Методическая разработка Конференция «Бионика: учимся у природы»
методическая разработка на тему

Методическая разработка

Конференция «Бионика: учимся у природы»

Учебная дисциплина: биология, экология, физика, химия

Выполнила: Косенко Ольга Вячеславовна,

Преподаватель биологии и химии

ГБПОУ СО «Ершовский агропромышленный лицей»

2016 г.

Содержание

1. Пояснительная записка.
2. Методическая разработка конференции «Бионика: учимся у природы».

Список использованной литературы.

1. Пояснительная записка.

В числе ведущих метапредметных образовательных результатов в ФГОС выделено непосредственно формирование у обучающихся основ культуры исследовательской и проектной деятельности, навыков разработки, реализации и общественной презентации обучающимися результатов исследования, предметного или межпредметного учебного проекта, направленного на решение научной, личностно и социально значимой проблемы.

Основная задача методической разработки: показать возможность межпредметной интеграции дисциплин естественно – научного цикла в практической реализации знаний (новые направления, возникшие как результат взаимодействия биологии с другими науками), в теоретическом изучении (явления природы как «природные патенты»), и практическом использовании (ознакомить с идеями и некоторыми результатами бионики).

Данный проект позволяет развивать интерес обучающихся к изучению биологии, физики, экологии и других наук, творческое мышление школьников, умение приобретать знания из различных источников, анализировать факты, инициировать исследовательскую деятельность обучающихся, делать обобщения, высказывать собственные суждения, задумываться над загадками природы, и искать тропинку к истине.

2.Методическая разработка конференции «Бионика: учимся у природы»

Цели: 

показать возможности науки по решению сложных технических проблем научного и технического прогресса;

познакомить с диапазоном исследовательской деятельности ученых;

заинтересовать обучающихся изучением тайн живого.

Задачи: 

обучающие: развитие познавательного интереса к предметам естественно - научного цикла; включение обучающихся в познавательную деятельность, приобретение определенных знаний, умений, навыков по бионике;

        воспитательные: формирование общественной активности личности, гражданской позиции, культуры общения и поведения в социуме;

воспитывать бережное отношение к природе;

развивающие: развивать аналитическое мышление, умения выделять существенные признаки, умение производить  классификацию фактов, развивать умение обобщать и делать выводы; 
развитие личностных свойств – коммуникативности, самостоятельности, ответственности, активности, аккуратности; формирование потребности в самопознании, саморазвитии.

Метапредметные  результаты проекта

Регулятивные УУД:

понимать проблемы, сформулированную преподавателем;

описывать проблемную ситуацию;

самостоятельно анализировать условия достижения цели, на основе выделенного учителем ориентиров действия в новом учебном материале;

понимать и принимать цель, сформулированную преподавателем;

с помощью преподавателя формулировать задачи, соответствующие целям проекта;

планировать пути достижения целей;

осознанно управлять своим поведением и деятельностью, направленной на достижение поставленных целей;

адекватно самостоятельно оценивать правильность выполнения действия и вносить необходимые коррективы в исполнение, как в конце действия, так и по ходу его реализации;

самостоятельно контролировать свое время и управлять им.

Коммуникативные УУД :

устанавливать и сравнивать разные точки зрения, аргументировать свою точку зрения, отстаивать свою позицию;

адекватно использовать речевые средства для дискуссии и аргументации своей позиции;

вступать в диалог, а также участвовать в коллективном обсуждении проблем;

следовать морально-этическим и психологическим принципам общения и сотрудничества на основе уважительного отношения к партнерам, внимания к личности другого.

Познавательные УУД:

давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения;

структурировать материал, объяснять, доказывать, защищать свои идеи;

работать с разными источниками биологической информации: находить биологическую информацию в различных источниках (тексте учебника, научно-популярной литературе, биологических словарях и справочниках, интернет-ресурсах),

строить логическое рассуждение, включающее установление причинно-следственных связей;

анализировать и оценивать информацию, преобразовывать информацию из одной формы в другую;

использовать составляющие исследовательской и проектной деятельности по изучению организмов;

           выделять эстетические достоинства живых организмов;

признавать высокую ценность жизни во всех проявлениях;

знать основные  принципы и правила отношения к живой природе,

Методы и формы: Обучение строится на основе сотрудничества; учитываются индивидуальные особенности обучающихся. В ходе проведения мероприятия предусматривается использование инновационных и традиционных методов и форм: словесных (информирование, обсуждение), информационно – коммуникационных (работа с заданиями, текстом; поиск информации в ИНТЕРНЕТ, формирование умений работать с информацией, принимать оптимальные решения.), проектно - исследовательских. Обучающиеся работают в группах, индивидуально, коллективно (подготовка и презентация мини-проектов). Предполагается равноправное взаимодействие всех участников.

В подготовке конференции использованы 2 вида проектов.

1. Информационные поисковые проекты, предполагающие сбор и   анализ информации, подготовку и защиту выступления.

2.   Исследовательские, нацеливающие обучающихся на глубокое изучение  проблемы, защиту собственных путей ее решения

       Этапы работы над   мини-проектами: 

1. Проблематизация (выявление проблемы, постановка вопроса: Как? Каким образом?).

2. Целеполагание (цель – проектный продукт).

