Архитектурная бионика Презентацию подготовила Шалина Наталья Михайловна. Архитектурная бионика Выразительные средства архитектуры бионика презентация

1 слайд

БИОНИКА “БИОлогия” и “техНИКА” прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов, свойств, функций и структур живой природы

2 слайд

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы: 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); исследование органов чувств и других воспринимающих 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; исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

3 слайд

Различают: биологическую бионику - изучающую процессы, происходящие в биологических системах; теоретическую бионику - строящую математические модели этих процессов; техническую бионику - применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

4 слайд

Взаимосвязь природы и техники люди начали бережнее относится к природе, пытаясь присмотреться кеё методам, с тем чтобы разумно использовать их в технике. Эти методы могут служить образцом для развития промышленных средств, безопасных для окружающей среды. Природа как эталон - и есть бионика. Понимать природу и брать её за образец – не означает копировать. В прошлом отношение человека к природе было потребительским, техника эксплуатировала и разрушала природные ресурсы. Но постепенно Однако 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.

5 слайд

электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

6 слайд

Кибернетика Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.

7 слайд

Архитектурная бионика 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 Это новое явление в архитектурной науке и практике. Здесь и возможности поиска новых, живой природы и формировании гармоничного ее единства с архитектурой.

8 слайд

Моделирование живых организмов 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.

9 слайд

Сегодня бионика имеет несколько направлений: Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

10 слайд

Архитектурно-строительная бионика В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

11 слайд

Нейробионика Нейробионика - научное направление, изучающее возможность использования принципов строения и функционирования мозга с целью создания более совершенных технических устройств и технологических процессов. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

12 слайд

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 сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли.

13 слайд

Первые примеры Бионики Почти любая технологическая проблема, которая встает перед дизайнерами или инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами. Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукт и распространяют зерна. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости. Специалисты по бионике рассуждают именно таким образом. Когда они сталкиваются с некоей инженерной или дизайнерской проблемой, они ищут решение в «научной базе» неограниченного размера, которая принадлежит животным и растениям.

14 слайд

15 слайд

Группа, 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".

16 слайд

Присоски Осьминог: осьминог изобрёл изощрённый метод охоты на свою жертву: он охватывает её щупальцами и присасывается сотнями, целые ряды которых находятся на щупальцах. Присоски помогают ему также двигаться по скользким поверхностям, не съезжая вниз. Технические присоски: если выстрелить из рогатки присасывающейся стрелой в стекло окна, то стрела прикрепится и останется на нём. Присоска слегка закруглена и расправляется при столкновении с преградой. Затем эластичная шайба опять стягивается; так возникает вакуум. И присоска прикрепляется к стеклу.

17 слайд

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. В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. Как известно, человек перемещается путем «падения» с одной ноги на другую и большую часть времени проводит на одной ноге. В перспективе ученые из Стенфорда надеются создать двуногого робота с человеческой системой ходьбы.

18 слайд

Крыши, отталкивающие воду Важную роль при строительстве домов играет крыша, которая должна защищать помещения здания от попадания воды. Кокон из яйца паука Паук изготовляет тонкую «накидку» из водонепроницаемого материала, чтобы защитить отложенные яйца. Этот кокон величиной с кулак имеет форму колокольчика и открывается снизу. Он состоит из того же материала, что и нити паутины. Конечно, он не соткан из отдельных нитей, а представляет собой единую оболочку. Она прекрасно защищает яйцо от непогоды и влажности. Плащ Когда мы выходим на улицу в дождь, то надеваем водонепроницаемый плащ или берем с собой зонтик. Как с кокона яйца паука с защитной пленкой, с искусственного материала стекает вода, в результате чего человек не промокает.

19 слайд

Исследователи из Bell Labs (корпорация Lucent) недавно обнаружили в теле глубоководных губок рода Euplectellas высококачественное оптоволокно. По результатам тестов оказалось, что материал из скелета этих 20-сантиметровых губок может пропускать цифровой сигнал не хуже, чем современные коммуникационные кабели, при этом природное оптоволокно значительно прочнее человеческого благодаря наличию органической оболочки. Скелет глубоководных губок рода Euplectellas построен из высококачественного оптоволокна

20 слайд

Густав Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости

21 слайд

Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем. Костная структура головки бедренной кости

22 слайд

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль (Georges de Mestral) в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заметил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дурнишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «липучку» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении не только военной, но и гражданской одежды. Плод дурнишника прицепился к рубашке

• (от греч. biōn - элемент жизни, буквально - живущий) - наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов

• Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов.

• Создание моделей требует не только проведения специальных уточняющих исследований на живом организме, но и разработки специальных методов и средств для реализации и исследования сложных моделей

Формальным годом рождения бионики принято считать 1960 г .

Учёные-бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом « Живые прототипы – ключ к новой технике »

• Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.

• В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи, неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера - летательный аппарат тяжелее воздуха с машущими крыльями.

• Из современных учёных можно назвать имя Осипа М. Р. Дельгадо. С помощью своих радиоэлектронных приборов он изучал неврологическо-физические характеристики животных. И на их основе пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами

Направления бионики

Архитектурно-строительное

Нейробионика

Направления бионики

• Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности

• Яркий пример архитектурно-строительной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений.

• В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже "запатентовано" природой.

• Такое изобретение ХХ века, как застежки "молния« было сделано на основе строения пера птицы, а "липучки" – прототип плодов репейника

• В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям.
• Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей

• Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений

• Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике - это разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека; создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме "человек - машина"

Применение знаний бионики

• Особенность передвижения насекомых была заложена японскими биониками в созданного им робота.

Такой робот используется в поисковых работах на развалах или в горных районах. Он помогает искать людей под завалами.

• Изучив структуру кожного покрова дельфинов, бионики создали уникальную обшивку для кораблей. Военные корабли с такой обшивкой способны развивать скорость на 20 % выше, чем обычные

• Помимо теории ученый-бионик - хороший практик и аналитик. Он должен обладать нестандартным, креативным мышлением. Бионик не берет свои идеи из воздуха. Он черпает их из природы, создавая технические аналоги органических систем.

• Бионика играет большую роль в жизни человека. Это одна из самых быстроразвивающихся наук нашего времени, мощный ускоритель научно-технической революции. Она обещает неслыханный расцвет производительных сил человечества, новый взлет науки и техники

Вернуться к содержанию.

Идеальную по прочности форму изобрела природа для тонкой яичной скорлупы. В ней также нагрузка из одной точки передается на всю ее поверхность. Но своеобразие этой конструкции не только в особой геометрической форме. Несмотря на то, что толщина скорлупы равна примерно 0,3 мм, она состоит из 7 слоев, каждый несет свою определенную функцию. Слои не расслаиваются даже при самых резких изменениях температуры и влажности, представляя собой яркий пример совместимости материалов с различными физико-механическими свойствами. Повышенную прочность яичной скорлупе придает еще тонкая эластичная пленка, которая превращает скорлупу в конструкцию с предварительным напряжением. С развитием городов и ростом населения перед строителями встала задача проектирования больших по размеру зданий без тяжелых трудоемких покрытий и промежуточных опор. Поэтому легкие и прочные, тонкостенные и экономичные природные сводчатые конструкции заинтересовали архитекторов. Принцип конструкции этих оболочек лег в основу создания легких, большепролетных стальных и железобетонных покрытий различной кривизны, которые нашли широкое применение при строительстве спортивных комплексов, кинотеатров, выставочных павильонов и т. д. Основное качество таких покрытий – легкость, и чем больше пролет, тем легче купол. В современных постройках толщина купола измеряется миллиметрами, и получили такие купола название оболочек-скорлуп. Примерами таких конструкций являются кровля выставочного павильона в Париже, напоминающая лепесток цветка, она перекрывает без опор пролет более 200 м, крыша выставочного павильона в Ереване, купол цирка в Казани, крыша торгового центра в Челябинске, имеющая вид оболочки двоякой кривизны, покрывающей без единой промежуточной опоры площадь более гектара.

«Молекулярная биология» - Строение гена у про- и эукариот. Состоит из 9 нуклеотидов. Ген – определение, классификация. Ген. Вывод. С.Бензер Эксперименты на бактериофаге Т4, поражающем кишечную палочку. Цистронная организация гена. Молекулярная организация гена эукариот (схематически). Ген - элементарная (неделимая) структурно-функциональная единица наследственности.

«Биология развития» - МОДЕЛИ МНОГОРЯДНОСТИ, построенные комбинированием слайсов. Дефекты решеток. И.М. Сеченова РАН, С. Петербург [email protected] http://members.tripod.com/~Gensav. Дисклинационный рисунок мозаики. Трансформации мозаик. Различия геометрии и топологии мозаик. 3-D организация пласта с гистионом состава АВ2.

«Органическое вещество почвы» - Содержание: Радиоуглеродное датирование органического вещества (ОВ) почв. Выбор "датирующей" фракции и поиск "инертного" углерода. Величина омоложения органического вещества почв на разной глубине (в %. за 100 лет) в разных зонах. Возраст фракций гумуса гумусовых горизонтов некоторых почв Русской равнины.

«Фитотоксичность почвы» - Ключевые участки. Район Левого берега (улица Маяковского). Коэффициент фитотоксичности по фасоли соответствует результатам опыта по кукурузе. Задачи. Объект исследования. Выводы. Гипотеза. Экологический проект Определение фитотоксичности почв города Магнитогорска методом проростков. Цель работы. Коэффициент фитотоксичности в разных районах города различен.

«История развития биологии» - Рост – увеличение размеров и массы. Общая биология – наука об общих законах и закономерностях, присущих живой природе. Общие свойства живых организмов». 9 класс. Биология – как наука. История науки. История развития биологии. Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов – клеточное строение.

«Биологические препараты» - Подтверждение биоэквивалентности ещё не свидетельствует о терапевтической эквивалентности сравниваемых препаратов. 22. Учитывая особенности препаратов биологической природы. The rules governing medicinal products in the European Union. Чем отличаются биопрепараты от других ЛС? Органы здравоохранения должны решать вопрос взаимозаменяемости.

Всего в теме 14 презентаций

Бионика (от греч. bion - элемент жизни, буквально - живущий) - наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Сторонники бионики считают, что всякое природное создание будь то дерево или птица представляет собой оптимальную структуру с точки зрения выживания и функциональности.

Постройки в бионическом стиле выходят из правильной геометрии. Природные формы объекта будят воображение. Стены подобны живым мембранам. Благодаря меняющимся вогнутым и выпуклым поверхностям стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена не просто перегородка, она живет подобно организму.

Первые попытки использовать природные формы в строительстве предпринял Антонио Гауди – удивительный испанский архитектор. И это был прорыв! Парк Гуэля, или как говорили раньше "Природа, застывшая в камне", Дом Батло, Дом Мила - ничего подобного избалованная архитектурными изысками Европа, да и весь мир, еще не видели. Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле. дом-дворец Гуэль в Барселоне

Он всю жизнь был увлечен средневековьем, и любимым образом его был огнедышащий дракон. Именно это страшное, сделанное из изогнутых металлических прутьев существо охраняет вход в дом-дворец Гуэль (). Используя новые конструкции - облегченные своды, наклонные опоры, параболические арки и пластику перетекающих объемов - воссоздавать в своих сооружениях тектонику органических форм природы.

Рядом он создает "город-сад» - чудо-парк, который теперь называют "шуткой гения". Домик привратника здесь похож на застывшую лаву. А в линиях "бесконечной скамьи" чувствуется ритмика набегающих одна на одну морских волн. Повсюду можно увидеть высеченные из камня цветы и деревья.

Кажется, что его здания не построены, а вылеплены. Застывшую вулканическую лаву или скелеты каких-то неведомых животных напоминает построенный по проекту Гауди в годах дом Батло.

Уникален не только внешний вид, но и конструкции каждой из квартир в доме Мила, который сооружался по проекту Гауди в годах. В нем нет ни одного прямого угла, а окна и балконы напоминают вырубленные пещеры. Когда находишься внутри, кажется, что ощущаешь течение самого времени. Крышу этого дома украшают каменные цветы.

Основатель вальдорфской педагогики, немецкий философ Рудольф Штайнер в 1913 году создает модель здания Гетеанума, в строительстве которого участвовали представители разных народов Европы, в том числе представители русской интеллигенции (Андрей Белый, Максимилиан Волошин, Ася Тургенева и др.). Но это здание погибло в пожаре. В 1924 году по его эскизам началось строительство второго здания, существующего и поныне. Это ни на что не похожее здание воплощало идею разнообразия и величия Вселенной. Мощное железобетонное здание с текучими органическими формами не имеет внутри и снаружи ни одного прямого угла. Оно похоже на космический корабль внеземной цивилизации, на посланца иных миров, где властвует гармония. В том же стиле построены и окружающие Гетеанум коттеджи для сотрудников и служебные здания.

Оперный театр в Сиднее (), благодаря его величественной архитектуре, выполненной в виде морских раковин, стал одним из самых узнаваемых зданий планеты. Внешний облик оперы – знаменитый «гребень» из десяти куполов. Благодаря столь необычной конструкции здание было признано самым красивым сооружением из всех возведенных после Второй мировой войны.

Белый коттедж в пригороде Санкт-Петербурга и Дом - дельфин. За спиной этих домов встают тени великих Архитекторов мистификаторов архитектурной Формы, ниспровергателей прямоугольных сетей, ими же изобретенных. Это воплощение вечной борьбы закрытых и открытых пространств, что составляют жизнь Архитектуры. Автор домов Борис Левинзон.

Япония. Небоскреб в форме горы решили построить высотой почти 4 км, что более чем в 7 раз превышает высоту самой высокой постройки на нашей планете и на 200 метров превышает высоту горы Фуджи, в виде которой это здание и будет построено. Небоскреб будет иметь около 800 этажей и вмещать от 500 тыс. до 1 млн. человек. Здание сможет защитить своих гостей и работников от перепадов давления, смены погодных условий. Здесь будет использоваться энергия солнца для энергообеспечения здания. Проекты будущего

ОАЭ. В Дубае предполагается строительство 68-этажной башни. Вращающиеся этажи – одна из оригинальных идей. Башня постоянно будет менять свою форму. Здание многофункциональное. Часть этажей займёт отель, часть квартиры различного размера. Ещё одна часть башни будет отведена под офисы и ресторан. Несколько верхних этажей архитекторы назвали виллами, у каждой из которых будет один хозяин.

Модель "корневой системы" города-кипариса Основание башни будет помещено в искусственное озеро и соединено с "континентом" Китай. Начато строительство города- башни, в котором будут жить 100 тысяч человек. Уникальное сооружение, созданное по законам архитектуры будущего и имитирующее природные конструкции, сможет противостоять пожару, наводнению, землетрясению и урагану. Бионическая башня это город в башне. В монолитный снаружи "цилиндр" как бы помещается сложная ассиметричная структура. Главный принцип позаимствован у кипариса. В процессе возведения этажей будет пропорционально развиваться и основание города-дерева. Заселять башню можно будет по мере строительства – это никак не помешает первым гражданам "города-кипариса".

Испания. "Кактусовой пулей" называют этот небоскрёб. За его зелёную и заострённую внешность. Это жилой дом и офисное здание одновременно. Более того, это вертикальный город, объединённый с природой ради её сохранения. В основании башни находится "зелёный круг" сад или парк диаметром около 90 метров. 24-этажное здание высотой примерно 100 метров с 25 тыс. кв.м. полезной площади для жилья и офисов. Небоскрёб собран из восьми секций высотой 12 метров. В каждой секции по три этажа. Сверху вниз, по спирали, спускается вертикальный сад.