений.
- Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какое значение имеет изучение особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно-технического прогресса?
2. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?
4. Какие биологические рецепторные и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей? Приведите примеры.
5. Приведите примеры компенсаторных механизмов и способностей к
адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой надежности, биологических систем.
6. Какие природные конструкции и формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре? Приведите примеры.
Особенности морфофизиологической организации живых организмов и их использование для создания технических систем.
Одним из первых в истории человечества на особенности строения и жизнедеятельности организмов как на возможный источник идей для создания технических приспособлений и орудий труда с научной точки зрения обратил внимание Леонардо да Винчи.
Изучив строение крыла птицы, он пытался сделать орнитоптер - искусственное летательное устройство с машущими крыльями.
Результаты исследования аэродинамических свойств покровов и крыльев птиц и летающих насекомых и в наше время используются в конструировании современных летательных аппаратов.
Широко используемые в технике и в быту пластиковые или резиновые присоски создаются по образу и подобию присосок на щупальцах головоногих моллюсков - кальмаров и осьминогов.
Пинцеты и щипцы - инструменты, принцип работы которых соответствует строению и функциям птичьих клювов или клешней высших ракообразных.
В моделировании одежды, в быту и в технике в настоящее время широко применяют особые формы крепления - ремешки - липучки.
Они обеспечивают надежную фиксацию застежки к ткани за счет расположенных на ней крошечных крючочков, имитирующих структуру поверхности семян некоторых растений из семейств сложноцветных, розоцветных и лютиковых.
Принцип работы современных экскаваторов основан на механизмах функционирования роющих конечностей насекомых и млекопитающих, ведущих подземный образ жизни.
Исследования особенностей формы тела, а также структуры и физиологии кожных покровов китообразных и рыб лежат в основе создания более быстроходных и экономичных средств водного транспорта.
В Японии создано уникальное судно, соответствующее форме тела кита.
При этом на фоне уменьшения мощности двигателя его грузоподъемность и скорость остались такими же, как у кораблей, существенно более мощными двигателями.
Одним из первых в истории человечества на необыкновенности строения и жизнедеятельности организмов как на возможный источник мыслях для творения технических приспособлений и орудий труда с научной точки зрения направил внимание Леонардо да Винчи. Выучив строение крыла птицы, он пробовал сделать орнитоптер - искусственное летательное устройство с машущими крыльями. Результаты исследования аэродинамических параметров покровов и крыльев птиц и летающих насекомых и в наше время используются в конструировании современных летательных аппаратов.
Обширно используемые в технике и в быту пластмассовые или резиновые присоски создаются по образу и подобию присосок на щупальцах головоногих моллюсков - кальмаров и осьминогов. Пинцеты и щипцы - инструменты, принцип работы которых подходит строению и функциям птичьих клювов либо клешней высших ракообразных.
В моделировании одежки, в быту и в технике в истинное время обширно применяют особенные формы крепления - ремешки-липучки. Они обеспечивают надежную фиксацию застежки к ткани за счет расположенных на ней крохотных крючочков, имитирующих структуру поверхности семян некоторых растений из семейств сложноцветных, розоцветных и лютиковых.
Принцип работы современных экскаваторов основан на механизмах функционирования роющих конечностей насекомых и млекопитающих, водящих подземный образ жизни.
Исследования необыкновенностей формы тела, а также структуры и физиологии кожных покровов китообразных и рыб лежат в базе творенья более быстроходных и экономичных средств водного транспорта. В Японии создано уникальное судно, соответствующее форме тела кита. При этом на фоне убавленья мощности мотора его грузоподъемность и скорость остались такими же, как у кораблей, существенно более мощными движками.
Читайте также: