Какие изобретения подсказали людям эти растения и животные. 10 гениальных изобретений, которые люди подсмотрели у животных

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Изобретения человечества, всего лишь плагиат у природы. Какие изобретения подсказали людям эти растения и животные


10 гениальных изобретений, которые люди подсмотрели у животных

Мы привыкли пользоваться «чудесами» науки и техники и часто упускаем из виду, что природа начала пользоваться некоторыми из них задолго до появления первого паровоза или компьютера. Новые изобретения часто удивляют и вдохновляют нас, но… насколько новые они на самом деле? Животные посчитают их устаревшими. Перед вами десять изобретений, создание которых вы наверняка приписывали людям. Но животные получили их первыми.

Закрылки

Помните, когда смотришь из окна самолета сразу перед посадкой, на крыльях появляются небольшие флажки? Они не дают самолету сорваться по мере замедления.

У птиц есть собственная версия этой хитрой технологии в форме специально адаптированных перьев. Птичьи перья широко делятся на основные и второстепенные перья, при этом некоторые из них помогают в полете, а другие служат простым украшением.

Но у птичьего крыла есть часть, именуемая крылышком, или придаточным крылом (там, где мог бы быть «большой палец»). Птица управляет этими перьями, открывая небольшой слот, который помогает стабилизировать птицу и избежать падения при медленном взлете или посадке. Красота!

Сонар

Корабли, подводные лодки и морские устройства часто оснащены гидролокатором для навигации, предотвращения препятствий и отслеживания целей под водой. В основе работы сонара лежит излучение звука с определенной частотой и распространение звуковых волн в окружающей среде.

Звуковые волны отскакивают от твердых объектов и возвращаются к сонару, который их излучает. Затем устройство сонара собирает информацию о форме, размере и расстоянии до объектов. Это особенно полезно для военных, но первыми сонары изобрели киты и дельфины. Точнее, за них это сделала природа и эволюция.

Эти удивительные животные могут находить различия между даже самыми маленькими предметами с расстояния 15 метров, используя навыки сонара. Им не нужно электронное устройство для трансляции своих частот по океану. Они эволюционировали, чтобы использовать свои собственные голоса и рецепторы в телах и находить путь по морю.

Считалось, что животные создают «звуковой ландшафт» в своем сознании на основе постоянной обратной связи, которая помогает им строить карту среды. Они также используют свой гидролокатор для поиска пищи и друзей.

Военный сонар настолько похож на китовый, что даже работает на тех же частотах: от 100 до 500 Гц. Некоторые люди предполагают, что это может быть причиной массовых переходов дельфинов и китов, потому что они принимают сигнал военных за свой.

Военно-морские силы настраивают свой сонар до 235 дБ, а киты обычно испускают сонарные сигналы в пределах 170 дБ. Возможно, громкие сигна

hi-news.ru

10 изобретений, подсказанных самой природой

Экология

Несложно прийти к выводу, что идея о самолетах была основана на птицах - одних из самых лучших пилотов в животном мире. За миллиарды лет, животные путем проб и ошибок преуспели в выполнении различных задач.

В результате, область биомимикрии, то есть наблюдение за природой, ее систем и процессов, чтобы черпать вдохновение для решения человеческих проблем, начала быстро развиваться.

Вот несколько примеров того, как природа послужила науке:

1. Пуленепробиваемая кожа

Вы наверно не раз слышали об удивительных свойствах паутины. Она в пять раз превышает прочность стали, вдохновив создание кевлара. Ученые пытались использовать несколько методов, чтобы воссоздать шелковую нить паука в больших масштабах через ряд оригинальных методов, таких как сращивание генов, способствующих выработке шелка паука с генами коз, чтобы произвести молоко с паучьими белками. Единственная проблема состоит в том, что ученым никак не удается получить искусственные нити, которые были бы такими же прочными, как и настоящий шелк пауков. О массовом выращивании пауков, как в случае с шелкопрядами, не может быть и речи, так как у пауков распространен каннибализм.

Тем не менее ученым удалось сделать невероятное достижение - пуленепробиваемую кожу. Соединив шелк паука с кожей, выращенной в лаборатории, ученые создали материал, который может остановить ускоряющуюся пулю. Конечно, при тестировании пулю выстреливали не в полную силу, и даже если бы пулю удалось остановить, удар привел бы к разрушению костей и разрыву внутренних органов. Однако в сочетании с современными бронежилетами можно создать практически безупречную защиту.

2. Обезьяны – старейшие фармацевты

Шимпанзе совершенствовались в поиске терапевтического лечения в окружающей их природе. Они настолько в этом преуспели, что ученые стали наблюдать за привычками шимпанзе, чтобы посмотреть, смогут ли они указать на вещества, которые станут полезны людям.

К сожалению, пока такой метод работает только в отношении шимпанзе, так как, например, то, что полезно для кошек, может быть токсичным и бесполезным для людей. Последние исследования показали, что род растений Вернония, к которым тяготеют шимпанзе в период болезни, эффективны в борьбе с множеством видов бактерий, вредных для людей. Самое приятное состоит в том, что лекарства, полученные в результате этого открытия, будут практически лишены побочных эффектов.

3. Термиты - удивительные архитекторы

Термиты немало преуспели в строительстве своих зданий. В некоторых частях Африки, их 2-3-х метровые термитники украшают пейзаж, словно жуткое кладбище для гигантов. И хотя такая высота может показаться вам не впечатляющей, по отношению к размеру самого термита эти холмы все равно, что гигантский небоскреб. И при этом эти труженики работают в условиях невыносимой жары.

Ученые и архитекторы, впечатленные гениальностью термитов, начали анализировать структуру термитников и смоделировали торговый центр Истгейт в Зимбабве. В чем особенность этого здания? Несмотря на то, что оно находится в стране, где дневная температура поднимается выше 40 градусов, оно остается относительно прохладным. Его уникальный дизайн, вдохновленный термитами, эффективно поглощает и выпускает излишки тепла и потребляет всего 10 процентов энергии по сравнению с аналогичными зданиями.

4. Солнечные батареи, основанные на листьях

В течение миллиардов лет растения превращали солнечный свет в энергию. По сравнению с солнечными батареями, сделанными людьми, солнечные элементы растений прочны, сделаны из недорогих материалов и их много. Ученые не один год бьются над тем, чтобы создать более эффективные, недорогие солнечные батареи.

Одним из самых многообещающих исследований в этом отношении являются батареи, который сделаны по подобию листьев

Команда ученых из Университета Северной Каролины разработали "искусственные листья", которые представляют собой наполненный гелем мешочек со специальными химическими веществами и частичками растений, включая немного хлорофилла.

Они добились того, что молекулы в геле генерируют слабый электрический ток, и в дальнейшем надеются улучшить эффективность своего устройства.

5. Самоочищающиеся поверхности

Листья это по сути окно, через которое растение получает энергию. Грязное окно пропустит меньше энергии, лишая растение важных питательных веществ. Вот почему поверхность большинства листьев, хотя и кажется гладкой, на самом деле покрыта практически микроскопическими бороздками. При этом пыль и грязь не могут удержаться и скапливаются в этих бороздках, после чего дождь смывает все ненужное.

Как только люди внимательнее присмотрелись к строению листа, они смогли воссоздать эту технологию для создания самоочищающейся краски. Имитируя возвышения и впадинки на листе, такая краска удерживает поверхность чистой и к тому же создает неблагоприятную среду для бактерий и грибков, снижая уровень содержания микробов на 90 процентов. Сейчас многие компании работают над тем, чтобы создать самоочищающееся стекло и бетон.

6. Раковины, как решение глобального потепления

Как правило, все бедствия окружающей среды вызваны недостатком чего-то, как то недостатка чистой воды, среды обитания или животных. Глобальное потепление же, является результатом чрезмерного количества углекислого газа в атмосфере.

При этом решение проблемы может быть вполне простым, если обратиться к природе матушке.

Исследователи обратили внимание на то, что раковины состоят из карбоната кальция, другими словами из углекислого газа плюс кальций, плюс молекулы кислорода. Так исследователи пришли к выводу, что углекислый газ можно легко превратить во что-то, что будет легко отделить. Наблюдая за моллюсками, они нашли способ превратить вредный углекислый газ в твердый карбонат. В отличие от уже существующих дорогостоящих нейтрализаторов углекислого газа, такой твердый карбонат можно будет использовать и как строительный материал, что со временем окупит всю систему.

7. Пчелы - прекрасные управляющие

На первый взгляд пчелы весьма простые существа. Большую часть дня они проводят, помогая цветкам опыляться, и иногда жаля кого-то и погибая. Но по непонятной причине рой из сотен тысяч пчел может работать, как разумное единое целое, несмотря на то, что ни одна пчела в отдельности не способна видеть дальше своей собственной задачи или генерировать сложные мысли. Миллионы миссий по собиранию пыльцы организованны и выполняются, как по часам.

Так впервые сформулированная в 1989 году идея состоит в том, что при правильном алгоритме группа недалеких индивидуумов, не имеющих знаний об общей системе, тем не менее сможет осуществить свои полномочия. Так люди во главе большой сложной и неуправляемой системы начали понимать полезность Роевого интеллекта и недавно применили его для управления электрической нагрузки при минимальном вмешательстве человека.

8. Аквапорин, как великолепный фильтр для воды

Аквапорин - это класс белков в мембранах клеток. Их основной функцией является регулирование потока воды поступающей и выходящей из клетки. Это абсолютно необходимая функция, так как слишком много воды может привести к тому, что клетка лопнет, а слишком мало приведет к съеживанию клетки. Также важно поддерживать необходимый баланс различных ионов и растворенных веществ для правильной работы клетки. Особенно хорошо аквапоринам удается пропускать воду из и в клетку, не позволяя ничему лишнему пройти.

Так ученые смогли воссоздать структуру аквапоринов для применения в фильтрации воды. Если этот проект окажется успешным, то мембраны аквапорина станут быстрым, относительно дешевым устройством для фильтрации воды, которое сможет фильтровать что угодно. К тому же, они смогут обессоливать воду, что на сегодняшний день является дорогостоящим и энергоемким процессом.

9. Жуки решают проблему нехватки воды

Если говорить о воде, то, безусловно, ее фильтрация это дело необходимое и полезное, но что если у вас нет воды? Ключом к ответу послужат жуки пустыни Намиб. Экзоскелет жука имеет гениальную систему для сбора влаги в засушливом регионе, в котором выпадает чуть больше 1 см осадков в год.

Эта уникальная система, которая удерживает влагу из воздуха, обеспечивает жуку приток влаги, необходимый для жизнедеятельности.

Ученые быстро ухватились за идею создания похожей системы для мест с ограниченным доступом к воде, и создали поверхность, которая в сочетании со специальным материалом может удерживать воду из воздуха так же, как жуки пустыни. Это принесет огромную пользу таким местам, как Западная Сахара, где воды очень мало, и ее нужно переправлять из опреснительных установок на побережье.

10. Кожа акулы в качестве дезинфицирующего средства

Известно, что акулы невероятно устойчивы к паразитам, грибковым и бактериальным инфекциям и все благодаря уникальной структуре поверхности их кожи.

Практически так же, как и в случае с самоочищающейся краской, шипованная поверхность кожи акул создает среду, неблагоприятную для различных микробов. По сути, вредителям некуда спрятаться, а движение по поверхности повреждает их.

Ученым удалось воссоздать эту структуру на клеящей пленке, которую они надеются применить в школах, больницах и других местах, где обитают опасные микробы.

Перевод: Филипенко Л. В.

www.infoniac.ru

Изобретения, подсказанные природой | Социальная сеть работников образования

Изобретения, подсказанные природой 1.Введение «Самые ценные идеи – те, что подсмотрены у природы» Изобретатель Владимир Пестунов Недавно я читала энциклопедию «Изобретения». В книге я прочитала: «Изобретатели наблюдают за растениями и животными, чтобы позаимствовать у них что-нибудь полезное для человека, или изучают историю в поисках интересных фактов, которые помогают делать новые изобретения». Мне стало интересно, что общего может быть между природой и техникой и как растения и животные могут помочь изобретателям? Я решила узнать об этом больше. Для этого мне надо провести исследование. Цель исследования: какие идеи были заимствованы человеком у природы для своих изобретений. Задачи исследования: 1. Понять, когда человек начал наблюдать за природой и использовать эти наблюдения для улучшения своей жизни. 2. Изучить изобретения человека, подсмотренные у природы. 3. Есть ли наука, которая изучает природу с целью создания изобретений. Как она называется. 4. Как изобретения, подсказанные природой, помогают сохранению экологии на планете. Актуальность исследования: тема актуальна, так как нас повсюду окружают вещи, электронная, авиационная техника, автомобили, выполняются сложнейшие медицинские операции, строятся новые необычные дома. Многие изобретения были сделаны, благодаря растениям и животным. Человек издревле наблюдал за ними в природе. А сколько ещё нам может подсказать природа? Используемые методы исследования: - поиск, беседа, наблюдение, классификация, опрос. 2. Когда человек начал наблюдать за природой и создавать первые изобретения. Когда же человек понял, что способности живой природы можно использовать для решения своих проблем? Для изучения этого вопроса я решила сначала опросить своих одноклассников. В результате этого опроса я получила следующие данные: Действительно, человек с самого начала своего существования не только наблюдал и изучал природу, но и учился у неё. Звери, птицы, растения, рыбы «подсказывали» первобытному человеку, что нужно делать, чтобы решить насущные для него проблемы. По последним данным археологии, первое изобретение древнего человека – каменный нож (рубило), которым обитатели Северо-восточной Африки соскабливали мясо с костей животных. Эти кости с резаными отметинами найдены в слоях, датируемых 3,4 млн. лет до н. э. Первобытный человек познакомился с так называемым "диким" огнем, т.е. полученным в результате естественных явлений природы (действие вулканов, удар молнии в дерево и т.д.). Приятные и полезные свойства огня: его свет, способность согревать и изменять к лучшему растительную и животную пищу заставляли первобытных людей заботиться о том, чтобы поддерживать его посредством непрерывного добавления горючего материала. "Дикий" огонь был превращен в "домашний". Прошло много времени, пока человек перешел от сохранения огня к его добыванию. Глиняная модель тележки. II тысячелетие до н. э. Шло время, и древний человек дошел до изобретения колеса. Когда человек стал засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, началась торговля камнем, лесом, зерном... При этом людям приходилось перемещать огромные тяжести на большие расстояния. И идея колеса не могла не родиться. Постоянно имея дело с поваленными деревьями и бревнами, человек обнаружил, что они могут катиться. Оказывается, то самое бревно, которое он с товарищами едва мог перенести на несколько метров, могло катиться само, если, конечно, его подтолкнуть. Из истории нам известен еще один пример заимствования у природы: в Древней Греции было создано великолепное по тем временам изобретение: тараны, которыми разбивали ворота осаждённой крепости, стали делать с торцами в виде бараньих лбов. Неведомые древнегреческие изобретатели подсмотрели это на пастбищах! Бараны сталкиваются лбами – и ничего! Отличный прототип, лучше не придумаешь…» Средневековый ученый и философ Леонардо да Винчи старался применять знания о живой природе, пытаясь построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц – орнитоптер. Даже предсказывать погоду люди научились благодаря животным и растениям. Многие растение чувствительны к изменениям погоды. Повредить опылению цветков могут дождь, ветер, повышенная влажность. Поэтому перед наступлением ненастья растения принимают меры к самозащите. Одуванчик закрывает и свертывает цветок перед ненастьем, вьюнок закрывает свой венчик, а клевер складывает листья. Запах цветов перед дождем усиливается. Если звездчатка не открывает свои цветочки утром – предстоит дождь. Таким образом, внимательно наблюдая за природой, можно составить примерный прогноз погоды. Охотники Сибири давно заметили, что ветви хвойных деревьев опускаются перед дождем или снегом и поднимаются перед ясной погодой. Эта способность сохраняется и у сухих еловых ветвей, что позволяет делать из них простейшие, долго работающие барометры. Изменения погоды это нехитрое приспособление предсказывает за 8-12 часов. Я решила воссоздать древнее приспособление для предсказывания погоды. Чтобы изготовить барометр из еловой ветки, надо взять 25-30-сантиметровый отрезок ствола сухого деревца вместе с веткой 30-35 см, очистить ее от коры и прикрепить выпиленную часть ствола к дощечке. Ветка должна находиться в таком состоянии, чтобы при опускании вниз ее свободного конца (перед ненастьем) и поднятии вверх (к ясной погоде) перемещалась параллельно стене-экрану, не задевая ее. Для удобства возле кольца ветки-"стрелки" на дощечку прикрепляют шкалу с делением через 1 см. Спустя некоторое время на шкале можно будет нанести показатели "ясно", "переменно", "дождь", как и на обычном барометре. Такое приспособление стало прототипом современных барометров, в которых есть спираль из специальных материалов, которая реагируя на давление и влажность воздуха, сжимается или разворачивается, предсказывая погоду. Так природа помогала и помогает появляться новым изобретениям. Благодаря природе человек постоянно достигает новых вершин в своем развитии, делая все новые открытия. Окружив себя множеством машин, живя в мире больших скоростей и эпоху нанотехнологий, современный человек снова обращается за советом к природе. Инженеры ищут технические решения, изучая строение и функции живых организмов. Конструкторы время от времени «консультируются» с живой природой, изобретательность которой не знает границ. 3. Примеры изобретений, подсказанных природой. Я решила узнать у одноклассников, что они знают об изобретениях, подсказанных природой, и задала им несколько вопросов. Природа действительно является великим изобретателем. Многие животные наделены природой удивительными способностями и возможностями. Порой их организмы служат образцом для людей, создающих высокоточные приборы и устройства. По чувствительности, надежности и умению приспосабливаться к различным условиям не могут сравниться с биологическими чудо-приборами даже самые совершенные механизмы, рожденные человеческой мыслью. Достаточно часто в технике встречается парадокс: учёные-конструкторы находят удачное решение какой-либо технической задачи, а через некоторое время обнаруживается, что у живых организмов уже существуют решения, и как правило, более оптимальные. Например, известно, что вертолёт имеет ряд особенностей: он может взлетать с места без предварительного разбега; неподвижно висеть в воздухе на нужной высоте; передвигаться во всех направлениях; производить повороты в любом направлении как во время движения, так и при зависании; садиться на маленькую площадку без последующего пробега. Никого не узнали? Точно, всё это умеет делать стрекоза! И именно стрекоза стала прообразом современного вертолёта. У стрекозы чрезвычайно сложный механизм полёта. Её тело имеет винтовую структуру, которая будто покрыта металлом. Два крыла расположены крестообразно на теле. Именно такая структура тела позволяет стрекозе прекрасно маневрировать. Независимо от того, в каком направлении или с какой скоростью она летит, стрекоза может остановиться в любую секунду и продолжить свой полёт в противоположном направлении. Во время охоты стрекоза может зависнуть в воздухе. А может и разогнаться до огромной (для насекомых) скорости - 40 км/час. Когда при такой скорости стрекоза сталкивается со своей добычей, сила удара при столкновении получается очень высокой. Но стрекоза имеет очень прочный и эластичный панцирь, который смягчает воздействие удара, чего нельзя сказать о добыче стрекозы. Добыча "теряет сознание" или даже умирает от такого столкновения. Многие изобретения были сделаны благодаря тому, что их авторы подсмотрели идею в природе. Например, ученые сумели повторить водоотталкивающую поверхность со структурой, подобной волосяному покрову пауков. У этих животных довольно необычный волосяной покров, состоящий из коротких и более длинных волосинок, разнообразие которых довольно велико. Именно это попытались имитировать ученые в своей работе. Пауки используют свой волосяной покров, чтобы оставаться сухими или не тонуть, уже миллионы лет. Водяные пауки используют волоски, чтобы захватывать пузырьки воздуха и дышать под водой. Но лишь несколько лет назад ученые начали экспериментировать с микроскопическими волокнами, черпая вдохновение у пауков. Новая техника позволяет предотвращать намокание даже таких поглощающих материалов как губка. Также этот подход является более безопасным, так как в нем не используются химикаты. Да-да, эффект достигается при помощи законов физики, а не химии. Примечательно, что поверхность получается самоочищающейся, так как вода, уходя с поверхности, довольно эффективно захватывает с собой и все загрязнения. Не трудно догадаться, что самолеты изобрели, глядя на птиц - самых лучших пилотов в мире. За много лет животные помогли человеку в достижении многих свершений. Вот еще несколько примеров изобретений, подсказанных природой. Известно, что семена клена, будучи брошены, выравниваются и совершают вращательное движение. На этом свойстве кленового семени и основано устройство парашюта. Предлагаемый парашют выполнен в виде лопасти, снабженной ларчиком, предназначенным для размещения в нем груза». (Из авторского свидетельства № 4I356) Термиты за все время своего существования успели настроить немало сооружений. В Африке существуют 2-х и 3-х метровые сооружения - термитники - которые напоминают кладбище гигантов. Для человека высота сооружений может показаться незначительной, однако в сравнении с размером термита - это настоящие небоскребы. Это при том, что "работники" трудятся в условиях палящего солнца. Впечатленные трудами термитов, ученые проанализировали структуру термитников и сделали модель торгового центра Истгейт в Зимбабве. Его особенность в том, что, несмотря на 40-градусную жару, внутри здание будет прохладным. Дизайн уникального торгового центра способен поглощать и выпускать наружу излишки тепла, и потреблять всего 10% энергии. Всем известно свойство растений превращать солнечный свет в энергию. И в сравнении с солнечными батареями, которые изобрел человек, солнечные элементы растений состоят из совсем недорогих материалов. Уже долгое время ученые пытаются воссоздать такие недорогие солнечные батареи. Не так давно в ходе исследований ученые Университета Северной Каролины создали батарею, которая по виду напоминает лист. Эти "искусственные листья" наполнены гелем и представляют собой небольшой мешочек, который имеет в своем составе специальные химические вещества и некоторые частички растений, в том числе и хлорофилл. На данный момент исследователи добились небольших результатов: молекулы геля способны генерировать очень слабый электрический ток. В будущем планируется создать более эффективные устройства. Экзоскелет жука пустыни Намиб имеет уникальную систему для сбора влаги в сухих регионах (с осадками 1 см в год). Она удерживает влагу из воздуха, такую необходимую для жизнедеятельности, обеспечивая ее приток жуку. Ученые решили использовать такую же систему для мест, где доступ к воде ограничен. Для этого они создали поверхность, которая вместе с дополнительным материалом способна удерживать воду из воздуха. Это очень полезное изобретение для таких мест, как, например, пустыня Сахара. Идея создания снегоходов также заимствована у природы. В основу конструкции снегохода положен принцип передвижения пингвинов по рыхлому снегу. Значительные снеговые преграды пингвины преодолевают своеобразным способом — скользя на брюхе и отталкиваясь от снега ластами, что спасает птицу от проваливания в снежную толщу и одновременно позволяет развивать весьма приличную скорость — до 20 км/ч. Сконструированная по этому принципу машина-снегоход достигает большей скорости — до 50 км/ч. Инженер-проектировщик из Швейцарии Джордж де Мистраль в 1955 году, во время прогулки с собакой, заметил, что шерсти его питомца постоянно цепляются репейники. Приглядевшись, Джордж, увидел, что на репейниках расположены миниатюрные крючки. Через несколько лет после этого “открытия” инженер запатентовал липучку “велкро”. Всем известно, что акваланг был изобретен в 1943 году Жаком Кусто. Но на самом деле он лишь воспользовался наблюдениями взятыми из природы. Один из видов водных жуков, во время погружения в воду тянет за собой пузырек воздуха, который выпускает принятый от жука углекислый газ, а из воды набирает кислород. В изобретении бумаги китайцам помогли стенные осы. Как известно они жуют дерево, перерабатывая его в бумагу для строения гнезд. Эту особенность ос заметил китаец Цай Лунь. Именно он и изобрел первую бумагу из коры тутового дерева. Во время конструирования аппарата, который должен будет исследовать поверхность Марса, ученые из США использовали механизм передвижения речных раков. Аппарат имитирует способность рака пятиться назад. Крот - живая подземная машина – работая, оставляет за собой пустой туннель, по которому легко вернуться обратно. Крот во время работы всё время вертит головой: при этом его холка вдавливает грунт в стенки туннеля. Позже группа изобретателей получила авторское свидетельство № 321588 на искусственного крота. Эта машина не только режет грунт, а подобно голове крота раскачивается и вдавливает частицы земли в стенки туннеля. Реактивное движение ракеты – кальмар. Кальмары всасывают воду в специальную камеру, а затем с силой выталкивают её за счёт сокращения мышц, продвигаясь при этом вперёд. В ракете используется сила выталкивающих газов. Радар – летучая мышь (Радар работает по принципу улавливания отражающего звука). В живой природе подобной способностью обладают многие животные, в том числе и летучие мыши, которые с помощью эхолокации даже в полной темноте беспрепятственно преодолевают препятствия. Пинцет – клюв веретенника. (Прототипом пинцета служит клюв веретенника). С помощью клюва птица легко вытаскивает из мягкой почвы любую добычу. Ковш погрузчика – цепкие лапы птицы. Цепкие, мощные лапы хищной птицы обеспечивают прочное захватывание добычи. Именно этот принцип положен в основу функционирования ковша погрузчика. Модель глаза – фотоаппарат. Глаз представляет собой сложную оптическую систему, которая проводит световые лучи. На сетчатке расположены чувствительные клетки – рецепторы. На основе принципа функционирования глаза сконструирован фотоаппарат, где светочувствительные клетки заменены фотоплёнкой. Спил кости – Эйфелева башня. Костная структура головки бедренной кости дарит идеи архитекторам при постройке сложных конструкций. Например, основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости. Плод кокосовой пальмы – спасательный жилет. Плод кокосовой пальмы окружён волокнистой оболочкой, обеспечивающей его плавучесть. Волокнистая, пористая структура плодов кокосовой пальмы послужила прототипом пористых материалов, которые применяются при изготовлении спасательных жилетов. В некоторых случаях науке и инженерной мысли так и не удается угнаться за даром сверхчувствительности животных. К примеру, по сей день одним из лучших «приборов» по предсказанию погоды является рыба голец, которую любят разводить в домашних условиях китайцы и жители многих других стран. В ясную погоду голец лежит на дне аквариума без движения, лишь изредка позволяя себе передвигаться на небольшие расстояния. В теплую, но облачную погоду рыбка немного оживает, однако движения ее по-прежнему ленивы и медлительны. Если же голец начинает суетиться и сновать вдоль стенок аквариума, можно не сомневаться: вскоре небо обязательно затянется тучами. Ну а если голец мечется по аквариуму вправо-влево и вверх-вниз, то через несколько часов пройдет сильнейший ливень или даже случится буря. В надежности этого живого барометра можно быть абсолютно уверенным: голец безошибочно предсказывает изменения погоды в 97— 98 случаях из 100. Ни один прибор на такую точность пока что не способен! 4. Что такое бионика? Оригинальность, необычность, безупречная точность и экономия ресурсов, с которой природа решает свои задачи просто не может не вызывать восхищения и желания хоть в какой-то мере скопировать эти удивительные вещества и процессы. Наука, которая занимается таким копированием, называется бионикой. Название этой науки происходит от древнегреческого слова “бион” — ячейка жизни. Занимается она изучением биологических систем и процессов с целью применить полученные знания для решения инженерных задач. Бионика, отталкиваясь от биологического “прототипа”, разрабатывает такие модели, которые имеют конкретное практическое применение (т. е использовать в технике лишь лучшие достижения живой природы). Бионика – одна из синтетических дисциплин, которая объединяет практически все, что входит сегодня в понятие “Естествознание” Сам термин биомиметика (или бионика) ввел в употребление в 1958 году американский ученый Джек Э. Стил. Слово «бионика» вошло во всеобщее употребление в 70-х годах прошлого века. После того как бионика получила официальное признание как самостоятельная область знаний, ее позиции существенно укрепились, а область исследований расширилась. Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д. Изучая биологические системы, бионика ищет оптимальные решения инженерных проблем. При этом она не только занимается коренным усовершенствованием существующих, но и созданием принципиально новых машин, аппаратов, приборов, строительных конструкций и технологических процессов, построением технических устройств, характеристики которых приближаются к таковым у живых систем. В последнее десятилетие бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. В то же время, современная бионика во многом связана не с ажурными конструкциями прошлого, а с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами. На современном этапе бионика имеет целый ряд направлений в исследовании живых организмов: 1. Изучение нервной системы человека и животных, моделирование нервных клеток и нейронных сетей – направлено на дальнейшее совершенствование вычислительной техники и разработки новых элементов автоматики и телемеханики. 2. Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов – с целью разработки новых датчиков, систем обнаружения и слежения. 3. Изучение принципов ориентации, локации, навигации у разных животных – направлено на использование этих принципов в работе транспорта, судоходстве, технике и средствах связи. 4. Исследование морфологических и физиологических особенностей живых организмов – с целью выдвижения новых идей в науке, технике, строительстве, архитектуре. 5. Изучение биохимических процессов на клеточном и организменном уровнях – это составляет основу разработок современных нанотехнологий. А знают ли мои друзья о такой науке? Я задала им этот вопрос. 5. Бионика в защиту экологии. Бионика работает и для сохранения экологии на планете. Об этом я спросила своих одноклассников. На этот вопрос многим оказалось трудно ответить. Вот несколько примеров изобретений для сохранения экологии на Земле. Изоляционный и упаковочный материал, созданный при помощи вешенок. Американская компания Ecovative Design, производящая упаковку, создала группу возобновляемых и биоразлагаемых материалов, которые можно использовать для производства термоизоляторов, защиты от пламени, а также упаковки. Для производства этих материалов используется шелуха риса, гречихи и хлопчатника, на которых выращивается особый гриб Pleurotus ostreatus (или вешенка). Смесь, содержащая клетки этого гриба и пероксид водорода, помещается в специальные формы и выдерживается в темноте, чтобы под воздействием грибного мицелия изделие затвердело. Затем изделие высушивается, чтобы остановить рост гриба и предотвратить появление аллергии в процессе использования изделия. МакГи считает, что возможности применения подобных материалов практически неограниченны - из них можно делать все, включая мебель и корпуса для компьютеров. У него даже уже есть игрушечный утенок, сделанный из такого материала. Система очистки, работающая по принципу естественного очищения. В Австралии разработана новейшая система очистки сточных вод Biolytix. Эта система фильтров может очень быстро превращать канализационные стоки и пищевые отбросы в качественную воду, которую можно использовать для полива. МакГи подчеркивает, что особенная ценность этот фильтрационной системы состоит в том, что в ней не используются вредные химикаты и буквально пожирающие энергию очистительные фильтры. В системе Biolytix всю работу проделывают черви и почвенные организмы. Призвав на помощь силы природы, система Biolytix сократила потребление электроэнергии почти на 90%, зато работает в 10 раз эффективнее обычных очистных систем. Экологически чистый цемент компании Calera Corporation. Процесс, используемый компанией Calera Corporation, во многом имитирует создание природного цемента, которым в процессе своей жизнедеятельности занимаются кораллы, извлекая кальций и магний из морской воды, чтобы синтезировать карбонаты при нормальных температурах и давлениях. При создании цемента Calera углекислый газ сначала превращают в угольную кислоту, из которой затем получают карбонаты. МакГи говорит, что при таком способе для производства одной тонны цемента необходимо связать примерно столько же углекислого газа. Производство цемента традиционным способом приводит к загрязнению окружающей среды углекислым газом, но эта революционная технология наоборот – забирает углекислый газ из окружающей среды. Экологически чистые пластмассы Американская компания Novomer, разрабатывающая новые экологически чистые синтетические материалы, создала технологию получения пластмасс, где в качестве основного сырья используется углекислый и угарный газы. МакГи подчеркивает ценность этой технологии, так как выброс парниковых и других токсичных газов в атмосферу является одной из основных проблем современного мира. При производстве пластмасс по технологии компании Novomer, новые полимеры и пластмассы могут содержать до 80% углекислого и угарного газов, и при этом на производство этих материалов требуется значительно меньше энергии. Такое производство поможет связывать существенное количество парниковых газов, а сами эти материалы становятся биоразлагаемыми. Антибактериальные поверхности, работающие по принципу акульей кожи. Акулья кожа обладает, совершенно уникальным свойством – на ней не размножаются бактерии, и при этом она не покрыта никакой бактерицидной смазкой. Другими словами – кожа не убивает бактерии, их на ней просто нет. Секрет кроется в особом рисунке, который образуют мельчайшие чешуйки акульей кожи. Соединяясь друг с другом, эти чешуйки образуют особый ромбовидный узор. Вот этот узор и воспроизводится на защитной антибактериальной пленке Sharklet. МакГи считает, что применение этой технологии поистине безгранично. Действительно, нанесение подобной текстуры, не дающей размножаться бактериям, на поверхности предметов в больницах и местах общественного пользования позволяет избавиться от бактерий на 80%. При этом бактерии не уничтожаются, а, следовательно, они не могут приобрести резистентность, как в случае с антибиотиками. Технология Sharklet – это первая в мире технология, подавляющая рост бактерий без использования токсичных веществ. Универсальное защитное покрытие, имитирующее защитное покрытие биссусной железы мидий Мидии, как и многие другие двустворчатые моллюски, умеют намертво прикрепляться к поверхностям при помощи особых, сверхпрочных белковых нитей – биссуса. Внешний защитный слой биссусной железы представляет собой универсальный, чрезвычайно прочный и в то же время невероятно эластичный материал. Профессор органической химии Герберт Уэйт (Herbert Waite) из Калифорнийского университета очень долго занимался исследованием мидий, и ему удалось воссоздать материал, структура которого очень похожа на материал, вырабатываемый мидиями. МакГи говорит, что Герберту Уэйту удалось открыть целое поле для новых исследований, и что его работа уже помогла другой группе ученых создать технологию PureBond для обработки поверхностей деревянных панелей без применения формальдегида и других высокотоксичных веществ. В конце исследования я задала вопрос одноклассникам: "Какие вы еще знаете изобретения человека, которые подсказала ему природа?" В результате я получила такие ответы: вертотолет, лодка, парашют, ласты, шприц, экскаватор. Из этого я сделала вывод, что мои ровесники знакомы с некоторыми изобретениями. Но природа так много подсказала людям, что нам есть, что изучать и с чем знакомиться. Какие вы знаете изобретения человека, которые подсказала ему природа? На самом деле таких изобретений много. Для примера небольшой их части я создала книгу-альбом с фотографиями. С ее помощью можно больше узнать о природе-изобретателе. 6. Вывод За время работы над проектом я поняла, что изучение строения животных и растений, их поведением в природе - увлекательное занятие. Природа мудра и совершенна. Даже самые талантливые люди создают пока ещё лишь слабые подражания её творениям. Природа так позаботилась обо всём, что повсюду мы находим, чему учиться. В результате исследования я собрала и изучила теоретический материал по данной проблеме, провела опрос одноклассников, который показа, что эта тема требует изучения, создала книгу – альбом изобретений, и воссоздала один из первых приборов, предсказывающих погоду. Сделала презентацию, где подробно рассказала, как природа помогла в изобретении тех или иных вещей. 7. Список литературы 1. Энциклопедия «Изобретения», Издательство «Махаон» 2012 г, 32 стр. 2. Сайт - http://biology-online.ru 3. Сайт - http://hozna.ru/top-10-izobretenij-iz-prirody/ 4. Сайт - http://www.origins.org.ua 5. Сайт - http://www.sciential.ru 6. Сайт - http://www.infoniac.ru 7. Сайт - millennium2002.narod.ru 8. Сайт - http://newsinphoto.ru 9. Сайт - http://nsportal.ru

