Бионика — достижение и перспективы

Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги (колеса, гусеницы и прочее не подходит для города). Но у кого копировать конструкцию ног, если не у животных?

В направлении создания прямоходящих двуногих роботов дальше всех продвинулись ученые из Стенфордского университета. Они уже почти три года экспериментируют с миниатюрным шестиногим роботом, гексаподом, построенным по результатам изучения системы передвижения таракана.

Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г. Сейчас конструкция бегает весьма шустро — со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду — и так же успешно преодолевает препятствия

Глава III. Выводы.

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.

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.

В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Например, термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры в 0,0010 C; электрический орган рыб (скатов, электрических угрей) воспринимает потенциалы в 0,01 микровольта, глаза многих ночных животных реагируют на единичные кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м3 (=1мкг/л).

Многие живые организмы имеют такие анализаторные системы, которых нет у человека. Например, у кузнечиков на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение. У акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры в 0,10 С. Устройство, воспринимающее радиоактивное излучение, имеют улитки, муравьи и термиты. Многие реагируют на изменения магнитного поля (в основном птицы и насекомые, совершающие дальние миграции). Есть те, кто воспринимает инфра — и ультразвуковые колебания: совы, летучие мыши, дельфины, киты, большинство насекомых и т. д. Глаза пчелы реагируют на ультрафиолетовый свет, таракана — на инфракрасный и т. д.

Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы, и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что у них есть две системы ориентации — дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя — по запаху (химизм прибрежных вод).

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. А сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. И бионика здесь занимает особое положение.

А во-вторых, в живой природе постоянство форм и структур биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями.

Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Их функционирование, как правило, периодично. Эта разница между природными и техническими системами очень существенна с инженерной точки зрения.

Архитектурная бионика сегодня, в начале 21 века, приобретает особое значение, так как рассматривает в совокупности систему «живая природа (среда) — архитектура (техника) — человек», благодаря чему социальная и техническая сферы получают возможность развиваться в гармоническом единстве с окружающей природой.

Полученные за три десятилетия результаты архитектурно-бионических исследований позволяют ставить чрезвычайно важные, принципиальные проблемы по-новому. Известно, что для решения всего объема инженерных, социально-функциональных и художественно-эстетических задач архитектуры необходим комплексный научно-художественный подход. И здесь бионический метод может обогатить творческий метод архитекторов не только «инженерными патентами «живой природы, что само по себе уже немало, не только многообразием пространственных форм, но и созвучными человеческой душе гармоническими образами, восходящими к вечной красоте природы.

Метод архитектурной бионики в отличие от чисто количественных, математических методов соединяет в одно целое абстрактное и конкретное — математические законы формы и ее эмоциональный образ, утилитарное и эстетическое. Он создает потенциальную основу для синтеза науки и искусства, что позволяет эффективно решать практические вопросы архитектуры.

В результате многолетних теоретических и экспериментально-проектных работ лаборатории Ю. С. Лебедева сложились основные направления развития архитектурной бионики как науки и творческого метода:

основные теоретические положения;

методология научно-исследовательской работы и методика архитектурнобионического моделирования;

история использования форм живой природы в архитектурной практике, в том числе в народном зодчестве;

проблемы формообразования живой природы;

вопросы обеспечения жизнедеятельности живых систем, термодинамические факторы;

явления природной стандартизации и унификации;

проблема использования в архитектуре природных проявлений гармонии — пластики, пропорций, ритмов, симметрии-асимметрии, тектоники, колористики и т. д.;

исследование тектонических форм живой природы, принципов их трансформации и способности природных конструкций накапливать упругую энергию;

вопросы гармоничного формирования архитектурно-природной среды (экологический аспект архитектурной бионики).

Каждое из направлений архитектурной бионики имеет относительно самостоятельное значение, однако все они нацелены на решение единой задачи совершенствования архитектурных форм, их гармонизацию. Основополагающим в архитектурной бионике является исследование взаимодействия функции и формы (содержания и формы), включая рассмотрение взаимодействия формы как объекта и окружающей среды Живые системы значительно многообразнее и сложнее технических конструкций. Биологические формы часто не могут быть рассчитаны из-за их необычайной сложности. Мы просто еще не знаем законов их формирования. Тайны структурообразования живых организмов, подробности происходящих в них жизненных процессов, устройство и принципы функционирования можно узнать лишь с помощью самой современной аппаратуры, что не всегда доступно. Но даже при наличии новейшей техники очень многое остается «за кадром». Бионика наступает. Быстрее, выше, сильнее!

Заключение

Рождение современной бионики было подготовлено развитием биологии, химии, физики, механики, математической логики, кибернетики и т. д. Особое место здесь занимает математическая логика — одно из средств, позволяющих связывать в количественных и качественных отношениях явления живой природы с явлениями в технике и в архитектуре.

То, что изучение «техники» природы может принести практическую пользу, уже не вызывает сомнений. Но интересна другая, познавательная сторона вопроса. Каким образом кажущаяся на первый взгляд далекой от техники живая природа стала для нее источником ценного накопления научного материала?

Философия диалектического материализма доказывает, что в мире все взаимообусловлено, нет вещей и явлений, которые бы не были связаны непосредственно или опосредованно между собой. Нет непроходимых барьеров между живой и неживой природой, что существуют законы, объединяющие весь мир в единое целое и порождающие объективную возможность использования процессов и связей элементов живой природы в искусственно создаваемых технических системах.

Список использованной литературы Асташенков П. Т., Что такое бионика. Серия «Научно-популярная библиотека»., М., Воениздат, 1963.

Брайнес С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968: Библиографический указатель по бионике, М., 1965.

Белоусова Ю.Б., Леонов М. В., «Бионика». 2002.

Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967.

Глушков В.М., Распознавание образов в бионике // Бионика.

М.: Наука. 1965.

Интернет-версия журнала «АОН» № 4, 1999, «Проблемы использования бионики в авиации», И. Азарьев Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968;

Крайзмер Л.П., Бионика. М.: Госэнергоиздат, 1962.

Лебедев Ю.С. «Архитектурная бионика» М.: Стройиздат, 1990. — 269с.

Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967;

Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963:

Парин В. В., Баевский Р. М., Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963;

www.bio-nica.narod.ru;

http://ru.wikipedia.org;

http://slovari.yandex.ru;

http://bio.1september.ru.

.

http://slovari.yandex.ru/

www.bio-nica.narod.ru

www.bio-nica.narod.ru

Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967

http://slovari.yandex.ru

http://slovari.yandex.ru

Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967

http://bio.1september.ru

Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967

http://bio.1september.ru

http://bio.1september.ru

Лебедев Ю.С. «Архитектурная бионика» М.: Стройиздат, 1990.

Лебедев Ю.С. «Архитектурная бионика» М.: Стройиздат, 1990.