— Что хотели сказать великие люди своими высказываниями?
Природа — наш учитель….
С незапамятных времён люди искали ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла природа?
…Стрекоза с легкостью поднимает в воздух груз, в пятнадцать раз превышающий ее собственный вес;
… Скорость полета шмеля – 18 км в час; стрекозы – до 96 км в час…;
…Насекомые – наездники наделены “инструментом”, подобным нашему сверлу, но гораздо более совершенным и микроминиатюрным. Это “инженерное чудо” насекомых тоньше человеческого волоса, легко просверливает в коре и в довольно прочной древесине отверстия глубиной 5–6 см., такое “сверло” никогда не тупится и автоматически удаляет образуемые опилки;
…Оса-аммофила из века в век роет норки для гнезд с помощью мощного устройства, подобного отбойному молотку.
Не правда ли, удивительный перечень из мира насекомых? И его можно еще и еще продолжать не менее удивительными примерами.
Природа подобна огромному конструкторскому бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации.
Как научить детей использовать знания по биологии в повседневной жизни?
Представим, что вы оказались в этом конструкторском бюро, а название его совпадает с названием науки, “подглядывающей” за природой и решающей инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов.
Название этой науки складывается из двух слов
Биология + Техника = Бионика
Развитие бионики.
Бионика – наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма.
13 сентября 1960 года в американском городе Дайтоне состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил появление новой науки. Эта дата стала днем рождения бионики. Учёные избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Бионика стара как мир, ею, сами того не зная, занимались многие ученые и механики. Самый известный пример – Леонардо да Винчи. В тетради, датированной 1505 годом, этот универсальный гений, великий художник, замечательный инженер, гидравлик и механик сделал записи о летучей мыши.
Именно летучая мышь, говорит он, должна служить образцом летательной машины, ибо у нее кожная перепонка покрывает и укрепляет арматуру, являющуюся основой крыла. Удивительно сходство чертежа летательной машины Леонардо да Винчи с обликом летучей лисицы, крупного представителя рукокрылых, сильного летуна.
Построил ли гениальный мастер эту машину, от которой остались только чертежи? Этого никто не знает. Ему не хватало одной существенной детали – двигателя, в его распоряжении была только мышечная сила человека, заведомо непригодная для этой цели. Примерно через 400 лет появился первый летательный аппарат, и сконструирован он был все на том же принципе строения крыла летучей мыши.
Это был “Эол” Клемана Адера. Конструктор тщательно измерил скелет летучей мыши и воспроизвел его в увеличенном виде, используя склеенные и связанные бамбуковые планки. В октябре 1890 года конструктор совершил на своей машине перелет в 50 метров.
Использование человеком принципов организации растений и животных. Видеоурок по биологии 11 класс
В бионике выделяют следующие направления: архитектурно-строительную бионику, техническую бионику, бытовую бионику и нейробионику. 4 отдела
Архитектурно-строительная бионика
Архитектурно-строительная бионика изучает строение скелета, костей, стеблей, цветов и воплощает в строительных конструкциях и зданиях. Великий зодчий эпохи Возрождения Ф. Бруннелески в качестве основы для конструирования купола Флорентийского собора использовал форму птичьего яйца.
Вспомним изобретение Густава Эйфеля, который еще в 1889 году сконструировал модель Эйфелевой башни. Конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Головка кости покрыта сеткой миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка перераспределяеться по кости. Такое распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем. Совпадают даже углы между несущими поверхностями.
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 чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб. Обе конструкции полые.
Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица.
Другие примеры применения: в Амстердаме есть мост под названием «Питон» благодаря своей змеевидной форме. Сиднейская опера возводилась по аналогии с цветком лотоса. Стадион «Птичье гнездо» в Пекине, Пекинский национальный оперный театр – имитация водяной капли, «Ласточкино гнездо» в Тайване.
Плавательный комплекс в Пекине внешне повторяет кристаллическую структуру решётки воды. Удивительное дизайнерское решение совмещает и полезную возможность конструкции аккумулировать энергию солнца и в дальнейшем использовать её для питания всех электроприборов, работающих в здании.
Техническая бионика.
Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Передвигаются пингвины на брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности и «Пингвин» механический.
Немецкая компания Mercedes – Benz разработала бионик-автомобиль. Его форма позаимствована у тропической рыбы – кузовка, тело которой обладает отличными аэродинамическими характеристиками.
Полезной для бионики оказалось и муха. Глаза мухи фасеточные, одновременно она видит не одно, а много изображений какого-либо предмета. Когда это предмет движется, то он как бы переходит от одного изображения в другое. А это дает возможность с большой точностью определять скорость движения тела. Этот принцип устройства глаз был изучен и инженеры создали новый прибор — “глаз мухи”, предназначенный для определения скоростисамолетов.
В Японии функционируют самые быстрые в мире электропоезда, которые движутся со скоростью более 322 км / ч. Эти поезда имеют лучшие показатели безопасности, однако существует одна проблема, которая беспокоила инженеров много лет. В японской системе железных дорог существует множество тоннелей. Когда поезд проезжает такой тоннель на высокой скорости, он сдавливает воздух перед двигателем, при выходе из тоннеля этот воздух выходит наружу, создавая мощный звук, напоминающий раскат грома или сверхзвуковой хлопок. Стекла в окружающих домах начинают дрожать, а люди просыпаются от громкого звука. Разработчики нашли решение проблемы в природе.
Основываясь на том, как птицы переходят из одной среды в другую — из воздуха в воду — с минимальным сопротивлением, он смоделировал носовой обтекатель сверхскоростного экспресса по типу клюва обычного зимородка. Сегодня новые поезда имеют долгую, заостренную переднюю часть. В результате удалось достичь значительного уменьшения шума.
А вот форма носовой части скоростного поезда «Сапсан», курсирующего по маршруту «Москва – Санкт-Петербург», была заимствована у самого быстрого представителя животного мира — сокола сапсана. Но даже это не позволяет сравниться скорости этого поезда со скоростью птицы, разница составляет 50 км/ч.
Нейробионика
Кто из нас ни смотрел фильм про Терминатора или Рассомаху? Наверное, смотрели все. Самые преданные бионики — это инженеры, которые конструируют роботов, поэтому бионику по праву считают одним из направлений кибернетики – науки об управлении устройствами и анализе информации. Это направление называют нейробионикой.
Впервые слово робот появилось из-под пера писателя Карела Чапека, в 1920 году, он говорил о механических людях, называя их роботами. С тех пор роботами стали называть механические игрушки, они были похожи на людей и выполняли простые механические движения. Позже появились андроиды, они исполняли музыкальные мелодии, рисовали, передвигались, но использовались только в развлекательных целях.
Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стенфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек.
Создано искусственное сердце из биологических материалов. Новое научное открытие может положить конец дефициту донорских органов.
Группа исследователей из университета Миннесоты пытается создать принципиально новый метод лечения 22 млн. человек – примерно столько людей в мире живет с больным сердцем. Ученым удалось изъять мышечные клетки из сердца, сохранив лишь каркас из сердечных клапанов и кровеносных сосудов. В этот каркас пересадили новые клетки.
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, 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.
Бытовая бионика.
Что из мира живого послужило прототипом человеческих изобретений? Это предметы, которые мы все используем в повседневной жизни:
1.Застёжка – липучка (плоды растения репейник)
( Швейцарский инженер Джордж де Местраль часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения, изучив принцип «прилипания» , он создал застежки нового вида)
2. Солонка (плоды мака — коробочка).
3. Застёжка – молния (особое строение пера птицы)
(Застежка «молния» была сделана на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление)
Источник: studopedia.ru
Биофундамент: как используются микроорганизмы в строительстве
Пресловутый «квартирный вопрос» способен испортить не только людей. Одних только кирпичей для строительства производится около полутора триллионов в год – это один из самых массовых продуктов современной цивилизации. Обычные керамические кирпичи получают обжигом глины, расходуя массу энергии.
Этот процесс приводит к поступлению в атмосферу углекислого газа, объемы которого достигают примерно 800 млн тонн ежегодно. Но этого все равно мало. Сотни миллионов человек испытывают нехватку жилья, и специалисты говорят о необходимости наращивать производство: больше энергии, больше материала, больше кирпичей – больше домов. Но другие эксперты предлагают внимательнее посмотреть вокруг.
Биоцемент и биокирпич
Микроорганизмы – великие строители, накапливавшие опыт еще с докембрия, когда появились первые пути биоминерализации. Целый ряд химических процессов в живой клетке приводит к образованию карбоната кальция, который накапливается твердым нерастворимым осадком, отложениями кальцита, арагонита или ватерита.
Это сложные минеральные образования, которые иногда легко спутать с произведениями человеческих рук. Горы известняка, мела, мрамора. Наблюдать биопреципитацию карбоната кальция можно и в меньших масштабах. Мелкие, безвредные и широко распространенные почвенные бактерии Sporosarcina pasteurii вызывают локальное «цементирование» и затвердение песка.
Эту их способность еще в 2008 году швед Магнус Ларссон предложил использовать для создания на западе Африки искусственной границы перед растущими пустынями. Позднее к похожей идее пришла и Джинджер Досье, которая тогда возглавляла кафедру архитектуры Американского университета Шарджи в ОАЭ.
Она довела технологию до логического предела, предложив метод «микробиологически индуцированной преципитации карбоната кальция» (MICP) для производства строительных кирпичей. Как и у традиционных кирпичей и цемента, все начинается с песка. Его засыпают в формы, смешав с хлоридом кальция и мочевиной – совершенно безопасными веществами, используемыми даже в качестве пищевых добавок (E509 и E927b). Остается добавить «магическое зелье» – бактериальный препарат S. pasteurii, – и через два-пять дней кирпич затвердеет до необходимой прочности.
Успешно представив проект на международных форумах, Джинджер собрала стартовое финансирование, в 2012 году основала старт-ап bioMASON и стала совершенствовать технологию. Вскоре в Северной Каролине открылось опытное производство, способное выдавать от 500 до 1500 «биокирпичей» в неделю. Они уже проходят испытания в естественных условиях, а тем временем в bioMASON отрабатывают методы получения необычных кирпичей – способных поглощать загрязнения из воздуха, меняющих цвет в зависимости от влажности или просто светящихся в темноте.
Биофундамент и биодома
Пока Джинджер Досье проводила свои первые опыты, студенты Ньюкаслского университета экспериментировали с бациллами Bacillus subtilis. Полученная ими ГМ-линия BacillaFilla предназначена для ремонта бетонных конструкций. Проникая вглубь трещины, бациллы проводят минерализацию и заполняют ее карбонатом кальция, который дополнительно укрепляется клейким полисахаридом леваном. Для контроля процесса биологи скорректировали работу сигнальных путей, с помощью которых бактерии координируют свою коллективную активность. Это позволяет искусственно стимулировать у всей популяции активный синтез левана и карбоната и образование твердой пленки, заполняющей трещину.
Проект получил неожиданное развитие: профессор Ньюкаслского университета Мартин Дейд-Робертсон обратил внимание на то, что бактерии прекрасно растут под высоким давлением. Повышая его до 10 атм., ученый идентифицировал 122 гена, которые «включаются» у B. subtilis в таких экстремальных условиях. Дейд-Робертсон предлагает использовать эту особенность для укрепления фундаментов. Достаточно внести в почву микробы, продуцирующие карбонат кальция в ответ на повышенное давление, – и она будет естественным образом цементироваться под зданием, становясь тем тверже, чем выше нагрузка.
Специально созданный штамм бацилл BacillaFilla устойчив к характерным для цемента высоким значениям pH, проникает в трещины и скрепляет их. Для контроля их поведения используют модифицированные сигнальные пути, которыми бактерии пользуются в рамках «чувства кворума», координируя свою совместную активность.
Некоторые проекты привлекают интерес весьма серьезных инвесторов. И хотя до возведения целых зданий на «биофундаменте» и из «биокирпичей» пока далеко, бактерии могут проникнуть на стройплощадку постепенно.
Тут снова придется упомянуть Ньюкаслский университет: здесь, на кафедре экспериментальной архитектуры, профессор Рэйчел Армстронг при поддержке Евросоюза координирует реализацию проекта «Живая архитектура» (Living Architecture, LiAr). Ученые из LiAr стараются внести микробы в уже используемые керамические кирпичи. Осенью 2016 года команда Армстронг представила прототип «усовершенствованных» кирпичей, в полости которых внесен коктейль из веществ и микроорганизмов, превращающий их в микробные топливные ячейки, способные вырабатывать электричество, заодно очищая воздух или использованную воду. По заверению участников проекта LiAr, довести технологию до готового к использованию уровня можно лет за десять. Масштабное производство сделает такие кирпичи ненамного дороже традиционных, а к тому времени, видимо, подоспеют и полностью «микробные» строительные материалы.
Образование: Академия искусств Крэнбрук, архитектор Компания: bioMASON «В идеале мы стремимся получить нечто вроде порошка или концентрата. В такой форме материал можно удобно доставлять к месту строительства. Останется просто добавить воды».
Я не представляю под каким вещеставами писали эту статью. Но МагнусЛарссон — бывший теннисист, а Мартин Дейд-Робертсон — архитектор, Джинжер Досье вообще не удалось загуглить. Такое чувство, что реальных ученых найти не удалось и вы целенаправленно искали людей, о которых ничего нет в интернете, чтоб сошли за «Ученых».
Крайне интересная тема. однако когда мир пугают газом С02 почему то все забывают что это атмосфера для дыхания всех живых растений.Попробуйте посчитать прирост растений в год. Это не считая различных микроорганизмов. И плюс утечка газа через верхние слои атмосферы.Это просто не аргументированный популистским.
Долее почему забывают о современной тенденции в строительстве использования стекла и бетона. Идет выветривание почв наступление песчаников на цивилизацию. Банальное использование этого кварца и как плюс использование солнечной энергии (кстати почему бы не использовать и её для обжига тех же кирпичей) И последнее злоупотребление микроорганизмами (бактериями) в тех или видах технологии.Честно становится страшно когда слышишь о видах поедающих полимеры.Сумма полимеров используемых как альтернатива металлическим фитигнам (наблюдая за экономикой США — тенденция навязать заведомо убыточную экономику другим оставив себе с заданным по военном стандартам экономику надежности)и шлангам это дикий ущерб экономике при разгульном росте тех же колоний.Кому не приходилось видит как аварийно и критично ведут себя пластиковая трубопроводная арматура.Более того большинство автомобильной и авиационной технике вынуждены утилизировать из -за тотального паразитирования элементоорганикой. И последнее .. вспомните что происходит в мексиканском заливе . Синия чума от которой нет защиты . С любой формой жизни нужно вести себя как к возможно последней на этой земле. т.е. с особой осторожностью.
Источник: www.techinsider.ru