nsportal.ru

Изобретения человечества, всего лишь плагиат у природы — Новости науки

За тысячелетия до того, как начались первые «разборки» за патент на изобретения, люди занимались своеобразным плагиатом. В наше время изобретения и открытия делят на 89 классов, охватывающих все области техники и производства. А в «патентной библиотеке» природы есть «изобретения», относящиеся ко всем из них.

Учиться у природы

Человек научился всему что имеет, позаимствовав у природы множество оригинальных и необычных идей. Она создала свои творения с максимальной эффективностью. Их отличают безупречная точность и экономия ресурсов. По принципу работы крыльев насекомых созданы ветряные мельницы. Наблюдая, как паук плетет паутину, человек научился делать сети. А жители островов Тробриан до сих пор используют паутину гигантских лесных пауков как рыболовную снасть.

Люди переняли у животных такой прием охоты, как засада. Самый знаменитый хищник земной флоры – венерина мухоловка подсказала идею капкана. Греческие амфоры изготавливались в форме яйца, а первые тараны точно воспроизводили бараньи лбы. Рыба-прилипала дала идею изобретения клея. Первая бумага изготовлена китайцами из туевого дерева в ходе наблюдения за стенными осами. Они разжевывали дерево, перерабатывая его в материал для строительства своих гнезд.

Многие животные наделены природой удивительными способностями и возможностями. Изучение их уникальных свойств позволило научно-техническому прогрессу в ХХ веке сделать резкий рывок вперед. Организмы этих животных послужили образцами для высокоточных приборов, аппаратов и технологий. Заимствование и использование человеком в своих целях изобретений природы, ее идей получило название бионики.

Продолжение давних традиций

 

Бионика – это сознательное имитирование мудрых законов природы. За основу вентиляции высотных домов взят принцип работы этих систем в термитниках. Они послужили моделью для торгового центра «Истгейт» в Зимбабве. В нем прохладно даже в сорокаградусную жару. Слюнная железа клопа стала основой конструкции двигателей внутреннего сгорания. Только ее детали из хитина увеличили во много раз и заменили на металлические.

Репейник и застежка-«липучка» действуют по одному принципу

На создание акваланга Жак-Ива Кусто подтолкнуло наблюдение за жучком, тянувшим за собой в воду пузырек воздуха. На основе действия колючек репейника созданы липучки на куртках, обуви и многих других изделиях. Наблюдения за шимпанзе позволили выявить ряд лекарственных растений и применить их для лечения людей. Наши двухфокусные очки копируют принцип действия глаз четырехглазой рыбы. Ведь дальнозоркую верхнюю часть глаза эта рыба использует для наблюдения в воздухе, а нижнюю, близорукую – в воде.

