Бионик

Текущая версия на 14:40, 6 февраля 2008

Материал команды id072 Братеевские шмели - творческий тур ДОО по Биологии 2007 "Незнакомая биология"

Бионик - специалист в области бионики (научной дисциплины, связанной с поиском возможностей решения различных инженерных задач на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов).

Бионика (от грач. biom - элемент жизни, буквально - живущий)

Что это за профессия?

Бионик — это специалист, который отлично разбирается в физике, математике, биологии, кибернетике. Предметом пристального анализа бионика являются живые организмы, особенности их жизнедеятельности и функционирование органов для создания технической модели, на основе тех процессов, что были замечены им в природе. К примеру, особенность передвижения насекомых была заложена японскими биониками в созданного им робота. Такой робот используется в поисковых работах на развалах или в горных районах. Он помогает искать людей под завалами. В условиях постоянной сейсмической активности островов, такое изобретение весьма полезно. А, изучив структуру кожного покрова дельфинов, бионики создали уникальную обшивку для кораблей. Военные корабли с такой обшивкой способны развивать скорость на 20% выше, чем обычные. Помимо теории бионик хороший практик и великолепный аналитик. Он должен обладать нестандартным, креативным мышлением. Бионик, по сути, фантазер и изобретатель. Но он не берет свои идеи из воздуха. Он черпает их из природы, создавая технические аналоги органических систем.

Где и когда

Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Формальным годом рождения бионики является 1960 год. Ученые бионики выбрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла, а девизом - "Живые прототипы - ключ к новой технике". Из современных ученых можно назвать имя Осипа М. Р. Дельгадо. Он изучал невролическо-физические характеристики животных, на их основе пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами.

Перспективы

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике - это разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека; создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме "человек - машина".

Где можно получить эту профессию

Биологические факультеты университетов, это могут быть и Бауманский университет, МИСИС (университет стали и сплавов), МГУ ПБ (университет прикладной биотехнологии)

Информация с сайтов:

[1] - основные принципы архитектурно-бионического моделирования

[2] - профессия Бионик с сайта "Работа программистам"

GetJob - о Профессиях с сайта "Работа на Украине"

Добавление команды id001 Вирусы - творческий тур ДОО по Биологии 2007 "Незнакомая биология"

Главные направления работ по бионике:

• изучение нервной системы и моделирование нервных клеток и связей между ними в целях совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);

• исследование органов чувств с целью создания различных датчиков и систем обнаружения;

• изучение принципов ориентации, локации и навигации у животных для использования их в технике;

• исследование морфологических особенностей живых организмов в целях выдвижения новых технических и научных идей;

• изучение кожи быстроходных водных животных (например, дельфина) позволило создать специальную обшивку для кораблей и увеличить, тем самым, их скорость на 15-20%;

• изучение полета птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строение суставов и т.п.

Спектр методов, используемых биониками, таким образом, чрезвычайно широк — от классических методов анатомического препарирования до создания математических моделей изучаемых явлений и структур. Бионикам приходится работать скальпелем и паяльником, энтомологическим сачком и логарифмической линейкой. Широкая общебиологическая и этологическая эрудиция должна сочетаться у них с основательной математической подготовкой, умением находить неординарные инженерные решения, вкусом к техническому конструированию.

Источник информации: http://www.verish.net/professions/prof0002

Добавление команды id039 ДНК - творческий тур ДОО по Биологии 2007 "Незнакомая биология"

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.

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.

Добавление команды id104 Эндемики - творческий тур ДОО по Биологии 2007 "Незнакомая биология"

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 чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри 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. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не "заглядывая" в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

Известные испанские архитекторы М.Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования "динамических структур", а в 1991 г. организовали "Общество поддержки инноваций в архитектуре". Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект "Вертикальный бионический город-башня". Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен "принцип конструкции дерева".

Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1128 м с обхватом у основания 133 на 100 м., а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами — перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов — разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты — аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить еще несколько таких зданий-городов.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

А также в бионике широко применяется создание моделей живых систем:

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. Поэтому среди специалистов биоников есть и высококвалифицированные программисты. Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т.п.

http://bio-nica.narod.ru/