Коротко про сайт

RefList.Su - це найбільша колекція рефератів. На сайті RefList.su Ви знайдете безліч цікавих робіт і статей: реферати, дипломні, курсові роботи, шпаргалки, контрольні та лабораторні роботи, топіки з англійської мови. На нашому порталі, Ви можете додавати свої матеріали, читати реферати користувачів, використовувати пошук по сайту. Також в RefList.su можна почитати викладу, доповіді, квитки, твори. Колекція рефератів доступна для всіх безкоштовно і без відправки смс, і реєстрації.

Реклама

Товари

Реферат на тему Бионика як нова галузь науки скачати

Розділ: кібернетикаТип роботи: реферат

За останнє десятиліття біоніка отримала сильний імпульс до нового розвитку, оскільки сучасні технології дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точністю. У той самий час, сучасна біоніка багато в чому пов'язана з ажурними конструкціями минулого, і з розробкою нових матеріалів, що вони копіюють природні аналоги, робототехникой і штучними органами.

Концепція біоніки зовсім на нова. Приміром, ще 3000 років тому вони китайці намагалися запозичити в комах спосіб виготовлення шовку. Але наприкінці сучасності біоніка знайшла друге дихання, сучасні технології дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точністю. Так, кілька років тому вчені змогли проаналізувати ДНК павуків і створити штучний аналог шелковидной павутиння - кевлар. У цьому вся оглядовому матеріалі перераховані кілька перспективних напрямів сучасної біоніки і приведені найвідоміші випадки запозичень у природи.

Энциклопедическая довідка

Бионика (англомовні назви – «биомиметика») – багатообіцяючий науково-технологічний напрям по запозичення у природи цінних ідей реалізації її як конструкторських і дизайнерських рішень, і навіть нових інформаційних технологій.

Предмет біоніки відомий під різними назвами: наприклад, і в Америці зазвичай використовується термін «биомиметика», а часом говорять про биогенезе. Стисло суть цього перспективного науково-технологічного напрями у тому, щоб запозичати у природи цінні ідеї, й реалізовувати у вигляді оригінальних конструкторських і дизайнерських рішень, і навіть нових інформаційних технологій.

За останнє десятиліття біоніка отримала значний імпульс до нового розвитку. Це з тим, що технології переходять на гіга- і наноуровень й дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точністю. Сучасна біоніка переважно пов'язані з розробкою нових матеріалів, що вони копіюють природні аналоги, робототехникой і штучними органами.

Розумна природа

Головна відмінність людських інженерних конструкцій від, що створила природа, полягає у неймовірною енергоефективності останніх. Вдосконалюючись і еволюціонуючи протягом мільйонів років, живі організми навчилися жити, пересуватися і розмножуватися з допомогою мінімального кількості енергії. Цього феномену грунтується на унікальному метаболізмі тварин і звинувачують на оптимальному обміні енергією між на різні форми життя. Отже, запозичуючи у природи інженерні рішення, можна істотно підвищити енергоефективність сучасних технологій.

Природні матеріали сверхдешевы і поширені у безлічі, які «якість» набагато краще тих, що зроблених людиною. Так, матеріал оленячого роги значно міцніше найкращих зразків керамічного композита, що їх вдасться розробити людям. Людина використовує досить «тупі» енергоємні процеси щоб одержати тих чи інших надміцних речовин, а природа зробила їх значно більше інтелектуальними і ефективними способами. І тому використовуються оточуючі натуральні речовини (цукру, амінокислоти, солі), але із застосуванням «ноу-хау» — оригінальних дизайнерських і інженерних рішень, надефективних органічних каталізаторів, що в багатьох випадках доки доступні розумінню людини. Бионика, своєю чергою, займається вивченням і копіюванням природних «ноу-хау».

Дизайн природних конструкцій також йде витримає жодного порівняння з намаганнями людини сконструювати щось претендує на природну ефективність. Форма біологічного об'єкта (наприклад, дорослого дерева) зазвичай створюється внаслідок тривалого адаптивного процесу, з урахуванням багаторічного впливу як дружніх (наприклад, підтримку з боку інших дерев лісом), і агресивних чинників. Процеси зростання і розвитку включають інтерактивне регулювання на клітинному рівні. Усе, це сукупності забезпечує неймовірну міцність вироби протягом усього життєвого циклу. Така адаптивність у процесі формоутворення приводить до створення унікальної адаптивної структури, званої в біоніці інтелектуальної системою . У той самий час нашої промисловості поки що недоступні технології створення інтелектуальних систем, які взаємодіють із довкіллям і може пристосовуватися, змінюючи свої властивості.

Нині вчені намагаються конструювати системи хоча б із мінімальної пристосовуваністю до навколишньому середовищі. Наприклад, сучасні автомобілі обладнані численними сенсорами, які вимірюють навантаження деякі вузли і може, наприклад, автоматично змінити тиск у шинах. Проте розробники і наука лише на початку цього довгого шляху.

Перспективи інтелектуальних систем заворожують. Ідеальна інтелектуальна система зможе самостійно удосконалювати власний дизайн й змінювати свою форму найрізноманітнішими способами, наприклад, додаючи що цей матеріал у визначені частини конструкції, змінюючи хімічний склад окремих вузлів тощо. Чи не забракне люди спостережливості і розуму, щоб навчитися у природи?

Сучасні відкриття

Сучасна біоніка багато в чому пов'язані з розробкою нових матеріалів, які копіюють природні. Той-таки кевлар (вже згадуваний вище) появився завдяки спільну роботу биологов-генетиков і інженерів, фахівців із матеріалам.

Нині деякі вчені намагаються знайти аналоги органів людського тіла, щоб зробити, наприклад, штучне вухо (його вже надійшов на продаж до США) чи штучний очей (на стадії розробки).

Скелет глибоководних губок роду Euplectellas побудовано з високоякісного оптоволокна

Інші розробники концентруються на вивченні природних організмів. Наприклад, працівники Bell Labs (корпорація Lucent) недавно знайшли у тілі глибоководних губок роду Euplectellas високоякісне оптоволокно. Дослідники з Bell Labs, структурного підрозділи Lucent Technologies, виявили, що у глибоководних морських губках міститься оптоволокно, як дуже близький до найсучаснішим зразкам волокон, які у телекомунікаційних мережах. Понад те, за деякими параметрами природне оптоволокно може бути краще штучного.

Відповідно до узвичаєної сьогодні класифікації, губки утворюють самостійний тип примітивних безхребетних тварин. Вони проводять абсолютно нерухомий спосіб життя. Губку роду Euplectella живе тропічних морях. Вона, у довжину сягає розмірів 15-20 див. Її внутрішній каркас сітчастої форми утворюють циліндричні стрижні з прозорого діоксиду кремнію. Біля основи губки перебуває пучок волокон, котрий за формі нагадує своєрідну корону. Довжина цих волокон - від 5 до 18 див, товщина - як в за людську волосину. У результаті досліджень цих волокон з'ясувалося, що вони складаються з кількох чітко виділених концентричних верств з різними оптичні властивості. Центральна частина циліндра складається з чистого діоксиду кремнію, а навколо розташовані циліндри, у складі яких помітне кількість органіки.

Вчені були вражені тим, наскільки близькими виявилися структури природних оптичних волокон до тих зразкам, що розроблялися в лабораторіях багато років. Хоча прозорість у частині волокна трохи нижче, ніж в кращих штучних зразків, природні волокна виявилися стійкими до механічним впливам, особливо в розриві і вигині. Саме це механічні властивості роблять уразливими оптичні мережі передачі - при освіті тріщин чи розрив у оптоволокне його доводиться заміняти, але це дуже дороге операція. Вчені з Bell Labs наводять наступний факт, демонструє надзвичайно високу міцність і гнучкість природних оптоволокон, - їх можна зав'язувати в вузол, і навіть де вони втрачають своїх оптичних властивостей. Такі дії з штучними оптоволокнами неминуче приведуть до поломки чи, по крайнього заходу, освіті внутрішніх тріщин, що в результаті також означатиме втрату функціональних властивостей матеріалу.

Вчені доки знають, як можна відтворити до лабораторій подібне творіння природи. Річ у тім, що сучасний оптоволокно одержують у печах з розплавів за дуже високої температурі, а морські губки, природно, у розвитку синтезують його шляхом хімічного осадження за нормальної температури морської води. Якщо вдасться змоделювати той процес, він, крім іншого, що й економічно вигідним.

За результатами тестів виявилося, що з скелета цих 20-сантиметровых губок може пропускати цифровий сигнал буде не гірший, ніж сучасні комунікаційні кабелі, у своїй природне оптоволокно значно міцніше людського наявністю органічної оболонки. Друга особливість, яка здивувала учених, — це можливість формування такого речовини за нормальної температури близько нуля градусів за Цельсієм, тоді як у заводах Lucent цих цілей використовується високотемпературна обробка. Тепер вчені думають з того, як збільшити довжину нового матеріалу, оскільки скелети морських губок становить 15 див.

Крім розробки нових матеріалів, вчені постійно повідомляють про технологічних відкриттях, що базуються на «інтелектуальний потенціал» природи. Наприклад, у жовтні 2003 року у дослідницькому центрі Xerox в Пало Альто розробили нову технологію подає механізму для копірів і принтерів.

У новій друкованої схемою, створеної дослідницькому центрі Xerox (Пало Альто), відсутні мобільні частини (вона з 144 наборів по 4 сопла у кожному)

У устрої AirJet розробники скопіювали поведінка зграї термітів, де кожен терміт приймає незалежні рішення, та заодно зграя йде до спільної мети, наприклад, побудові гнізда.

Сконструйована в Пало Альто друкована схема оснащена безліччю повітряних сопла, кожна з яких діє незалежно, без команд центрального процесора, однак той водночас вони сприяють виконання спільної справи — просуванню папери. У устрої відсутні мобільні частини, що дозволяє здешевити виробництво. Кожна друкована схема містить 144 набору по 4 сопла, направлених ним у різні боки, і навіть 32 тис. оптичних сенсорів і микроконтроллеров.

Але найбільш віддані адепти біоніки — це інженери, які займаються конструюванням роботів. Сьогодні серед розробників дуже популярна думка, у майбутньому роботи (докладніше про робототехніці див. тут) ефективно діяти не лише у разі, якщо вони максимально нагадують людей. Учені й інженери вважають, що доведеться функціонувати у міських та розподіл домашніх умовах, тобто у «людському» інтер'єрі — з драбинами, дверима та інші перешкодами специфічного розміру. Тому, принаймні, зобов'язані відповідати людині за розміром та на засадах пересування. Інакше кажучи, у робота обов'язково мали бути зацікавленими ноги (колеса, гусениці та інші не адресований міста). Але в кого копіювати конструкцію ніг, а то й у тварин?

У якому напрямі створення ходить на двох двоногих роботів найдалі просунулися вчені зі Стенфордського університету. Вони от уже майже 3 роки експериментують з мініатюрним шестиногим роботом, гексаподом, побудованих за результатам вивчення системи пересування таргана.

Мініатюрний, завдовжки близько 17 див., шестиногий робот (гексапод) зі Стенфордського університету вже бігає зі швидкістю 55 см/сек

Перший гексапод був сконструйовано 25 січня 2000 р. Зараз конструкція бігає дуже шустро — зі швидкістю 55 див (більше трьох власних довжин) в секунду — і такий самий успішно долає перешкоди.

Монопод зростанням з людини здатен тримати нестійка рівновага, постійно стрибаючи (Стенфордський університет)

У Стенфорде як і розроблений одноногий стрибучий монопод людського зростання, що може утримувати нестійка рівновага, постійно стрибаючи. Як відомо, людина переміщається шляхом «падіння» з одного ноги в іншу й більшість часу проводить в одній нозі. У вчені з Стенфорда сподіваються створити двоногого робота з системою ходьби.

Перші приклади біоніки

Майже будь-яка технологічна проблема, яка постає перед дизайнерами чи інженерами, була віддавна успішно вирішена іншими живими істотами. Наприклад, виробники прохолоджувальних напоїв постійно шукають нові шляхи упаковки своєї продукції. У той самий час звичайна яблуня давно вирішила цієї проблеми. Яблуко на 97% складається із води, упакованої зовсім на деревне картон, а їстівну шкірку, досить апетитну, щоб залучити тварин, які з'їдають фрукт і поширюють зерна.

Фахівці з біоніці міркують саме так. Коли вони наштовхуються на певної інженерної чи дизайнерській проблемою, вони шукають рішення, у «наукової базі» необмеженого розміру, що належить тварин та рослин.

Приблизно так само само вчинив Густав Ейфель, що у 1889 році збудував креслення Ейфелевої вежі. Це спорудження вважається однією з ранніх очевидних прикладів використання біоніки в інженерії.

Конструкція Ейфелевої вежі полягає в наукової праці швейцарського професора анатомії Хермана фон Мейєра (Hermann Von Meyer). За 40 років до споруди паризького інженерного дива професор досліджував кісткове структуру голівки стегновій кістці там, де вигинається й під кутом входить у суглоб. І водночас кістку чомусь не ламається під вагою тіла.

Костная структура голівки стегновій кістці

Підстава Ейфелевої вежі нагадує кісткове структуру голівки стегновій кістці

Фон Мейєр виявив, що голівка кістки покрита витонченої мережею мініатюрних кісточок, внаслідок чого навантаження дивним чином перерозподіляється по кістки. Ця мережу мала сувору геометричну структуру, яку професор задокументував.

У 1866 року швейцарський інженер Карл Кульман (Carl Cullman) підвів теоретичну базу під відкриття фон Мейєра, через 20 років природне розподіл навантаження з допомогою кривих суппортов було використане Эйфелем.

Плід нетреби причепився до сорочці

Інше знамените запозичення зробив швейцарський інженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) в 1955 року. Він часто гуляв зі своїми собакою і зазначив, що до її вовни постійно прилипають якісь незрозумілі рослини. Статут постійно чистити собаку, інженер вирішив з'ясувати причину, через яку бур'яни прилипають до вовни. Дослідивши феномен, де Местраль визначив, що можливий завдяки маленьким гачкам на плодах нетреби (так називається цей бур'ян). Через війну інженер усвідомив важливість зробленого відкриття і крізь вісім років надійшло запатентував зручну «липучку» Velcro, що сьогодні широко використовується під час виготовлення як військової, а й цивільною одягу.

Природа відкриває перед інженерами і вченими нескінченні спроби з запозичення технологій й ідей. Раніше люди були здатні побачити те, що вони буквально перед носом, але сучасні технічні засоби і комп'ютерне моделювання допомагає хоч трохи з'ясувати, як влаштований світ довкола себе, і спробувати скопіювати потім із нього деякі деталі для потреб.

Поділіться рефератом Бионика як нова галузь науки

html-посилання на реферат
BB-cсылка на скачать реферат
Пряме посилання на завантажити реферат

Роботи схожі на Бионика як нова галузь науки

Слов'яни. Хто вони?
Тип роботи: реферат
Слов'янська народонаселення Перш що розмовляти про слов'ян як особливому етнічному об'єднанні, потрібно пояснити значення деяких этнолингвистических термінів.
Під терміном народ зазвичай розуміють 1) в лингвокультурном план
Завантажити
Мормони - хто вони й звідки вони?
Тип роботи: реферат

План роботи
Історія виникнення церкві і походження Книги Мормона. ___________________________________стор. 2
Основні доктрины._________________________стр. 10
Пристрій керівництва церкві і поділ священств
Завантажити
Впровадження нових комп'ютерних та інформаційних технологій у навчально-виховний процес
Тип роботи: реферат
Нині всіх рівнях системи освіти ведеться робота з переходу на профільне навчання. У Воронезької області розробити концепцію профільного навчання на 2003-2006 роки, розпочато роботу з її впровадження у шкільну практику. У Елань-Коленовской середньоЗавантажити
Сучасні вчені про радянізації республік Прибалтики
Тип роботи: доповідь
     Однією з найактуальніших проблем кануна Великої Великої Вітчизняної війни є історія радянізації республік Прибалтики, осуществившейся після підписання радянсько-німецьких угод 1939 р. У роки радянської історичної літературі виклад подій, що пЗавантажити
Мутації і призначає нові гени. Чи можна стверджувати, що вони служать матеріалом макроэволюции?
Тип роботи: курсова робота
Алекс Місячний
1. Макроэволюция — основне становище еволюційної теорії Поняття \"макроэволюция\" одна із наріжних опор еволюційної теорії, основи якої у обов'язковому порядку викладаються у межах природничонаукових дисциплі
Завантажити
Чому П'єра і князя Андрія може бути найкращими людьми їх часу
Тип роботи: твір
Аби жити чесно, треба рватися, плутатися, битися, помилятися, почати працювати і кидати, і знову починати працювати й знову кидати, й постійно боротись і позбавляться. А спокій - є душевна підлість.
Л. М. Толстой. 
На початку ХІХ
Завантажити