Bionikas sauklis: "Daba zina vislabāk." Kas tā par zinātni? Jau pats nosaukums un šāds moto liek saprast, ka bionika ir saistīta ar dabu. Daudzi no mums ikdienā saskaras ar bionikas zinātnes elementiem un rezultātiem, pat to nezinot.
Vai esat dzirdējuši par bionikas zinātni?
Bioloģija ir populāras zināšanas, ar kurām mēs tiekam iepazīstināti skolā. Nez kāpēc daudzi uzskata, ka bionika ir viena no bioloģijas apakšnodaļām. Patiesībā šis apgalvojums nav gluži precīzs. Patiešām, šī vārda šaurā nozīmē bionika ir zinātne, kas pēta dzīvos organismus. Taču biežāk mēs esam pieraduši ar šo mācību saistīt kaut ko citu. Lietišķā bionika ir zinātne, kas apvieno bioloģiju un tehnoloģijas.
Bioniskās izpētes priekšmets un objekts
Ko pēta bionika? Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums jāapsver pašas mācības strukturālais iedalījums.
Bioloģiskā bionika pēta dabu tādu, kāda tā ir, nemēģinot iejaukties. Tās izpētes objekts ir procesi, kas notiek bioloģiskajās sistēmās.
Teorētiskā bionika nodarbojas ar dabā redzēto principu izpēti un uz to pamata veido teorētiskumodelis, tālāk izmantots tehnoloģijās.
Praktiskā (tehniskā) bionika ir teorētisko modeļu pielietošana praksē. Tā teikt, praktiska dabas ievadīšana tehniskajā pasaulē.
Kur tas viss sākās?
Lieliskais Leonardo da Vinči tiek saukts par bionikas tēvu. Šī ģēnija ierakstos var atrast pirmos mēģinājumus dabas mehānismu tehniskajā iemiesojumā. Da Vinči zīmējumi ilustrē viņa vēlmi radīt lidmašīnu, kas spētu kustināt savus spārnus kā putnam lidojumā. Savulaik šādas idejas bija pārāk drosmīgas, lai tās būtu pieprasītas. Viņi pievērsa sev uzmanību daudz vēlāk.
Pirmais, kurš izmantoja bionikas principus arhitektūrā, bija Antoni Gaudi y Curnet. Viņa vārds ir stingri iespiests šīs zinātnes vēsturē. Lielā Gaudi projektētās arhitektūras struktūras to celtniecības laikā bija iespaidīgas, un pēc daudziem gadiem tās rada tādu pašu prieku mūsdienu vērotājiem.
Nākamais, kurš atbalstīja ideju par dabas un tehnoloģiju simbiozi, bija Rūdolfs Šteiners. Viņa vadībā sākās plaša bionisko principu izmantošana ēku projektēšanā.
Bionika kā neatkarīga zinātne tika izveidota tikai 1960. gadā zinātniskā simpozijā Deitonā.
Datortehnoloģiju un matemātiskās modelēšanas attīstība ļauj mūsdienu arhitektiem daudz ātrāk un ar lielāku precizitāti iemiesot dabas norādes arhitektūrā un citās nozarēs.
Dabiski tehnisko izgudrojumu prototipi
Vienkāršākaisbionikas zinātnes izpausmes piemērs ir eņģu izgudrojums. Pazīstams stiprinājums, kura pamatā ir vienas konstrukcijas daļas rotācijas princips ap otru. Šo principu gliemežvāki izmanto, lai kontrolētu savus divus spārnus un, ja nepieciešams, tos atvērtu vai aizvērtu. Klusā okeāna milzu gliemežu izmērs sasniedz 15-20 cm. Eņģes princips to čaumalu savienošanā ir skaidri redzams ar neapbruņotu aci. Mazie šīs sugas pārstāvji izmanto to pašu vārstu nostiprināšanas metodi.
Ikdienā mēs bieži lietojam dažādas pincetes. Asais un ērcei līdzīgais dzeguzes knābis kļūst par dabisku šādas ierīces analogu. Šie putni izmanto tievu knābi, lai to iedurtu mīkstā augsnē un izņemtu mazas vaboles, tārpus utt.
Daudzas mūsdienu ierīces un ierīces ir aprīkotas ar piesūcekņiem. Piemēram, tos izmanto dažādu virtuves iekārtu kāju dizaina uzlabošanai, lai tās ekspluatācijas laikā neslīdētu. Tāpat īpašie apavi augstceltņu logu tīrītājiem ir aprīkoti ar piesūcekņiem, lai nodrošinātu to drošu fiksāciju. Arī šī vienkāršā ierīce ir aizgūta no dabas. Koka varde, kam kājās ir piesūcekņi, neparasti veikli turas uz gludām un slidenām augu lapām, un astoņkājiem tās ir vajadzīgas ciešam kontaktam ar upuriem.
Jūs varat atrast daudz šādu piemēru. Bionika ir tieši tā zinātne, kas palīdz cilvēkam aizgūt tehniskos risinājumus no dabas saviem izgudrojumiem.
Kurš ir pirmais - daba vaicilvēki?
Reizēm gadās, ka šo vai citu cilvēces izgudrojumu daba jau sen ir "patentējusi". Respektīvi, izgudrotāji, kaut ko radot, nevis kopē, bet paši izdomā kādu tehnoloģiju vai darbības principu, un vēlāk izrādās, ka tāds dabā pastāv jau sen un varētu vienkārši palūrēt un pieņemt.
Tas notika ar parasto Velcro, ko cilvēks izmanto apģērba stiprināšanai. Ir pierādīts, ka putnu spalvu struktūrā tiek izmantoti arī āķi, lai savienotu savā starpā plānās bārdas, līdzīgi tiem, kas atrodami uz Velcro.
Rūpnīcas cauruļu struktūrā ir līdzība ar labības dobajiem kātiem. Caurulēs izmantotais gareniskais stiegrojums ir līdzīgs kāta sklerenhīmas joslām. Tērauda stingrības gredzeni - starplikas. Plānā āda kāta ārpusē ir spirālveida stiegrojuma analogs cauruļu struktūrā. Neskatoties uz konstrukcijas kolosālo līdzību, zinātnieki neatkarīgi izgudroja tieši šādu rūpnīcas cauruļu būvēšanas metodi un tikai vēlāk ieraudzīja šādas konstrukcijas identitāti ar dabas elementiem.
Bionika un medicīna
Bionikas izmantošana medicīnā ļauj glābt daudzu pacientu dzīvības. Nemitīgi notiek darbs pie mākslīgu orgānu radīšanas, kas spēj darboties simbiozē ar cilvēka ķermeni.
Dānis Deniss Aabo bija pirmais, kas pārbaudīja bionisko protēzi. Viņš zaudēja pusi rokas, bet tagad viņam ir iespēja uztvert objektus pieskaroties, izmantojot ārstu izgudrojumu. Viņa protēzesavienots ar skartās ekstremitātes nervu galiem. Mākslīgie pirkstu sensori spēj savākt informāciju par pieskaršanos objektiem un pārraidīt to uz smadzenēm. Dizains šobrīd vēl nav pabeigts, tas ir ļoti apjomīgs, kas apgrūtina tā lietošanu ikdienā, taču arī šobrīd šo tehnoloģiju var saukt par īstu atklājumu.
Visi pētījumi šajā virzienā ir pilnībā balstīti uz dabisko procesu un mehānismu kopēšanu un to tehnisko realizāciju. Šī ir medicīniskā bionika. Zinātnieku atsauksmēs teikts, ka drīzumā viņu darbi ļaus mainīt nolietotos dzīvos cilvēka orgānus un to vietā izmantot mehāniskos prototipus. Tas patiešām būs lielākais sasniegums medicīnā.
Bionika arhitektūrā
Arhitektūras un ēku bionika ir īpaša bionikas zinātnes nozare, kuras uzdevums ir arhitektūras un dabas organiska atkalapvienošanās. Pēdējā laikā arvien biežāk, projektējot modernas konstrukcijas, pievēršas bioniskiem principiem, kas aizgūti no dzīviem organismiem.
Mūsdienās arhitektūras bionika ir kļuvusi par atsevišķu arhitektūras stilu. Tā radās no vienkāršas veidlapu kopēšanas, un tagad šīs zinātnes uzdevums ir pieņemt principus, organizatoriskās iezīmes un tos tehniski īstenot.
Dažreiz šo arhitektūras stilu sauc par eko stilu. Tas ir tāpēc, ka bionikas pamatnoteikumi ir:
- meklējiet optimālos risinājumus;
- materiālu taupīšanas princips;
- maksimālās ilgtspējības princips;
- enerģijas taupīšanas princips.
Kā redzat, bionika arhitektūrā ir ne tikai iespaidīgas formas, bet arī progresīvas tehnoloģijas, kas ļauj izveidot mūsdienu prasībām atbilstošu struktūru.
Arhitektūras bionisko struktūru raksturojums
Balstoties uz iepriekšējo pieredzi arhitektūrā un būvniecībā, varam teikt, ka visas cilvēka struktūras ir trauslas un īslaicīgas, ja tās neizmanto dabas likumus. Bioniskajām ēkām, papildus pārsteidzošām formām un drosmīgiem arhitektūras risinājumiem, piemīt izturība, spēja izturēt nelabvēlīgas dabas parādības un kataklizmas.
Šajā stilā celto ēku eksterjerā saskatāmi reljefu, formu, kontūru elementi, ko projektēšanas inženieri prasmīgi kopējuši no dzīviem, dabas objektiem un meistarīgi iemiesojuši arhitekti-celtnieki.
Ja pēkšņi, apcerot kādu arhitektūras objektu, šķiet, ka skatāties uz mākslas darbu, tad ar lielu varbūtību jums ir bioniskā stila ēka. Šādu struktūru piemērus var redzēt gandrīz visās pasaules valstu galvaspilsētās un lielajās tehnoloģiski attīstītajās pilsētās.
Jaunās tūkstošgades celtniecība
90. gados Spānijas arhitektu komanda izveidoja ēkas projektu, pamatojoties uz pilnīgi jaunu koncepciju. Šī ir 300 stāvu ēka, kuras augstums pārsniegs 1200 m. Plānots, ka kustība pa šo torni notiks ar četrsimt vertikālu un horizontālu liftu palīdzību, kuru ātrums ir 15 m/s. valsts,piekrita sponsorēt šo projektu, bija Ķīna. Celtniecībai tika izvēlēta visblīvāk apdzīvotā pilsēta Šanhaja. Projekta īstenošana atrisinās reģiona demogrāfisko problēmu.
Tornim būs pilnībā bioniska struktūra. Arhitekti uzskata, ka tikai tas var nodrošināt konstrukcijas izturību un izturību. Konstrukcijas prototips ir ciprese. Arhitektūras kompozīcijai būs ne tikai koka stumbram līdzīga cilindriska forma, bet arī "saknes" - jauna veida bioniskais pamats.
Ēkas ārējais segums ir plastmasas un elpojošs materiāls, kas imitē koka mizu. Šīs vertikālās pilsētas gaisa kondicionēšanas sistēma būs līdzīga ādas siltuma regulēšanas funkcijai.
Pēc zinātnieku un arhitektu prognozēm šāda ēka nepaliks vienīgā. Pēc veiksmīgas ieviešanas bionisko struktūru skaits planētas arhitektūrā tikai palielināsies.
Bioniskas ēkas mums apkārt
Kādos slavenos darbos tika izmantota bionikas zinātne? Šādu struktūru piemērus ir viegli atrast. Veikt vismaz Eifeļa torņa izveides procesu. Ilgu laiku klīda baumas, ka šis 300 metrus garais Francijas simbols būvēts pēc nezināma arābu inženiera zīmējumiem. Vēlāk tika atklāta tā pilnīga līdzība ar cilvēka stilba kaula struktūru.
Papildus Eifeļa tornim visā pasaulē ir daudz bionisko struktūru piemēru:
- Sidnejas operas nams tika uzcelts līdzīgi lotosa ziedam.
- PekinaNacionālā opera - ūdens lāses imitācija.
- Peldēšanas komplekss Pekinā. Ārēji tas atkārto ūdens režģa kristālisko struktūru. Pārsteidzošs dizaina risinājums apvieno konstrukcijas lietderīgo spēju uzkrāt saules enerģiju un pēc tam izmantot to visu ēkā strādājošo elektroierīču barošanai.
- Aqua debesskrāpis izskatās kā krītoša ūdens straume. Atrodas Čikāgā.
- Arhitektūras bionikas pamatlicēja Antonija Gaudi māja ir viena no pirmajām bioniskajām būvēm. Līdz mūsdienām tas ir saglabājis savu estētisko vērtību un joprojām ir viens no populārākajiem tūrisma objektiem Barselonā.
Ikvienam vajadzīgas zināšanas
Rezumējot, varam droši teikt: viss, ko pēta bionika, ir aktuāls un nepieciešams mūsdienu sabiedrības attīstībai. Ikvienam vajadzētu iepazīties ar bionikas zinātniskajiem principiem. Bez šīs zinātnes nav iespējams iedomāties tehnoloģisko progresu daudzās cilvēka darbības jomās. Bionika ir mūsu nākotne pilnīgā harmonijā ar dabu.
