мои статьи
статья на тему

Инженерная бионика и строительство.

С давних времен мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Людей всегда интересовало, можно ли, например, научиться летать, как птицы, или плавать под водой, как рыбы? Сначала человек только мечтал об этом: он придумывал сказки о волшебном ковре-самолете, о подводных царствах, где могут жить люди. С незапамятных времен люди пытались копировать внешний вид различных организмов при создании машин и устройств, подражать природе.

Древний философ Цицерон Марк Тулий говорил так: «Нет ничего более изобретательного, чем природа». Звери, рыбы, птицы “подсказывали” тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него “инженерные задачи”.

А современный человек, окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей, он снова идет “на поклон” к природе. Почему? Потому что и теперь, человек видит много преимуществ  в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравнению со всеми известными в науке. Именно с целеустремлённого “подглядывания” за природой родилась новая наука — бионика.

Био́ника (от греч. Βίον – элемент жизни, буквально – живущий) – прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники. В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от лат. bios – жизнь, и mimesis – подражание). Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.

Официальной датой рождения новой науки считается 13 сентября 1960 год, когда состоялся первый международный симпозиум на тему «Живые прототипы искусственных систем  - ключ к новой технике".

На всём протяжении истории человек в своей деятельности сознательно или интуитивно обращался к живой природе, которая помогала решать ему различные проблемы. Ещё крупнейший греческий философ – материалист Демокрит писал: «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам, а именно, мы ученики паука, подражая ему в ткацком и портняжных ремеслах, мы ученики ласточки в построении жилищ…» Это подражание отобразилось в частности во множестве произведений художников и архитекторов.

Архитектурная бионика — новое явление в архитектурной науке и практике. Сейчас, может быть, рано говорить о всех ее возможностях, однако имеющийся практический опыт в этом направлении у нас и за рубежом открывает широкие горизонты решения различных интересных архитектурных проблем с помощью патентов живой природы. Здесь и возможности поиска новых, функционально оправданных архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с одновременным использованием удивительных свойств строительного материала живой природы, и открытие путей реализации единства конструирования и создания архитектурных средств с использованием энергии солнца, ветра, космических лучей. Но, пожалуй, наиболее важным ее результатом может быть активное участие в создании условий сохранения живой природы и формировании гармоничного ее единства с архитектурой.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надёжности. 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 чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой.

Появлению необычных архитектурных стилей мы обязаны гениям от зодчества. Талант вечно в поиске. Доказательства этому встречаются на каждом шагу в виде памятников архитектуры, разбросанных по всему миру. На протяжении многих лет стили сменяют друг друга, каждый из них неповторим. Современность предлагает новый подход к архитектуре. Одно из новых направлений - бионика, заслуживает особого внимания.

Стремление к комфорту, к добротному, уютному и красивому жилью присуще человечеству с давних пор. Каждый из нас хочет, чтобы окружающее пространство входило в резонанс с его внутренним миром. Сейчас у каждого из нас есть шанс построить свой идеальный дом. Может это будет садовый дом с мансардой, как у героев Чехова. А возможно, коттедж с террасой в американском стиле. Важно то, что он может сочетать в себе все элементы удивительного архитектурного стиля - "бионическая архитектура". Закрученная форма природных конструкций - например, ракушек моллюсков подсказала архитекторам новую форму спиралевидной основы здания – турбосомы. Она аэродинамична, любые ветры лишь обтекают ее тело, не раскачивая и не принося никакого вреда. Турбосома может быть использована при строительстве высотных домов. Паутина явилась прообразом конструкции моста на длинных гибких тросах, положив начало строительству подвесных мостов.

Принципы построения природных конструкций из тонких натянутых нитей, а также конструкций из нитей с натянутыми между ними мембранами легли в основу вантовых конструкций. Прототипами для них послужили паутина, перепончатые лапы водоплавающих птиц, плавники рыб, крылья летучих мышей.

Сейчас многие столицы мира украшены зданиями в бионическом стиле. То там, то здесь возникают новые "живущие" сооружения. Голландия и Австралия, Китай и Япония, Канада и даже Россия могут похвалиться бионическими шедеврами.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Конец XIX — начало XX в., нашедший свое выражение в архитектуре «модерн» применяет природные принципы, приспосабливая их новым задачам архитектуры и окружающей среды. Большое влияние на использование средств природы на этом этапе оказали бурное развитие биологии и небывалые успехи строительной техники (например, изобретение железобетона и начало интенсивного применения металлических конструкций, керамики и т.д.).

Энергосберегающие здания, здания, вырабатывающие энергию являются перспективой бионики. Человечество всегда искало новые источники энергии. Энергия - это жизнь. Однако люди платят высокую цену за свою потребность в свете и тепле. Изменение климата, загрязнение атмосферы и радиоактивные отходы говорят о том, что современные методы использования энергии не соответствуют требованиям устойчивого развития. В настоящее время уже успешно разрабатываются и внедряются технологии, связанные с энергообеспечением: новые теплоизоляционные материалы, использование энергии солнца и ветра. Имеется опыт постройки «пассивных» домов. При этом эксплуатируется парниковый эффект, в результате чего солнечная энергия «пассивно» превращается в тепло. Нет необходимости постройки дорогого и занимающего много места центрального отопления. В принципе технологии строительства «пассивных» домов конкурентоспособный на сегодняшний день. В США, например, новые методы теплоизоляции дают на 40% энергии больше, чем вся американская нефтяная промышленность. Все больше появляется домов, обеспечивающих сами себя теплом, в Германии. Планируется, что к 2020 году доля подобного жилья составит в этой стране 15%.

Возможно, что в будущем экономия и обеспечение жилья энергией повлияют на формообразование построек (данные исследования проводит бионическая архитектура).

Бионика стремится максимально раскрыть назначение каждого помещения в жилище. Никакой взаимозаменяемости комнат. Спать нужно в спальне, готовить на кухне, а гостей принимать в гостиной. Каждая комната предназначена для отведённой ей роли и оборудована для этого с наибольшим комфортом. Дом не будет иметь привычной геометрической формы. Скорее он будет напоминать объект живой природы. Мягкие плавные линии стен, окон, перетекая друг в друга, создадут ощущение движения. Внутри органического дома создаётся впечатление волшебного мира, поскольку этот архитектурный стиль предусматривает обилие света во всех комнатах. Зачастую используются цветные стёкла, поэтому и свет может быть необычного оттенка. Одновременное чувство движения и покоя - вот, пожалуй, главное достоинства дома, выполненного в органическом стиле. Под разными углами зрения неуловимо меняется и само помещение.

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. Эйфелева башня и берцовая кость.

Немало замечательных сооружений в далеком прошлом человек создал, копируя архитектурные формы растительного мира.

Вспомните знаменитые Кижи. Их купола напоминают луковицы. Храм Василия Блаженного... тот же главный ствол, от которого кверху и в сторону идет разветвление и размельчение форм. Удивительное родство приемов! Словно зодчие договорились об общности своих творческих принципов. Немало замечательных сооружений в далеком прошлом человек создал, копируя архитектурные формы растительного мира.

Сегодня современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в Шанхае - дом «Кипарис».

В Австралии - здание Сиднейской оперы.

 Монреале - здание Всемирного выставочного комплекса, Японии - музей плодов  Дом Наутилус (Nautilus House) в Мехико – одно из тех сооружений, которое регулярно входит в списки «самых странных домов мира». На самом деле, его архитектор Хавьер Сеносиан всего лишь хотел быть ближе к природе.

На создание своего архитектурного шедевра Сеносиана вдохновила раковина головоногого моллюска наутилуса, единственного представителя в своем роде, имеющего наружную закрученную спиралью раковину. Сама строительная конструкция создана из армоцемента – так называют мелкозернистый бетон, который перемешан со стальными сетками. Как и слизь, армоцемент очень пластичен и, пока не застынет, способен принимать любые формы. В то время, как в застывшем виде это невероятно прочный материал.

У дома немало закругленных углов, винтовых лестниц, разноцветных витражей и зеленых насаждений, которые очень органично вписываются в окружающее их пространство. Почти все внутренние помещения словно плавно перетекают один в другой, из холла можно пройти в домашний кинотеатр, оттуда подняться по винтовой лестнице и попасть в кабинет, где можно полюбоваться видом на живописные окрестности. От любопытных глаз спрятаны только спальни, кухня и санузлы – они находятся в задней части дома.

 Дом-дельфин в Санкт-Петербурге

Останкинская башня (Москва, Россия).

Прообраз башни — перевернутая лилия, цветок с крепкими лепестками и толстым стеблем. По первоначальному проекту у башни было всего четыре опоры, но позже их число увеличили до десяти.

Кафедральный собор Иконы Божией Матери «Знамение» Курского Знаменского Богородицкого мужского монастыря (1816-1826). Цицерин в книге «О природе богов» писал: «Что может быть красивее того тела, которое единственно вмещает в себе все другие, которое не может иметь ни шероховатостей, ни острых узлов, ни кревизны, ни выступов, ни впадин?» Это сказано о шаре, купол – его часть.

Это лишь малая часть того, что можно рассказать о стиле, созданном для человека, стремящегося раскрыть свой внутренний мир, душевный и духовный потенциал. Теперь и архитектура берёт на себя эту непростую задачу.

Список литературы:

1. В.Б.Захаров, С.Г.Мамонтов,В.И.Сивоглазов Биология Общие закономерности, учебник для 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений, М.:"Школа-Пресс", 1996, стр 600-604
2. Общая биология/под ред. Д.К. Беляева, Г.М. Дымшица и А. О. Рувимского. М: Просвещение, 2000.
3. В. Мартека. Бионика. М., Мир, 1967.

Используемые ЦОР: 

http://techvesti.ru/node/1319 Бионика в архитектуре

http://www.vashdom.ru/articles/bionika.htm  Антон Винник, Бионика-строй

http://www.visual-form.ru/article/004.html Д.Козлов Архитектурная бионика в 21 веке

http://www.dom-udachi.ru/articles/47 Дом удачи

http://painting.artyx.ru/books/item/f00/s00/z0000008/st001.shtml Имитация жизни

http://abc.vvsu.ru/Books/arhitektonika/page0009.asp Архитектоника объемных форм.

Бормотова Елена Сергеевна

Преподаватель биологии КМТ