Жак Ив Кусто и его акваланг

Устройство уха тюленя подсказало идею изобретения гидрофона. Изучение быстроходных рыб послужило толчком к борьбе с турбулентностью воды при движении морских и речных судов и повысило их скорость. Не остался без внимания и способ реактивного передвижения кальмаров − на кораблях появились копирующие это явление механические водометы. Часто спасающий моряков автоматический предсказатель непогоды сделан на основе «инфрауха» медуз. Оказалось, что эхолокаторы летучих мышей имеют голографическую картинку, объемное изображение!

Благодаря исследованиям листьев лотоса создали самоочищающиеся покрытия. На основе принципа устройства оболочек голотурий (морских огурцов) созданы биомедицинские препараты. Медицинские шприцы копируют укус пчелы или осы. Жук-бомбардир подал идею бинарного оружия: два безвредных в отдельности химических соединения при реакции дают боевое отравляющее вещество. Изучение зубов животных привело к созданию самозатачивающихся инструментов. По подсказке природы сделаны парашюты и дельтапланы. Стрекозы дали идею вертолета.

Жук-бомбардир

Исследовались присоски гекконов и древесных лягушек, позволяющие им бегать по вертикальным поверхностям. Разлагающийся со временем изоляционный и упаковочный материал создан на основе принципа природной переработки отходов при помощи грибов вешенок. В фильтрах очистки воды собираются использовать белок аквапарин, содержащийся в мембранах клеток. Даже американский марсоход копирует механизм действия речных раков, способных пятиться назад.

Подарки гремучей змеи и лягушки

Змея наделена удивительным органом, при помощи которого видит тепловые (инфракрасные) лучи. Две ямки на голове дают ей потрясающую зоркость ночью. Змея способна увидеть на расстоянии 200 метров выползающую из норки полевую мышь и поймать ее. Разглядывая своеобразный портрет теплокровного животного, она улавливает разницу в тысячную долю градуса! Эта способность змеи была использована людьми при создании медицинских аппаратов и приборов ночного видения. Повысив точность «змеиного метода» до одной десятитысячной доли градуса, ученые создали потрясающую тепловизорную диагностику. На обработанных компьютером снимках сверхчувствительной аппаратуры видно все, что находится в недрах земли на несколько километров. Можно диагностировать здания и сооружения. Под домами, мостами, дорогами, трубопроводами четко видны разломы земной коры, карстовые пустоты и потоки грунтовых вод. Зная о них раньше, строители обошли бы стороной эти гиблые для сооружений места, и не было бы «загадочных» обрушений зданий.

Обыкновенная лягушка виртуозно ловит языком комаров и мошек. Исследования показали, что она имеет особую «систему оповещения», которая позволяет ей получать раздельную информацию о форме насекомого, расстоянии до него и четкости изображения. Лягушка быстро и точно определяет положение летящей мошки в пространстве. Молниеносно вылетает язык − и добыча оказывается в желудке. Лягушачий принцип раздельного видения изображения в 1970-х годах применили в электронных машинах для чтения рукописных текстов. Один узел «мозга» машины следил за формой знаков, второй – за их контрастностью. Этот же принцип лежит в основе работы современных сканеров.

Лягушка озёрная (Rana ridibunda L.) ловит добычу

Муха впереди

Так нелюбимая нами муха дала плагиаторам от науки две идеи для подражания. На основе принципа работы ее органов – жужжальцев, назначение которых исследователи не могли понять несколько десятилетий, инженеры изготовили важнейший прибор – вибрационный гироскоп. Он высокочувствительно и мгновенно фиксирует любые изменения положения сверхзвуковых самолетов в пространстве и стал незаменимым в авиации.

Другую идею подсказали фасеточные глаза мухи, состоящие из особого сетчатого экрана. Их строение позволяет насекомому видеть не одно, а множество изображений какого-либо предмета. При движении наблюдаемый объект переходит из одного изображения в другое, что позволяет с большой точностью определить скорость его передвижения. Биологи изучили принцип устройства глаза мухи, а инженеры создали новый прибор. Его так и назвали − «Глаз мухи». С его помощью в навигационных службах и аэропортах определяют скорость полета современных авиалайнеров.

Самка слепня Tabanus lineola

Неудачи изобретателей

Сделанные человеком самые совершенные механизмы часто не могут сравниться с биологическими чудо-приборами живых существ. Многие их достижения все еще остаются для человека далекой мечтой. Ученые только пытаются «копировать» природные наноструктуры и использовать их в качестве оптических волноводов и светоотделителей. Паутина послужила прототипом кевлара – пуленепробиваемой «кожи». Наука и инженерная мысль так и не смогла скопировать и угнаться за даром сверхчувствительности «живых приборов», способных предсказывать погоду и катаклизмы.

Как известно, никто не в состоянии предсказать время одного из величайших бедствий – землетрясения. Однако некоторые рыбы-малютки чутко реагируют на сейсмические процессы. За 5-7 часов до землетрясения они начинают бешено метаться по аквариуму. В сейсмоопасных районах Земли они спасли тысячи жизней. Многие животные обладают даром предсказания долгосрочного прогноза погоды, на недели и месяцы вперед. Они «знают», каким будет паводок и места, которые попадут в зону затопления, будет лето сухим или дождливым, какие морозы ожидать зимой. Наблюдение за ними позволяет избежать многих бед и несчастий. Обычные золотые рыбки точнее лучших химических приборов определяют загрязнения в воде. Они замечают наличие ядовитых веществ даже в разбавленных в 10 раз, очищенных сточных водах. Исследование морфологических особенностей живых организмов дает ученым все новые идеи для технического конструирования. Действительно, тайники природы неисчерпаемы.

Источник: earth-chronicles.ru

sci-dig.ru


Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта