Проект "Бионика. Изобретения природы и человека"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ГОРОДСКОЙ ОКРУГ «ДОЛИНСКИЙ»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 2» Г. ДОЛИНСК

694051 Сахалинская область, г. Долинск, ул. Хабаровская, д.13, тел. 2-71-98

Природа так обо всем позаботилась,

что повсюду ты находишь, чему учиться.  

                                                                               Леонардо да Винчи

Проектная работа

«Бионика. Изобретения

человека и природы»

Автор:

обучающийся 2 В класса

Краюшкин Артём,

Руководитель:

Урывская О.В.

2019 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Изучая в школе предмет «Окружающий мир» меня всегда   интересовало многое: почему вода – мокрая, почему день сменяет ночь, почему мы ощущаем аромат цветов, может ли человек летать как птица, плавать как рыба, как животные «узнают» о приближении шторма, о надвигающемся землетрясении, о грядущем извержении вулкана, можно ли создать искусственный разум?

         Вопросов «почему» очень много, часто на эти мои вопросы не могут сразу ответить даже взрослые. Для этого нужно обладать хорошими знаниями во многих областях: в физике и химии, астрономии и биологии, географии и экологии, в математике и технике, в медицине и космосе.

А существует ли наука, которая объединила бы в себе все, смогла бы сочетать несочетаемое? Оказывается – существует!

         Однажды ко мне в руки попала замечательная книга, которая называлась «Бионика». Мне стало интересно, что же означает это слово. Я начал изучать эту книгу и очень заинтересовался.

          Так появилась тема нашего проекта «Бионика. Изобретения человека и природа».

         Оказывается, что слово «БИОНИКА» состоит из двух слов «БИОлогия» и «техНИКА», что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня». Другими словами, открытия природы переносятся в область техники. А так как мы живем в современном мире, и нас окружают различные изобретения, то данная тема является достаточно актуальной.

Перед собой мы поставили цель: узнать, что изучает бионика и какое значение она играет в развитии научно-технического прогресса.

Поставленную цель, решали с помощью задач:

1. Подобрать и проанализировать соответствующую литературу по теме;

2. Найти факты, подтверждающие существование объектов, при проектировании которых использованы законы природы;

3. Расширить свои знания об уникальных свойствах природных организмов;

4. Провести анкетирование среди учащихся и учителей по теме «Бионика: изобретения, которые человек подсмотрел у природы»;
5. Создать мини-энциклопедию по данной теме.  

А, чтобы легче было работать, составили план:

1. Найти ответы на интересующие нас вопросы;
2. Выяснить факты, подтверждающие существование объектов, при проектировании которых использованы законы природы;
3. Сделать выводы по результатам анкеты;
4. Создать мини-энциклопедию.

Новизна: XXI век – век новых технологий. К сожалению, не все знают, что многие идеи технологий взяты людьми из природы.  

Практическая значимость данной работы заключается в использовании материалов работы на уроках Окружающий мир, факультативных курсах, занятиях внеурочной занятости в начальной школе при изучении тем «Что нас окружает?».

Практическая ценность работы заключается в том, что она будет полезна и интересна широкому кругу учащихся, и педагогов, так как все мы живем в природе по законам, которые она создала.  Человек должен лишь умело владеть знаниями, чтобы воплотить в технике все подсказки природы и раскрыть ее тайны.  

Работа состоит из введения, где обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и задачи проектной работы. Первая глава посвящена изучению теоретических вопросов истории и направлений бионики.  Приведены интересные примеры изобретений человека, основанные на величайших возможностях живой природы. Во второй главе освещаются результаты анкетирования по данной теме, а также рассказывается о создании альбома «Изобретения человека и природа». В заключении подведены итоги, сделаны выводы и намечена перспектива работы.

ГЛАВА I   ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ БИОНИКИ

1. Что такое бионика?

           Изучая литературу, мы узнали, что есть такая наука – бионика. Бионика - особое направление в науке и технике, цель которого – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники.

Работая со словарём С. И. Ожегова, нам удалось выяснить, что бионика - (от греч. Biōn – элемент жизни, буквально – живущий) - это   наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками – электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

           Соединение «БИОлогия» и «техНИКА» означает «учиться у природы технике завтрашнего дня», которая принесет большую пользу человеку и природе. Появление науки кибернетики способствовало более широкому изучению строения и функций живых систем. Это помогло выяснить их сходства с техническими системами, а также использовать полученные сведения о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов.

             Итак, мы узнали, что такое бионика.

2. История возникновения бионики.

           Формальной датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960. В Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум на тему «Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике», который официально закрепил рождение новой науки.

         Эмблемой бионики являются скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла. Скальпель — символ биологии, паяльник — техники, а интеграл объединяет обе отрасли науки. Девиз бионики – «Живые прототипы – ключ к новой технике». (Приложение 1)

Отцом бионики считается Леонардо да Винчи – известнейший изобретатель, ученый, художник, скульптор. (Приложение 1)

Еще в 15 веке он попытался создать летательный аппарат с машущими крыльями. (Приложение 1)

 Схемы его летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.  Правда, его изобретение (махолёт) в воздух так и не поднялось, но был сделан первый шаг, и это главное.

Таким образом, мы познакомились с историей возникновения бионики.

3. Направления  бионики

Сегодня бионика имеет несколько направлений.

Архитектурно-строительная бионика.

На протяжении всей истории человек в своей архитектурно-строительной деятельности сознательно или интуитивно обращался к живой природе, которая помогала ему решать самые различные проблемы. Например, хижина южноамериканских индейцев напоминает термитник.(Приложение 2)

          Человек постепенно развивался. Одновременно шло и усложнение архитектурных строений.

 Оформление колонн храмов Древнего Египта создавалось по аналогии с формами цветов лотоса и папируса. (Приложение 2)

А знания о строение стеблей злаков человек использовал для строения  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. (Приложение 2)

Группа ученых под  руководством известных испанские архитекторов М.Р. Сервера и Х. Плоз, 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 м на 100 м., а в самой широкой точке 166 м на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. (Приложение 2)

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. Это ещё один показательный пример бионики в действии. (Приложение 2)

  Нейробионика

            Все мальчишки  увлекаются  игрой в роботов. Почти все смотрели фильм про Терминатора или Рассомаху. Самые преданные  бионики это инженеры, которые конструируют роботов. Существует такая точка зрения, что в будущем роботы смогут эффективно функционировать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Разработчики - бионики исходят из того, что роботам придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческой» среде с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги, а колеса, гусеницы и прочее совсем не подходит для города. (Приложение 3)

Учеными создано искусственное сердце из биологических материалов.  Новое научное открытие может помочь многим людям.

Торжество бионики - искусственная рука. Ученым из Института реабилитации Чикаго удалось создать бионический протез, который позволяет пациенту не только управлять рукой с помощью мыслей, но и распознавать некоторые ощущения.(Приложение 3)

Техническая бионика.

Основоположник современной аэродинамики Н. Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить в воздухе. На основании исследования полёта птиц появилась авиация.

Ещё более совершенным летательным аппаратом в живой природе обладают насекомые. По экономичности полета, относительной скорости и маневренности они не имеют себе равных ни в живой природе. Идея создания летательного аппарата, в основе которого лежал бы принцип полёта насекомых, ждёт своего разрешения. Чтобы в полёте не возникали вредные колебания, на концах крыльев у быстролетающих насекомых имеются хитиновые утолщения. Сейчас авиаконструкторы применяют подобные приспособления для крыльев самолётов, тем самым устраняя опасность вибрации.

Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Наибольший интерес для техники представляет реактивный движитель кальмара. Движение кальмара создается за счёт выбрасывания струи воды через узкое сопло (воронку). Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, чем достигается изменение направление движения. Движитель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч, некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч. (Приложение 4)

Итак, изучив литературу по данному вопросу мы выяснили, что бионика имеет различные направления.

4. Изобретения человека, подсказанные природой.

Знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де
Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения.   Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах репейника. В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку». 

Присоски были изобретены при изучении осьминогов.

Паутинные нити – изумительное творение природы привлекли внимание инженеров.  Паутина явилась прообразом конструкции моста на длинных гибких тросах, положив тем самым начало строительству прочных красивых подвесных мостов.

     Сейчас разработан новый тип оружия, способный вводить войска противника в шоковое состояние с помощью ультразвука. Этот принцип воздействия был позаимствован у тигров. Рев хищника содержит ультранизкие частоты, которые хотя и не воспринимаются человеком как звук, оказывают на него паралитическое воздействие.

Игла-скарификатор, служит для забора крови, сконструирована по принципу, полностью повторяет строение зуба-резца летучей мыши, укус которой безболезнен и сопровождается сильным кровотечением.

Привычный нам поршневой шприц имитирует кровососущий аппарат – комара и блохи, с укусом которых знаком каждый человек.

Пушистые «парашютики» замедляют падение семян одуванчика на землю, точно также, как парашют замедляет падение человека.

          Муха одновременно видит не одно, а много изображений какого-либо предмета. Когда это предмет движется, то он как бы переходит от одного изображения в другое. А это дает возможность с большой точностью определять скорость движения тела.  После того, как принцип устройства  глаз мухи был изучен, инженеры  создали новый прибор - “глаз мухи”, предназначенный для определения скорости летящих самолетов.

         «Подводные лодки» в природе известны давно – это обычные рыбы, способные изменять свою плавучесть, впуская  газ в плавательный пузырь или выпуская его.

Почему белый лотос остается чистым, «живя» в болотной грязи? Секрет его загадочной чистоты разгадал   Бартлот. Он заметил, что лепестки белого лотоса были усеяны крошечными остриями. На таких остриях трудно удержаться частичкам пыли и грязи, и их легко смывают капли дождя. «Лотосовый эффект» использовали в краске, названной «Лотосан». Покрашенные ею стены не надо мыть в течение 5 лет.

            По надежности сложнейших устройств, по их чувствительности и способности приспосабливаться к новым условиям, с живыми организмами не могут сравниться даже самые совершенные механизмы. Для эффективного торможения на дорогах вспомнили о строении кошачьих лап, и инженерам удалось решить эту проблему, внеся изменения в конструкцию шин и форму профиля.

         Зубы змеи послужили прототипом игл для подкожных инъекций.

 Изучив медузу, удалось создать копию "барометра" и сконструировать систему, обладающую высокой чувствительностью. Прибор предсказывает шторм за 20 часов до начала.

   Изобретение анестезии в медицине способствовало наблюдение за осами. Осы впрыскивали нервнопаралитическое вещество в область нервных стволов пауку, полностью его парализуя, но не убивая его, который неподвижно лежал в осином гнезде до появления личинок и служил им кормом.        

            Мало кто знает, что состояние глубокой спячки многих мелких грызунов и насекомых в зимнее время, при котором замедляется обменный процесс в органах и тканях, помогло проводить операции на сердце и головном мозге. В это время осознанно переохлаждают тело человека для замедления обменных процессов в тканях и органах.

          Внутри скользящего замка застёжки-молнии находятся клинья, которые либо соединяют, либо разъединяют зубчики. Эти зубчики плотно и надёжно цепляются крючками друг за друга. Внутри скользящего замка застёжки-молнии находятся клинья, которые либо соединяют, либо разъединяют зубчики. Эти зубчики плотно и надёжно цепляются крючками друг за друга.

          Бобры перекрывают плотинами небольшие реки, создавая запруды, где сооружают хижины. Их дамбы настолько хорошо построены, что могут держаться веками. Люди возводят дамбы для создания больших искусственных водоёмов, содержащих миллионы литров воды. Эти огромные запасы воды используются в домах, на фабриках, заводах. (Приложение 5)

        Из вышесказанного можно сделать вывод, что природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей.

          Обобщая теоретический материал первой главы, мы пришли к выводу о том, что бионика очень интересная наука, которая имеет различные направления и учит использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники.

ГЛАВА II ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКОМ

2.1. Анкетирование учащихся.

            Изучив и проанализировав различную литературу по данной теме, с целью выяснить насколько учащиеся владеют информацией о том, что такое бионика, знают ли они какие изобретения подсказала человеку природа, мы составили и провели анкету. (Приложение 6)

    В анкетировании принимали участие учащиеся 2-ых классов (73 человека). Из результатов анкетирования (Приложение 7) видно, что

• 97% опрошенных не знают, что такое бионика, 3% - имеют представление о данной науке;
• 70% опрошенных хотели бы узнать, что изучает бионика;
• 63% опрошенных замечали сходство внешнего вида животных со свойствами и формой определённых изобретений человека;
• 77% опрошенных согласны, что множество примеров для своих изобретений человек позаимствовал у природы.  

В ходе опроса мы  наблюдали  повышенный интерес  и желание у ребят узнать подробнее об этой науке. Значит, тема нашей работы актуальна и полезна.  

2.2. Создание альбома

         Проведя анкетирование обучающихся второклассников, мы пришли к выводу, что ребята очень мало знают о такой науке как бионика. Работая над проектом, мы узнали о многих изобретениях человека, которые подсказала ему природа. Чтобы познакомить с ними ребят, мы решили создать альбом, в котором показали объекты природы и открытия, которые сделал человек на основе этого природного объекта. (Приложение 5)

Анализируя материал практической части работы, мы пришли к выводу о том, что, очень многое из того, что сделано руками человека, люди придумали не сами, а с «подсказкой» матушки-природы, Ученые продолжают исследовать объекты живой природы для того, чтобы почерпнуть свежие идеи для создания новых технических устройств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате  работы над проектом  мы установили, что бионика имеет огромное значение в жизни человека. Практически каждый ежедневно встречается с открытиями бионики и эти механизмы значительно облегчают жизнь человека, делают ее удобной и комфортной.  

В процессе выполнения нашей совместной работы была достигнута цель и решены все поставленные задачи.

В результате работы нам удалось не только выяснить, что же за наука бионика и  кто был её родоначальником, а так же описать её направления найти и осветить раннее неизвестные нам вопросы: какие изобретения «подсмотрел» человек у матушки-природы. Мы были приятно удивлены, узнав, что, многое что нас окружает, создано человеком при помощи животного мира. Теперь мы знаем, что природа хранит ещё множество загадок, гармония её творений всегда удивляла и будет удивлять мир человека. Человек – творец, искатель будет стремиться постигнуть эти тайны, а поняв, воспроизводить в технике, строительстве на благо живущего и будущего человечества

Для себя мы сделали вывод о том, что, человечество пытается присмотреться к методам природы, чтобы потом разумно использовать их в технике. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации. Современный человек должен не разрушать природу, а брать её за образец. Обладая разнообразием флоры и фауны, природа может помочь человеку найти правильное техническое решение сложных вопросов и выход из любой ситуации.

            Как показывает практика, потенциал неизученных секретов природы огромен. Не надо только бояться их изучать, не надо ограждаться от природы стенами построек, разрушая при этом наш общий дом.

На основании проделанной работы, можно сделать следующие выводы:

• Очень многое из того, что сделано руками человека, люди придумали не сами, а с «подсказкой» матери-природы.
• Ученые продолжают исследовать объекты живой природы для того, чтобы почерпнуть свежие идеи для создания новых технических устройств.
• Надеюсь, что мои идеи применения свойств живых объектов в технических изобретениях, окажутся полезными.

        Проект не ограничивается рамками одной работы.  Перспективу дальнейшей работы видим в следующем: продолжить поиск интересных фактов использования свойств природных явлений в технических открытиях. В настоящее время мы работаем над собственным открытием, как ещё можно использовать возможности природы для удобства человека. В дальнейшем планируем поделиться полученными результатами с обучающимися нашей школы.

В заключение хочется сказать о том, что мы не перестаем восхищаться и удивляться уникальности и совершенству всего сотворенного в мире природы!

        Любите свою планету, берегите животных и растения, которые окружают нас. Они откроют свои тайны!

ЛИТЕРАТУРА

Бионика в школе. Ц. Н. Феодосиевич, Г.И. Иванович, Киев, 1990.  

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

Живые приборы. Ю. Г. Симаков, М., 1986.  

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

Тайны бионики. И. И. Гармаш, Киев, 1985.  

ИНТЕРНЕТ - РЕСУРСЫ

- htth://www/cnews/ru/ news/ top / index . Shtml 2003/08/21/147736;

- bio-nika.narod.ru

- www.computerra.ru/xterra

-  http://ru.wikipedia.org/ wiki/Бионика

-  www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

-http://factopedia.ru/publication/4097

-http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

- http://novostey.com

- http://images.yandex.ru/yandsearch

-http://school-collection.edu.ru/catalog