     3. Планирование (формирование рабочих групп, формулирование задач – шагов для достижения цели, определение способов, которыми эти задачи будут решаться, обсуждение возможных источников информации, их достоверности, составление графика выполнения проекта).

Тема: Архитектурно-строительная бионика (мини-проект).

Проблема: Какие принципы структурной организации живих организмов можно использовать в строительстве сооружений?

Цель: Показать применение «патентов природы»  в строительстве и архитектуре.

Задачи:

          1.Что такое архитектурно-строительная бионика?

2. Изучить конструкции природы,которые использует человек в строительстве:

- строение стебля злаковых (изучить физико-механические принципы

строения стебля злаковых на микропрепарате «Поперечный срез стебля ржи»);

        - строение головки берцовой кости человека (по рисункам и схемам);

           - строение раковин брюхоногих моллюсков  моллюсков (натуральные      объекты).

          3.Сделать вывод об использовании природных конструкций в строительстве и архитектуре.

          Продукт мини-проекта: презентация

Тема:От птицы к самолету (мини-проект).

                Проблема: Что человек позаимствовал у птиц?

Цель: показать ,какие приспособления птиц к полету человек может использовать  в создании летательных аппаратов.

Задача: Изучить, какие особенности внешнего строения  птиц сделали полет привычным и легким ( исследовательская работа с натуральными объектами: чучела птиц,перья).

    Продукт мини-проекта: презентация

4. Реализация проекта (самостоятельная работа учащихся в группах, обсуждение заданий, исследовательская работа, консультации с преподавателем ).

5.Презентация работы.

Конференция - защита полученных результатов и выводов,  после этого делается общий вывод : Природа может помочь нам найти правильное техническое решение довольно сложных вопросов. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации. И главная задача каждого человека беречь природу как источник вдохновения и идей.

6. Самооценка и рефлексия.

После конференции проводилась рефлексия-оценка всего проекта  по критериям:

 «Самый оригинальный проект»

«Самый интересный проект»

«Самый иллюстрированный проект»

«Самый научный проект»

План

Конференции «Бионика: учимся у природы»

1. История бионики. Основные направления бионики.

2. Архитектурно-строительная бионика (мини-проект).

3 Моделирование живых организмов в технике.

     3.1.От птицы к самолету (мини-проект).

3.2. Живые локаторы.

3.3. Можно видеть тепло?

3.4. Живая гидравлика.

3.5. Живые сейсмографы.

3.6. Кожа - скороход.

3.7. Бионика и транспорт.

1 История бионики (слайд1-4)

«Изучение и наблюдение природы породило науку».

                                                                                                 Цицерон

«Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться».

                                                                                                Леонардо да Винчи

«Самый умный, элегантный и гибкий дизайн уже созданный природой. Мир невероятно сложный, взаимосвязанный и при этом прекрасно продуманный ».

                                                                                                 Джанин Бенюс

Бионика - наука, возникшая на стыке кибернетики, биофизики, инженерной психологии.

 Бионика - наука об использовании в технике, архитектуре и дизайне знаний о конструкции и форме, принципах и технологических процессов живой природы. Основу бионики составляют исследования по моделированию живых систем.

         У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

         Бионика, как самостоятельная наука относительно молодая. Она зародилась в 1960 году на международном симпозиуме в Детройте(США). Первые работы по бионики начали появляться в США и СССР в начале семидесятых. В том же 1960, термин «бионика» был введен психиатром и инженером Джеком Стилом, чтобы обозначить «науку о системах, в которых есть некоторая функция, скопирована из природы». Бионика вошла в словарь Вебстера в 1960 в качестве науки, «что касалось применения данных о функционировании биологических систем к решению технических проблем». В 1982 году появился термин «биомимикрия», который в 1997 был популяризованный ученым и писателем Джанин Бенюсом. Бенюс предлагает смотреть на Природу как на "Модель, Меру, и Наставник"

 Впервые "бионикой" стали заниматься в эпоху бурного расцвета Возрождения после средневекового застоя, когда такие гениальные ученые, как Леонардо да Винчи, обнаружили аналогию между творением человека и природы, и показали, что имитация или использование моделей природы может дать технические преимущества. Известно, что полет птиц или плавание рыб привели великого художника по мнению первых планеров, парашютов, подводных лодок.

 Важным моментом в истории бионики было развитие механики, основу которой заложил английский физик Исаак Ньютон (1642-1727) в работе "Математические начала натуральной философии". Его механика была дополнена законом Гука (1635-1703), который стал основой техники, фундаментом рационального проектирования машин и механизмов.

Основные направления бионики(слайд 6-7)

 Основные направления работ по бионики охватывают следующие проблемы:

• исследование морфологических, физиологических, биохимич еских особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей;

• исследование органов чувств и других систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;

• изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

• изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);

Также в бионике выделяют: архитектурно-строительную бионику, техническую бионику, бытовую бионику, текстильную бионику и нейробионику.

(слайд 8) Техническая бионика - изучает форму биологических объектов, естественное покрытие, способы соединения частей скелета для решения технических инженерных задач.

Примеры: обтекаемая форма подвижных механизмов - машин, самолетов, подводных лодок, скоростных поездов - позволяет уменьшить сопротивление воздуха (воды) и расход топлива (современные новейшие автомобили используют 3л топлива на 100 км пути); специальное покрытие корпуса позволяет увеличить скорость, скрыть от радаров.

(слайд 9)  Бытовая бионика воспроизводит форму, запах, дизайн природных объектов в изделиях повседневного обихода.

Примеры: ковровое покрытие - травяной газон; плафоны светильников - цветы или медузы; форма отдельных частей мебели или декора; растительный орнамент обоев и текстиля; фасоны одежды, освежитель воздуха или моющие средства с растительным запахом, и тому подобное.

           (слйд 10)  Бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже "запатентовано" природой. Такое изобретение XX века, как застежка "молния", была сделана на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

(Другое знаменитое заимствования сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1948 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее айд 11) постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк) .Йому пришла в голову мысль использовать принцип «прилипання» для создания застежки нового вида. Восемь лет ушли на разработку этой идеи, Мистраль растерял почти всех друзей и превратился в объект насмешек. Но ему удалось спроектировать хлопчатобумажную ленту, одна часть которой ворсистая, а другая покрыта мелкими пластиковыми крючками. Соединяясь, они скреплялись быстро и крепко, как бы прилипают друг к другу. Это породило название «липучка». А официальное производственное название этой застежки «велкро» образовалось от слияния первых слогов двух французских слов «vel» (velvet) - Велвет и «cro» (crochet) - крючок. Изобретение было запатентовано в 1955 году, а уже к концу 50-х годов текстильные фабрики производили до 540 млн. метров этой тесьмой в год.

(слайд 12) Свифт в своей знаменитой книге о Гулливера вспоминал ученых, работающих над тем, чтобы научиться создавать ткани из паутины. Несколько лет назад ученые смогли проанализировать ДНК пауков и создать искусственный аналог шелковидной паутины - кевлар, используемый в пуленепробиваемых жилетах. Кевлар отличается прочностью (при равном весе прочнее алюминия и стали), лучше противостоит разрушению, вибрации и распространению трещин, прекрасно держит ударные нагрузки. Ткань из кевларового волокна по конструкции похожа на стеклоткань, но в отличие от нее не требует какой-либо специальной обработки. Инженеры могли использовать такой материал, если бы у него был довольно долгий уровень распада, для ремней парашюта, кабелей висячего моста, искусственных святок в медицине и многих других целей.

2. Архитектурно-строительная бионика (мини-проект) (слайд 13-21)

Архитектурно-строительная бионика изучает строение скелета, костей, стебли, цветов, и тому подобное и  воплощает в строительных конструкциях и зданиях. В процессе социального развития человек в своей деятельности нередко обращалась к живой природе. Великий зодчий эпохи Возрождения Ф. Бруннелески в качестве основы для конструирования купола Флорентийского собора использовал скорлупу птичьего яйца.

Яркий пример архитектурно-строительной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и 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 схожа с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли.

Вспомним изобретение Густава Эйфеля, который еще в 1889 году сконструировал модель Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых первых примеров применения бионики. Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Германа фон Мейера. За 40 лет к созданию в Париже башни профессор исследовал костную структуру головки берцевой кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустава. При этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Фон Мейер увидел, что головка кости покрыта сеткой миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка перераспределяеться по кости.

Листья некоторых растений меняет форму: одни сворачиваются в трубочку, другие образуют причудливые короба, т.е. закручиваются в спираль. Это дает им возможность выдерживать больше нагрузки. Такой процесс быстрого преобразования биоформы в технике называется трансформацией.

Вот такая трансформация подсказала итальянским архитекторам идею железобетонного автодорожного моста новой конструкции - полураскрытого травяного листа. Прочность, красота, легкость этого сооружения взята из природы.

А взять пчелиные соты. Они состоят из бесконечного количества шестиугольных призм. Размещаются они параллельно рядами. Это идеальная модель очень вместительной монолитной конструкции. Секрет ее в рациональном строении восковых чашечек. Такая форма обеспечивает в строительстве наименьшие затраты строительного материала.

Существует отдельное направление архитектуры - разработка с создания биожилищ, как замкнутых, экологически безопасных систем со всеми современными удобствами.

«Наутилус», странное жилье (домом это назвать сложно) в форме улитки, которое спроектировал дизайнер Хавьер Сеносиен, является фантасмагорическим соединением художественных экспериментов и упрощенного стиля жизни .

В природе существует такой микроскопический организм, как радиолярии. Исследовав ее Ле Рекол придумал и применил ряд различных перекрытий от мостов до плотин. Есть даже вероятность, что такие способы строительства в будущем будут использоваться в космосе. И это не фантастика. Это будущее очень близко! Наука не стоит на месте.

         В Амстердаме есть мост и называется он "Питон" благодаря своей змеевидно форме. Виадук Мийо - путевой мост, проходящий через долину реки Тарн вблизи города Мийо в южной Франции.

3. Моделирование живых организмов в технике.

3.1.От птицы к самолету (мини-проект).( слайд 22-28)

         Подняться в небо — давняя мечта человека. Легенды и документы сохранили нам историю борьбы человека за овладение воздушной средой. От мифического Икара и великого Леонардо до безвестных крепостных и ремесленников тянется цепь попыток преодолеть силу земного притяжения.
Совершенно естественно, что в поисках секретов полета человек всегда обращался к птице. Однако попытки подражать птицам были заранее обречены на неудачу. Успех пришел только тогда, когда человек отказался от принципа машущего крыла и разработал другой тип полета — полет на неподвижных крыльях. На этом пути давно уже перекрыты все рекорды птиц. Самолет летает выше, быстрее и дальше. Казалось бы, машущий полет — пройденный этап. Однако получилось наоборот. Успехи авиации и развитие аэродинамики вновь вызвали в последние годы повышенный интерес к машущему полету. Полет птиц обладает такими качествами, как необычайная маневренность, надежность, безопасность, экономичность, которые пока еще недостижимы в авиации.
Но не только практические задачи авиастроения вновь пробудили интерес к машущему полету. В последние годы больших успехов добилась бионика, молодая наука, изучающая принципы построения и работы живых организмов и использующая эти принципы в технике. Бионические исследования в аэродинамике позволили создать теоретические основы машущего полета. Они открыли принципиально новые явления в области полетов с неустановившимся движением и позволили вскрыть сложные механизмы управления этими полетами. Исследования обогатили классическую аэродинамику новыми фактами и позволили объяснить многие явления, необъяснимые в рамках стационарной теории.
В чем же принципиальное различие полета птицы и самолета?

Прежде всего в том, что крыло птицы совмещает функции двигателя и собственно крыла. Оно одновременно создает и тягу и подъемную силу. Во время махов вниз более подвижная, кистевая часть крыла перекручивается и как бы ввинчивается в воздух, увлекая за собой птицу. Одновременно на плечевой части крыла за счет поступательного движения возникает подъемная сила.
Второе и, пожалуй, более существенное различие состоит в том, что летательный аппарат птицы в отличие от самолета не имеет жестких аэродинамических характеристик. Эти характеристики постоянно меняются на различных режимах полета и даже в течение одного маха. Изменяя площадь несущих поверхностей, угол атаки крыла, его профиль, поверхность лобового сопротивления и центр тяжести, птица рефлекторно управляет потоком обтекания, все время создавая наиболее эффективный режим работы крыла. Этой же цели служат и различные приспособления, которые автоматически регулируют пограничный слой воздуха, предотвращая появление завихрений и увеличивая подъемную силу. Сюда можно отнести микрорельеф поверхности крыльев: «крылышко» (устройство, аналогичное предкрылку самолета), разрезную вершину крыла, механизм перекручивания маховых перьев и ряд других приспособлений.
Полет птиц явление не только физическое, но прежде всего биологическое. Нельзя понять механику полета, не учитывая его биологическую сторону. В жизни птиц полет играет необычайно важную роль. Полет — это поиск пищи и мест для гнездования, способ охоты и способ бегства. Как и любое другое проявление жизнедеятельности, полет является результатом сложного комплекса морфо-экологических приспособлений к определенным условиям существования. Под воздействием этих приспособлений и в строгом соответствии с основным жизненным назначением полета формируется летательный аппарат и летные качества у каждого конкретного вида птиц. Разнообразие, а порой противоречивость этих формообразующих условий, сложность всех биологических взаимосвязей в жизни птиц порождают большое различие в строении летательного аппарата, а также разнообразие типов форм и режимов полета, которые мы наблюдаем в природе.
Кроме обычного прямолинейного машущего полета, птицы могут планировать, парить, пикировать, трепетать на месте. Они могут лететь, едва шевеля крыльями, а могут работать ими с недоступной для глаз быстротой, могут делать незначительные взмахи, а могут так глубоко опускать и поднимать крылья, что те будут хлопать друг о друга.
Каждая птица, как правило, пользуется несколькими типами полета, в зависимости от ситуации, тем не менее можно заметить, что каждая птица в большей степени использует какой-то один тип полета, наиболее полно отвечающий потребностям того вида, к которому она принадлежит. (слайд Так, например, для лесных птиц характерен энергичный маневренный полет. Эти птицы почти никогда не пользуются парением. Полет среди препятствий, частая смена направлений требует кратковременного создания большой подъемной силы. Этому соответствует и конструкция крыла. Оно широкое, с хорошо развитым «крылышком», которое предотвращает срывы воздуха при больших углах атаки. Для них характерна также разрезная вершина крыла, которая увеличивает подъемную силу за счет перекручивания маховых перьев. Каждое перо в этом случае работает как маленькое крыло. В связи с высоким лобовым сопротивлением такого крыла полет лесных птиц требует большой затраты энергии, поэтому у лесных птиц хорошо развита мускулатура крыла и сердца.
(слайд Для открытых пространств — степей, океанов, гор, где всегда есть движение воздуха, характерны птицы-парители. Они имеют гораздо большие по площади крылья, чем лесные птицы. У них длиннее несущая часть крыла и короче «крылышко». Хвост имеет меньшие размеры, так как управление полетом осуществляется в основном крыльями. Поскольку парение — самый экономичный тип полета и требует наименьших затрат энергии, мышцы крыла и сердце птиц-парителей слабее, чем у птиц, пользующихся машущим полетом. (участники проекта презентуют результаты исследований – таблица «Приспособления птиц к полету»)

Первым примером применения бионики были эксперименты братьев Отто и Густава Лиллиенталей (Германия, 1893), исследовавших крылья крупных птиц с инженерной точки зрения. Базируясь на полученных данных, они построили первый летающий планёр, имеющий профиль крыла, как у птиц, и опубликовали книгу «Полёт птиц как основа искусства летать». Кстати, автор «Мёртвой петли», знаменитый капитан Нестеров, очень любил голубей. Любуясь полётом этих прекрасных птиц, он и решил повторить этот поразительный трюк в воздухе.

 3.2. Живые локаторы. (слайд 29-31)

 Еще перед второй мировой войной инженеры разработали и реализовали принцип радиолокации. Создатели радиолокатора и не думали, что многие технические задачи, с которыми им пришлось столкнуться, «развязаны» природой миллионы лет назад, что между одним из самых творений инженерного гения - радиолокатором и крохотным летающим зверьком есть нечто общее. Не знали об этом и зоологи. Они знали только, что летучие мыши прекрасно ориентируются в полной темноте. Но как? Это оставалось загадкой, над которой задумался выдающийся биолог и физиолог XVIII в. Ладзаро Спалланцани. Именно он впервые сумел установить, что ночное видение летучих мышей связано не с работой их глаз, а с функцией органа слуха и ротовой полости. Каким образом? Ответить на этот вопрос не смог. И только после второй мировой войны американский ученый Дональд Гриффин, основываясь на идеях локации, разработанных инженерами, а также на физических понятиях звука и ультразвука, доказал, что загадка Спалланцани объясняется наличием в летучей поразительных по своей совершенства органов эхолокации.

Летучие мыши подробно представляют себе картину окружающего: размеры, перемещения и даже текстуру своего добычи, когда летают в ночном небе. Многие насекомоядных могут ориентироваться и охотиться в полной темноте. Но как же они это делают? В летучей очень сильная мускулатура гортани, которая создает большое натяжение тугих и тонких голосовых связок, поэтому в гортани летучей возникают высокочастотные колебания воздуха, которое называется ультразвуком (до 75 тыс. Колебаний в секунду, что выше порога человеческого слуха).

Летучие мыши используют технику эхолокации - выпускают звуковые сигналы и точно оценивают отраженный звуковой сигнал с помощью слуха. Их высокочастотный сонар использует частоты в ультразвуковом диапазоне.

Малая бурая ночница (вид летучей мыши) вооруженная настолько острым слухом, что может поймать двух комаров с полсекунды. Эта насекомоядных летучих мышей, обитающих на территории России, может в полете с помощью ультразвука определять и избегать объекты не толще человеческого волоса. Есть фантастическим и то, как рыбоядные, летучие мыши могут хватать мелких рыбок, проплывающих у поверхности, ориентируясь только по волнам, возникающая от движения рыбок.

Используя ультразвуковой локатор для охоты добычи, летучие мыши часто сами становятся объектами охоты. Совы слышат ультразвук. Имея на крыльях особое бахрому, они летают абсолютно бесшумно, и ничто не мешает им слышать ультразвуковые голоса летучих мышей.

 Ориентация отраженными звуками обнаружена и у китообразных. Как показали эксперименты, дельфины не только точно локализуют источник звука, но и с помощью своих высокочастотных сигналов и эха, что возвращается к ним, получают точную информацию об окружающих предметах, расстояние до них, поэтому ищут корм в мутных средах и на значительных глубинах даже ночью .

 Так со значительным опозданием, уже после того, как инженеры открыли принцип локации, был выяснен и исследован его «протопип» в живой природе. Но это вовсе не означает, что дальнейшее изучение локационного аппарата летучей можно прекратить. Ведь этот аппарат не только высокоточный и надежный, но и энергетически экономический, миниатюрный и очень легкий. Характерная для него изменение режима работы в зависимости от обстоятельств важна с точки зрения экономии энергии и может быть хорошим прототипом для решения е одной нелегкой инженерной задачи - создание локаторов с переменным режимом работы, своего рода адаптивных локаторов.

3.3. Можно видеть тепло?(слайд 32)

 Люди давно заметили, что змея, кобра и другие виды ядовитых змей даже ночью безошибочно целится в свою жертву. Подробно изучив строение головы змеи, ученые выяснили, что на ее морде есть микроскопические отверстия, ведущие в терморецепторний орган, расположенный на голове, несколько ниже глаз. Его обладательнице с помощью такого приспособления удается чувствовать разницу температур буквально на одну стотысячную долю градуса. Терморецепторы кожи человека могут различать лишь десятые доли градуса. Термолокатор гремучей змеи высокочувствительный: он реагирует на сигналы, мощность которых составляет миллионные доли Вт.

 Сейчас ученые и инженеры детально исследуют принцип термолокации змей. Создаются термолокаторы, подобные естественным.

 Самая простая модель термолокатора - термопары. Еще чувствительнее прибор можно изготовить на основе свойств полупроводников изменять свое сопротивление при нагреве. Термистор очень чувствителен: человека, который зажег сигарету, он обнаруживает на расстоянии полукилометра.

 Следует отметить, что инженерам удалось сконструировать инфракрасные детекторы, которые имеют значительно большую чувствительность, чем детекторы змей. Но из этого не следует, что уже нет необходимости изучать термолокаторы змей. Дело в том, что созданная человеком система видения в темноте, это сложное электронно-оптическое устройство значительной массы и объема. Поэтому интерес к расшифровке змеиного «теплового глаза"  не ослабляется.

 А пока «патент» расшифровывается, принцип термолокации все шире применяется в технике и быту. Создана специальная служба тепловидения. Она приходит на помощь там, где обычными приборами трудно заметить изменения. Например, под слоем дерна горит торф. Вот тут и приходит на помощь служба тервидения. Приборы чутко фиксируют всякую изменение температуры среды данного участка по сравнению с окружающей и определяют не только наличие пожара, но и ее центр.

 О приближении холодной погоды заблаговременно сигнализируют человеку пчелы. Если зима ожидается холодная, они заделывают глазок улия, оставляя в нем едва заметное отверстие; когда же глазок открыто, это значит, что будет теплая зима.

 Еще об одном «живом гигрометре». Рассказывают, что однажды в ясный солнечный день Исаак Ньютон вышел на прогулку и встретил пастуха. Пастух советовал ученому вернуться домой, если он не хочет попасть под дождь. Ньютон не послушался и уже через полчаса промок до нитки. Ньютон заинтересовался, откуда пастух узнал, что будет ливень. Тот объяснил, что ему помог баран: вид его шерсти предупредил о приближении дождя.

3.4. Живая гидравлика (слайд 33)

         Все, наверное, видели паука, но мало кто знает, сколько тайн имеет это создание. Пауки хорошие предсказатели погоды, и ученых очень интересуют эти «барометры».

Пауки влияли на отдельные события, имевшие историческое значение. Когда французская армия поздней осенью 1794 года вступила на землю Голландии, местные жители открыли шлюзы и затопили дороги. Путь вперёд французам был, казалось, заказан. И правда, они готовились отступить. Но вдруг командующий приказал остановиться. И подсказкой послужило… поведение пауков. Один из генералов заметил, что пауки с удвоенной энергией плетут паутины – так бывает перед сухой, холодной погодой. И восьминогие “барометры” не ошиблись. Вскоре установились морозные дни, воду в каналах сковал лёд, и завоеватели двинулись дальше.

Возможно, в память об этом император Наполеон носил перчатки из необычайно тонкой и прочной ткани, вытканной из… паутины. Говорят, он загорелся было даже оснастить французский флот паутинными парусами и канатами. Однако, увы, слюны пауков всего мира (а именно из неё рождается паутина) для этого не хватило бы. Хотя сама по себе идея неплоха. Сейчас, скажем, парусные полотнища изготовляют из нейлона и дакрона – материалов, своими свойствами напоминающих паутинное полотно.

 Самое удивительное в пауков - их конечности, которые абсолютно не имеют мышечных волокон. Однако пауки бегают и довольно быстро.

Ученые с удивлением установили, что ноги паука - это очень своеобразный гидравлический привод, жидкостью для которого ... кровь. Подсчитано, что за очень короткое время, почти внезапно, паук может повысить свое кровяное давление на полатмосферы. На вопрос, каким образом пауку это удается, инженерам ответила физика. Это достигается тем. что пауки очень резко меняют объем полости своих лапок, а по физике известно, что с уменьшением объема увеличивается давление. Но как паук умудряется молниеносно уменьшать и так же быстро увеличивать объем полости кавычек, люди до сих пор понять не могут.

 А понять хотелось бы. Ведь можно было бы сконструировать машину с такими «ногами».

 Человек пытается не только понять природу, она подражает ее. Так был создан вездеход-паук .

Шестиногий дизельный агрегат-вездеход  по имени "Mantis" весит 1900 килограмм, достигает почти трех метров в высоту и приводится в движение 2,2-литрового турбодизеля. Передвижение ног производится с помощью гидравлики, в точности как у паука. Сердце паука нагнетает кровь в специальные каналы, управляющие движением ног. И в машине есть специальные насосы, нагнетающие по системе трубопроводов машинное масло, которое, в свою очередь, приводит в движение механические “ноги”.

Машина-паук может найти применение для переноса грузов внутри помещений, обследование сельскохозяйственных и лесных угодий, в поисковых геологических партиях. Такая машина может работать и на дне моря, и на других планетах.

 Идея шагающих механизмов не так уж и нова. Еще в прошлом веке знаменитый российский ученый П.Чебышев предложил конструкцию шагающей машины, «ноги» которой были точной копией ног кузнечика. Но в то время его идея не нашла применения.

 В наше время шагающие механизмы широко применяются во всем мире.

3.5. Живые сейсмографы(слайд 34)

 Давно известно, что птицы, рыбы, насекомые очень чутко и безошибочно реагируют на изменения погоды. Низкий полет ласточек предвещает грозу. По скоплению медуз у берега рыбаки узнают, что можно отправляться на промысел, море будет спокойным.

 Также медуза, по много часов узнает о приближении шторма. Оказывается, у медузы есть инфраухо. Оно позволяет ей улавливать недоступные для человеческого уха инфразвуковые колебания (частотой 8-13 Гц), которые хорошо распространяются в воде и приходят за 10-15 ч до шторма.

 Инфраухо медузы - это стебелек, расширенное на конце. В этом расширении, похожем на колбу и наполненном жидкостью, плавают камешки, которые опираются на заключение нерва. Жидкость в колбочке колеблется с определенной частотой. Частота колебаний жидкости в колбочке и частота колебаний воды в океане разные. При приближении шторма частота колебаний воды в океане меняется, и в определенный момент времени частоты колебаний жидкости в колбочке и воды в океане совпадают. Наступает резонанс: амплитуда колебания жидкости в колбочке увеличивается, вследствие чего камешки приводятся в движение и раздражают нервные окончания. При этом возбуждение передается в нервный центр. Так медуза узнает о приближении шторма и спешит переместиться в открытое море, чтобы не быть выброшенной на берет или разбитой о скалы.

 Используя принцип действия «уха» медузы, сотрудники кафедры биофизики МГУ имени М. В. Ломоносова создали автоматический прибор - предсказатель бури. Аппарат имитирует «ухо» медузы, имеет рупор для улавливания колебаний воздуха частотой 10 Гц, резонатор, который пропускает именно эти частоты и отсеивает случайные, пьезодатчик для преобразования принятых сигналов в импульсы электрического тока, усилитель и измерительный прибор. С помощью этого аппарата теперь можно узнавать о приближении шторма в 15 часов,

Замечательный «синоптик» - лягушка. Она имеет тонкую и чувствительную систему, которая реагирует на малейшие атмосферные изменения. Эту особенность лягушки издавна используют африканские племена. Местные жители заметили, что перед началом сезона дождей древесная лягушка выходит из воды и вылезает на деревья для откладывания икры. Если «прогноз» лягушек, окажется только приблизительным, икра высохнет и потомство погибнет. Но ошибки в предсказании случаются чрезвычайно редко. Дело в том, что у лягушки кожа быстро обезвоживается, поэтому лягушка, если предполагается тепло, сидит в воде. Во влажную погоду, перед дождем, она вылезает на поверхность: обезвоживание теперь ей не грозит.

3.6. Кожа - скороход.(слайд 35)

Образцом новых плавательных костюмов от Speedo стала кожа акулы, которая в ходе эволюции стала состоять из особых рифлёных чешуек. Благодаря им акулья кожа стала такой гладкой, что рыба весом почти в тонну свободно скользит в воде, почти не встречая сопротивления среды. В соответствии с этим образцом плавательные костюмы были оснащены тысячами искусственных чешуек. Спортсмены, надевавшие их, проплывали 100-метровку в среднем на 1,5 секунды быстрее, чем их настолько же сильные конкуренты в обычных костюмах.

Пораженные чемпионы признаются, что в бассейне у них было чувство, будто они плывут вниз с горы. Секрет успеха в том, что этот костюм развивался в течение миллионов лет: эволюция сделала за Speedo их работу. Технологи скопировали свой топ-продукт у природы и усовершенствовали его с помощью компьютера

Вскоре эти исследования дополнились работами ученых, изучающих плавание дельфинов. Последние способны развивать в воде скорость до 56 км/ч, сопровождая часами и даже днями быстроходные корабли. Расчеты показали, что для достижения такой скорости мышцы дельфинов должны быть в 10 раз мощнее, чем они есть на самом деле. Однако оказалось, что точно воспроизведенная по весу и форме тела модель дельфинов, получающая равную тягу, плывет гораздо медленнее живого дельфина. При этом было замечено, что вокруг живого дельфина возникает струйное течение, не переходящее в вихревое. Обтекание модели дельфина было турбулентным, и, вынужденная преодолевать турбулентность со значительной затратой сил, она перемещалась гораздо медленнее. Секрет высокой скорости движения дельфина разгадали советские ученые В.Е. Соколов и А.Г. Томилин с сотрудниками.

        Это глиссер. По форме корпуса он похож на дельфина. Глиссер красив и быстро катается, имея возможность, натурально, по-дельфиньи играть в волнах, помахивая плавничком. Корпус  сделан из поликарбоната. Мотор при этом очень мощный. Первый такой дельфинчег был построен компанией Innespace в 2001 году

Дельфин в родной стихии . Оказалось, антитурбулентность дельфина обеспечивается особенностями строения кожи. Его эпидермис очень эластичен и напоминает лучшие сорта автомобильной резины. Он состоит из тонкого наружного и лежащего под ним росткового (шиловидного) слоев. В ячейки росткового слоя входят упругие сосочки дермы, точно зубцы резиновой щетки для замшевой обуви. Эпидермис и сосочки дермы особенно развиты в лобной части головы и на передних краях плавников, где давление воды максимальное. Ниже сосочков дермы располагаются коллагеновые и эластиновые волокна, а между ними – жир. Все вместе действует подобно демпферу, предотвращающему турбулентность и срыв потока. Под давлением подкожный жир меняет форму клеток, а затем восстанавливает ее. Буферность кожи достигается еще и упругостью коллагеновых и эластиновых волокон. Благодаря этим приспособлениям поток, обтекающий тело дельфина, остается ламинарным – линейным, без завихрений. Кроме того, на упругой коже дельфинов имеется специальная смазка, обладающая водоотталкивающими свойствами. Поэтому тело дельфина при движении в воде как бы катится по шарикоподшипникам, обеспечивая еще одно преимущество, заменой трения скольжения на трение качения.

Когда же дельфины достигают максимальной скорости, и их тело не в состоянии погасить вихри ни демпферными, ни гидрофобными свойствами кожи, кожный покров сам начинает совершать волновые движения в виде складок, продвигающихся по туловищу. Эти волнообразные складки кожи не только гасят вихри, но и уменьшают силу трения в срединной и хвостовой частях тела животного.

Что же позаимствовали инженеры из этих сведений?

В 1960 г. немецкий инженер М.Крамер изобрел мягкие оболочки «ламинфло» из двух и трех слоев резины толщиной 2,3 мм. При этом гладкий наружный слой имитировал эпидермис кожи, эластичный средний с гибкими стержнями и демпфирующей жидкостью был аналогичен дерме с коллагенами и жиром, а нижний выполнял функции опорной пластины. Демпфирующая жидкость, перемещаясь между стерженьками, гасила вихри в слое воды ближайшем к корпусу модели. При этом торможение снижалось наполовину, скорость увеличивалась вдвое. А затем подтвердилась возможность снижать сопротивление воды на 40–60%.

Р.Пелт (США), выстлав внутреннюю поверхность трубы имитатором дельфиньей кожи (уретановая смола на полиэфирной основе), получил снижение потерь давления при перемещении жидкости на 35%. Тем самым возникла реальная возможность экономично перекачивать на сотни тысяч километров по трубам воду, сжиженные горючие газы, спирт, патоку, жидкие удобрения, гранулы (в виде смеси с водой в соотношении 1:1), кормовую пасту, помидоры и другие овощи, даже живую рыбу.

3.7. Бионика и транспорт.(слайд 36-37)

Японские инженеры и биологи установили в результате многочисленных экспериментов, что форма тела кита совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское китообразное судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъемность остались теми же.

Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пинг-он». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности и «Пингвин» механический.

Китайский автопроизводитель Chery, вдохновленный рыбой - кузовком, предложил новую модель - семейный седан под названием Bonus. Инженеры компании утверждают, что автомобиль был создан по всем правилам бионики - например, решетка радиатора полностью повторяет форму кита, а фары ассоциируются с глазами орла.

В Японии функционируют саме быстрые в мире электропоезда, которые движутся со скоростью более 322 км / ч. Эти поезда имеют лучшие показатели безопасности, однако существует одна проблема, которая беспокоит инженеров много лет. В японской системе железных дорог существует множество туннелей. Когда поезд проезжает такой тоннель на высокой скорости, он сдавливает воздух перед двигателем. Когда поезд выезжает из тоннеля, этот воздух выходит наружу, создавая мощный звук, напоминающий раскат грома или сверхзвуковой хлопок. Стекло в окружающих домах начинают дрожать, а люди просыпаются от громкого звука. В Японии действуют строгие законы по звукового загрязнения, поэтому инженеры - разработчики долго искали решение этой проблемы «туннельного бума». И они нашли удивительный ответ в природе.

Решение предложил проектировщик, который также оказался членом организации, занимающейся охраной местообитаний диких животных, воздуха, воды, заболоченных районов. Основываясь на том, как птицы переходят из одной среды в другую - из воздуха в воду - с минимальным сопротивлением, он смоделировал носовой обтекатель нового сверхскоростного экспресса по типу клюва обычного зимородка. В результате удалось достичь не только значительного уменьшения шума, но и 15-процентную экономию на затратах энергии.

Сегодня новые поезда имеют долгую, заостренную, футуристическую на вид переднюю часть. Даже углубленные фары поезда смоделированы по форме клюва зимородка.

В результате скорость экспресса возросло на 10 процентов, а энергопотребление сократилось на 15 процентов. Вдобавок к этому, давление воздуха при движении поезда снизилось на 30 процентов. Сейчас, проходя через туннель поезд уже не создает такого шума.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (слайд 38-39)

Как мы видим, мир природы неистощимый на творчество. Задача человека выбирать все полезное, целесообразно, перенести его в свою жизнь, но так, чтобы не навредить ни себе, ни потомкам, ни природе

Человек, благодаря современным технологиям, может создать аналог биологического решение за несколько лет, в то время как в самой природы на это пошли тысячелетий. Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд. Бионика следует принципам жизни природы которые учат нас: стройте из возобновляемого; используйте свою силу и свободную энергию; приспосабливайте и развивайте способности натуральных материалов. Следуя этим принципам, на самом деле очень легко создавать продукты и осуществлять процессы, которые были бы максимально приспособленными к существованию в современных условиях и позволили бы сохранить планету здоровой.

Природа - постоянный источник новых идей! Животные всегда, во все века и тысячелетия, были друзьями и помощниками людей, ученых и практиков. С их помощью человек открывал, открывает и будет открывать все новые и новые завесы над многочисленными тайнами природы.

Список использованной литературы.

1 Доктор Карл Шукер. Удивит. способ. животных. О. В. Иванова, И. Г. Лебедев, перевод на русский язык, 2000. ООО “ТД Изд-во Мир книги”, 2006.

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

3 Ю.Г.Симвков. Живые приборы. М.: 1986.

4 И.И.Гармаш. Тайны бионики. Киев: 1985.

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

           6. http://www.nkj.ru/archive/articles/19076/