Квест - игра "Бионика - прикладная наука"

Бионика – прикладная наука, изучающая возможность объединения живых организмов и технических устройств

Птица –
 действующая
 по математическому закону
инструмент,
 сделать который ,
в человеческой власти… 
Леонардо да Винчи.

В природе существуют некоторые объекты, возможностей которых не удается достичь современным инженерам. Это и мозг, и нить паутины, и ориентационные аппараты перелетных птиц. Что касается возможностей химического синтеза, которыми обладает живая клетка, то они не будут, скорее всего, достигнуты даже в отдаленной перспективе.
В связи с накоплением биологических данных появилась возможность изучения биологических систем и внедрения их в производство.
Формально годом рождения бионики считается 1960, именно тогда был открыт симпозиум на тему: «Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике».
Бионика – это прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации биологического мира.
Объектами бионики являются не только структура органов и тканей, но и способы передачи данных, модели поведения животных и другие объекты.

В настоящий момент бионику разделяют на три основных направления:
1. Биологическое занимается созданием искусственных тканей, протезов, биореакторов, генетически модифицированных организмов.
2. Математическая бионика – моделирование процессов, протекающих в живых организмах и их сообществах. Во многом математическая бионика пересекается с кибернетикой.
3. Техническая – внедрение принципов функционирования живых систем в инженерную практику.

Условия решения заданий на станции «Бионика»

Команде представлены предметы быта (застежки молния и липучка, тюбик суперклея), контурное перо птицы, брелок «Эйфелева башня», картинки с изображениями технических объектов.

Задача: найти пары среди представленного множества, объяснить свой выбор.

Ответы смотреть в презентации.

Плавники китов и ветрогенераторы Киты – самые большие животные на планете, однако они передвигаются в воде с неожиданным изяществом. Выяснилось, что не в последнюю очередь это обусловлено формой их плавников, покрытых вдоль кромки особыми полусферическими выростами.Инженеры, вдохновленные китовьей грацией, поместили такие выросты на лопасти вентиляторов, ветрогенераторов и водяных насосов. Лопасти ветряной турбины, повторяющие форму плавника кита, на 20% эффективнее обычных. 

Птичий клюв и локомотив поезда.Когда в 1964 году был построен первый японский «поезд-пуля», получивший название «Синкансэн», он мог мчаться со скоростью 190 километров в час. Но у него был весьма неприятный побочный эффект. Всякий раз, когда такой поезд выезжал из тоннеля, раздавался громкий хлопок, и пассажиры жаловались на неуловимое ощущение того, что поезд сплющивается.Изучив проблему, Накацу решил, что поезд должен входить в тоннель, разрезая воздух подобно ныряльщику, который без брызг входит в воду во время прыжка. Вдохновение Накацу почерпнул у ныряющей птички зимородка. Зимородок, живущий в ветвях деревьев высоко над поверхностью рек и озер, ныряет в воду и ловит там рыбу. Его клюв, имеющий форму ножа, разрезает воздух, когда зимородок камнем падает в воду — причем практически без брызг.Накацу поэкспериментировал с различными конфигурациями лобовой части поезда и пришел к выводу, что форма клюва зимородка является практически оптимальной. Сегодня у японских высокоскоростных поездов длинная, похожая на птичий клюв лобовая часть, которая помогает им тихо и спокойно выезжать из тоннелей. Реконструированные таким образом поезда стали ездить на 10% быстрее, а расход топлива у них снизился на 15% по сравнению с предшественниками.

Крылья птиц и закрылки самолета.
Авторами хитрой технологии, которая позволяет самолету удерживаться в воздухе по мере замедления, являются птицы. Их перья делятся на основные и второстепенные и специально адаптированы для полета.У птичьего крыла есть часть, именуемая придаточным крылом, или крылышком, которая помогает им стабилизироваться, используя открывающийся слот. Помните небольшие "флажки", которые появляются у самолета перед посадкой? Это имитация птичьей технологии, и называется она закрылком.

Буровые машины и дождевые черви.Нынешние буровые машины являются увеличенной механической копией дождевых червей. Также как и они, буровые машины "проедают" землю (и выпускают ее через заднюю часть), непрерывно двигаясь вперед, оставляя большой тоннель позади себя.

Микроволоски лапок гекконов и суперклей.Гекконы представляют собой семейство небольших ящериц. Их лапки покрыты миллионами микроскопических волосков, которые позволяют им двигаться по потолку, или, например, стеклу. Всего небольшой сдвиг волосков позволяет ящерицам отцепить лапку от поверхности.После того, как узнали секрет гекконов, был создан суперклей под названием Geckskin. Он настолько эффективен, что небольшого количества достаточно для удержания на ровной поверхности веса 315 кг. Кроме этого клей можно легко удалить, тем самым сняв приклеенный предмет. К тому же он не оставляет пятен.

Репейник и застежка-липучка. Классическим примером бионического изобретения является застежка-липучка. Две половинки липучки прочно соединяются друг с другом благодаря тому, что одна из них покрыта меленькими крючками, а на другой расположены миниатюрные петельки.Залипание многочисленных крючков и петель обеспечивает прочность крепления. Липучка была изобретена швейцарским инженером Мистралем еще до появления термина «бионика». Вычищая шерсть своего пса после прогулки, Мистраль обратил внимание на плоды репейника, которые крепко держались на шкуре. Он изучил строение плодов под микроскопом и разработал застежку, работающую по тому же принципу

Привычные вещи: перо птицы и молния.Застёжка молния сегодня имеется на большинстве предметов одежды. Изобретатель застёжки придумал это устройство, рассматривая под микроскопом перья птиц. Птичье перо обладает удивительным свойством восстанавливать свою структуру. Стоит птице только провести по перьям клювом, и они снова становятся аккуратными и гладкими. Перо птицы обладает сложной структурой. Оно снабжено рядами цепляющихся друг за друга бородочек с крючочками. Во время чистки перьев, крючочки застёгиваются по такому же принципу, как и созданная человеком молния.

Хобот слона и роботизированная рука.Способность слоновьего хобота вытягиваться в любом направлении и хватать все, что захочется, была использована учеными при разработке роботизированной руки.Она состоит из пластиковой трубки, исполняющей роль позвоночника, и 4 "пальцев", которые сделали руку более ловкой.

Эйфелева башня. К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось воздвигнуть башню, которая символизировала бы и величие Французской революции, и новейшие достижения техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан проект инженера-мостовика Александра Гюстава Эйфеля. В конце ХIХ столетия башня, названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой. 300-метровая башня стала своеобразным символом Парижа. Ходили слухи, будто бы построена башня по чертежам неизвестного арабского ученого. И лишь спустя более чем полстолетия биологи и инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями.