Bionik im menschlichen Leben erreichen. Die Nanotechnologie hat der Bionik neues Leben eingehaucht. Die Verbindung der Bionik mit anderen Bereichen des menschlichen Wissens

Als ich letztes Jahr mein Projekt zum Thema „Meine Schule Nr. 2 der Zukunft“ abschloss, wurde ich mit der Frage konfrontiert, wie viel drin ist moderne Welt Häuser, Gebäude, Bauwerke, die harmonisch mit der Natur verschmelzen. Und ich fing an, im Internet nach solchen Projekten zu suchen, und zu meiner Überraschung entdeckte ich, dass es eine Wissenschaft gibt, die es ermöglicht, belebte Natur mit Technologie zu verbinden, sie heißt Bionik.Bionik (von griechisch BION – Leben) ist eine Wissenschaft, die dem Menschen geholfen hat, die Naturgesetze im technologischen Fortschritt anzuwenden. Dafür gibt es viele Beispiele, davon bin ich überzeugt. Wenn ich jetzt durch die Stadt laufe, weiß ich genau, wo in welchem ​​Bauwerk Wissen über die Natur angewendet wurde, zum Beispiel stimmen die Rohre eines Heizraums (siehe Anhang) analog mit den Stängeln von Pflanzen überein, die bei Böen nicht brechen von Wind.Außerdem habe ich gelernt, dass Bionik in Typen unterteilt wird:

Biologische Bionik, in der ein Mensch die Natur untersucht, wie alles darin angeordnet ist, warum und zu welchem ​​Zweck es so angeordnet ist;

Theoretische Bionik, die anhand mathematischer Beispiele den Aufbau der Natur berechnen kann;

Technische Bionik, die theoretische Bionik nutzt, um eine Art Bauplan, zum Beispiel einen Roboter, zu bauen.

So wie ich es verstehe, kombinierte die Bionik im Allgemeinen mehrere Wissenschaften – Biologie, Zeichnen, Physik, Chemie, Mathematik, Elektronik usw. Um ein Flugzeug zu bauen, musste ein Mensch lange Zeit Vögel beobachten, die Struktur ihrer Flügel studieren, Zeichnen und entwerfen Sie dann einen solchen Apparat, der fliegen könnte. Leonardo da Vinci konnte übrigens die erste Flugmaschine mit Schlagflügeln bauen. Die Zeichnungen sind bis heute erhalten und er lebte im 15. Jahrhundert.Diese Wissenschaft ist keineswegs neu; wie wir anhand von Beispielen sehen können, lässt sich der Mensch bei all seinen Schöpfungen von der belebten Natur inspirieren. Ich werde auch versuchen, mein eigenes Projekt mit Kenntnissen der Biologie zu erstellen.Ich halte das von mir gewählte Thema für relevant, denn meiner Meinung nach sollten die Menschen in Harmonie leben und die Natur für die zukünftige Generation schützen.

Forschungsmethodik

Aus den Geschichten von Aigul Minirasimovna in den Lehren über die Welt um uns herum kam ich zu dem Schluss, dass die Menschen in letzter Zeit barbarisch mit der Umwelt umgegangen sind und sie nicht richtig genutzt haben. natürliche Ressourcen, Wälder abholzen. Aber als ich anfing, mich mit dem Thema „Bionik“ zu beschäftigen, sah ich und war überzeugt, dass Menschen leben können, ohne der Natur und den Tieren zu schaden. Ich werde Ihnen sagen, wie ich das verstanden habe.

Architekturbionik

Also ein wenig zur Geschichte: Antonio Gaudi war zu Beginn des 19. Jahrhunderts der erste, der natürliche Formen beim Bauen verwendete. Erst 1960 wurde die Bionik beim Council of Scientists in Daytona als eigenständige Wissenschaft anerkannt. Es hat ein eigenes Symbol (siehe Anhang) – ein Skalpell und einen Lötkolben, verbunden durch ein Integralzeichen. Ein Skalpell ist ein Symbol der Biologie, ein Lötkolben ist ein Symbol der Technologie und ein Integral ist ein Zeichen der Unendlichkeit.Wie ich oben sagte, gibt es viele Anwendungen der Bionik im Bauwesen, aber ich zeige Ihnen meiner Meinung nach die interessantesten:Der Architekt Gaudi konzipierte es 1883, der Bau sollte 2026, hundert Jahre nach seinem Tod, abgeschlossen sein.Wie wir sehen können, sind die Säulen wie Bäume mit Ästen, die das Dach des Gebäudes festhalten.Das Dach ist in Form von Flügeln gestaltet, die sich öffnen und schließen lassen und so das Gebäude vor grellem Sonnenlicht schützen. Inspiriert wurde der Autor zu diesem Projekt durch den nahegelegenen Michigansee mit seinen zahlreichen Booten und Segeln.Grundlage der Struktur ist eine Exoskelettstruktur, dank derer Luft durch das gesamte Gebäude strömt.Baujahr 2004. Meiner Meinung nach ist dies die harmonischste Verschmelzung mit der Natur. Das Gebäude in Form eines Rohres biegt sich sanft um die Unebenheiten der Landschaft.Sieht aus wie eine ans Ufer gespülte Muschel. Die Hülle des Gebäudes ähnelt der Haut eines Tieres, die in der Sonne schimmert.undIch denke, das ist das Gebäude der Zukunft. Algen in transparenten Gläsern,

bereitgestellt Nährstoffe und Kohlendioxid. Sie produzieren Biogas, mit dessen Hilfe das Gebäude mit Energie und Wärme versorgt wird.Es ist ein Symbol Australiens, das auf drei Seiten von Wasser umgeben ist. Es ähnelt einem riesigen Schiff, das mit vollen Segeln dem Wind entgegenfliegt.Wie wir von oben sehen können aufgeführte Beispiele Die Gebäude symbolisieren tatsächlich entweder die Tierwelt oder fügen sich in die lokale Landschaft ein. Diese Tatsache bestätigt, dass es Bionik in der Architektur und im Bauwesen gibt; darüber hinaus macht sie die Welt um uns herum harmonisch und für unsere Augen schön.

Bionik im Design

Es gibt viele Anwendungen der Bionik im Design. In der modernen Welt streben Designer danach, den Raum um uns herum für den Menschen natürlicher zu gestalten, damit er angenehm zum Leben, Entspannen und Arbeiten ist ... Ich habe mehrere Möglichkeiten gefunden, wie Designer Wissen über Bionik in die Praxis umsetzen können, hier sind einige davon sie, mehr oder weniger einfach:

Ein Stuhl in Form eines gefrorenen Eichenblattes, ich finde ihn sehr bequem und schön.

Lampenschirm in Kürbisform, heimelig und gemütlich.

Der Innenraum ist in Form eines malerischen Waldes dekoriert.

Ich habe dieses Beispiel aus einem bestimmten Grund gewählt, es scheint mir eine ideale Option zu sein, denn eine Person kommt nach Hause, um sich auszuruhen, und es stellt sich heraus, dass mitten auf einer Lichtung im Wald selbst dieser kleine Tisch einem Baum ähnelt Zweige, grüne und weiße Farben entspannen, machen die Luft transparent. Lebendiges Grün rundherum sorgt für eine angenehmere Atmosphäre.Dank der Entdeckung der Wissenschaft der Bionik begannen die Menschen, sich von der Natur inspirieren zu lassen. Ein neben dem Haus stehender Baum kann zur Schaffung eines Tisches, Stuhls, Schranks usw. führen. So kommen eine Stimmung, Behaglichkeit und Farben in unser Zuhause, die unsere Augen erfreuen. Wir reproduzieren unwillkürlich ein Stück Natur um uns herum, eine liebe Ecke im Betondschungel, wir leben im Einklang mit der Umwelt, ohne das Gleichgewicht zu stören.

Wundertechnologie. Komplex in einfach

Ich habe bereits erzählt, wie Menschen schon in der Antike lebende Organismen ausspionierten und versuchten, etwas Ähnliches herzustellen, zum Beispiel Flügel, Vogelgezwitscher, Werkzeuge in Form von Stoßzähnen usw.Seitdem hat sich also nichts geändert; der Mensch studiert und spioniert bis heute den Aufbau von Lebewesen aus, wiederholt alles, was für den Menschen nützlich ist. An einem klaren Sommertag im Jahr 1948 ging der Erfinder Georges de Mestral mit seinem Hund spazieren. Nach einem Spaziergang bemerkte er Dornen an seiner Hose und an seinem Haustier, dann beschloss er, sie unter einem Mikroskop zu betrachten und sah viele Haken, die sich in Kleidungs- und Wollfäden verfangen hatten. Anschließend beschloss de Mestral, eine Schließe herzustellen, deren Design nach diesem Prinzip funktionieren sollte. Er konsultierte Textilexperten, doch viele verstanden ihn nicht. Schließlich fand sich ein Weber wieder und webte zwei Streifen von Hand (einen mit Haken, einen mit Schlaufen). So entstand der bekannte Klettverschluss, den wir täglich an Jacke, Mütze und Schuhen schließen und öffnen.

Projekt

Nachdem ich mich mit diesem Thema vertraut gemacht hatte, begann ich, mein eigenes Objekt zu erstellen. Davon gibt es viele Mehrfamilienhäuser. Sie sind notwendig, weil die Menschen irgendwo leben müssen und sie nicht viel Platz beanspruchen. Deshalb muss ich mir etwas ausdenken, etwa ein solches Haus, und dabei etwas von der Natur übernehmen. Und mir kam ein Gedanke: Bienenwaben. Warum nicht? Ungewöhnlich und praktisch. Was ist mit der Sechseckform? Die Menschen leben sowohl in runden als auch in dreieckigen Häusern. Und ich begann zu zeichnen. Und das habe ich bekommen.Mir scheint, dass solche Häuser dort gebaut werden sollten, wo es häufig zu Erdbeben kommt. Kann auf dem Dach installiert werden Sonnenkollektoren um den Bedürfnissen des Gebäudes gerecht zu werden und sicherzustellen, dass sich im Winter der Schnee nicht ansammelt, sondern schmilzt.

Ergebnis

Im Laufe meiner Forschung bin ich zu dem Schluss gekommen, dass die neue Wissenschaft der Bionik überall in unserem Leben existiert und große Vorteile für die Menschen mit sich bringt.Mein Vorgesetzter Aigul Minirasimovna und ich studierten das Positive und negative Aspekte Einfluss der Bionik auf die Außenwelt und spiegelte dies in Form dieser Tabelle wider.

Die Tabelle zeigt, dass die neue Wissenschaft die Mehrheit hat positive Eigenschaften auf die Natur, auf die Menschen.

Bionische Formen zeichnen sich durch ihre komplexe Gestaltung und nichtlineare Formen aus.

Die Entstehung des Begriffs.
Das Konzept der „Bionik“ (von griechisch „bios“ – Leben) entstand zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Im globalen Sinne bezeichnet es ein wissenschaftliches Wissensgebiet, das auf der Entdeckung und Nutzung von Konstruktionsmustern natürlicher Formen zur Lösung technischer, technologischer und künstlerischer Probleme basiert, die auf der Analyse der Struktur, Morphologie und Lebensaktivität biologischer Organismen basieren. Der Name wurde 1960 vom amerikanischen Forscher J. Steele auf einem Symposium in Daytona vorgeschlagen – „Lebende Prototypen künstlicher Systeme – der Schlüssel zu neuer Technologie“ –, bei dem die Entstehung eines neuen, unerforschten Wissensgebiets gefestigt wurde. Von diesem Moment an stehen Architekten, Designer, Konstrukteure und Ingenieure vor einer Vielzahl von Aufgaben, die darauf abzielen, neue Formen der Gestaltung zu finden.
In der UdSSR entwickelte sich Anfang der 1980er Jahre dank der langjährigen Bemühungen eines Spezialistenteams des TsNIELAB-Labors, das bis Anfang der 1990er Jahre existierte, die Architekturbionik schließlich zu einer neuen Richtung in der Architektur. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Abschlussmonographie eines großen internationalen Teams von Autoren und Mitarbeitern dieses Labors unter veröffentlicht Allgemeine Ausgabe Yu. S. Lebedeva „Architektonische Bionik“ (1990)
Also der Zeitraum ab der Mitte des 20. Jahrhunderts. bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts. in der Architektur war durch ein zunehmendes Interesse an komplexen krummlinigen Formen gekennzeichnet, eine Wiederbelebung des Konzepts der „organischen Architektur“, das seine Wurzeln hat, bereits auf einer neuen Ebene Ende des 19. Jahrhunderts- Anfang des 20. Jahrhunderts, zum Werk von L. Sullivan und F. L. Wright. Sie glaubten, dass die architektonische Form wie die belebte Natur funktional sein und sich sozusagen „von innen nach außen“ entwickeln sollte.

Das Problem der harmonischen Symbiose der architektonischen und natürlichen Umgebung.
Die technokratische Entwicklung der letzten Jahrzehnte hat die menschliche Lebensweise längst unterworfen. Schritt für Schritt ist die Menschheit aus ihrer ökologischen Nische auf dem Planeten herausgekommen. Tatsächlich sind wir zu Bewohnern einer künstlichen „Natur“ aus Glas, Beton und Kunststoff geworden, deren Kompatibilität mit dem Leben im natürlichen Ökosystem stetig gegen Null geht. Und je mehr die künstliche Natur die lebendige Natur übernimmt, desto offensichtlicher wird das menschliche Bedürfnis nach natürlicher Harmonie. Der wahrscheinlichste Weg, die Menschheit „in den Schoß der Natur“ zurückzubringen und das Gleichgewicht zwischen den beiden Welten wiederherzustellen, ist die Entwicklung der modernen Bionik.

Zypressen-Wolkenkratzer in Shanghai. Architekten: Maria Rosa Cervera und Javier Pioz.

Sydney Opera House. Architekt: Jørn Utzon.

Rolex-Schulungszentrum. Architekten: Japanisches Architekturbüro SANAA.

Architekturbionik ist ein innovativer Stil, der das Beste aus der Natur nutzt: Reliefs, Konturen, Prinzipien der Formbildung und Interaktion mit der Außenwelt. Ideen der bionischen Architektur wurden weltweit erfolgreich umgesetzt berühmte Architekten: der Zypressen-Wolkenkratzer in Shanghai, das Sydney Opera House in Australien, das Vorstandsgebäude der NMB Bank in den Niederlanden, das Rolex-Schulungszentrum und das Obstmuseum in Japan.

Obstmuseum. Architekt: Itsuko Hasegawa.


Innenraum des Obstmuseums.

Zu allen Zeiten gab es in der vom Menschen geschaffenen Architektur eine Kontinuität natürlicher Formen. Doch im Gegensatz zum formalistischen Ansatz vergangener Jahre, als der Architekt einfach natürliche Formen kopierte, basiert die moderne Bionik auf den funktionellen und grundlegenden Merkmalen lebender Organismen – der Fähigkeit zur Selbstregulation, der Photosynthese, dem Prinzip des harmonischen Zusammenlebens usw Bei der bionischen Architektur geht es um die Schaffung von Häusern, die eine natürliche Erweiterung der Natur darstellen, die nicht mit ihr in Konflikt gerät. Weiterentwicklung Bei der Bionik geht es um die Entwicklung und Schaffung von Ökohäusern – energieeffiziente und komfortable Gebäude mit unabhängigen Lebenserhaltungssystemen. Der Entwurf eines solchen Gebäudes umfasst einen Komplex technischer Ausrüstung. Beim Bau werden umweltfreundliche Materialien verwendet Gebäudestrukturen. Im Idealfall ist das Haus der Zukunft ein autonomes, sich selbst tragendes System, das sich nahtlos in die Naturlandschaft einfügt und im Einklang mit der Natur existiert. Die moderne Architekturbionik ist praktisch mit dem Konzept der „Ökoarchitektur“ verschmolzen und steht in direktem Zusammenhang mit der Ökologie.

Formbildung im Übergang von der belebten Natur zur Architektur.
Jedes Lebewesen auf dem Planeten ist ein perfekt funktionierendes System, das an seine Umgebung angepasst ist. Die Lebensfähigkeit solcher Systeme ist das Ergebnis einer Evolution über viele Millionen Jahre hinweg. Durch die Enthüllung der Geheimnisse der Struktur lebender Organismen können sich neue Möglichkeiten in der Architektur von Gebäuden ergeben.
Die Formenbildung in der belebten Natur zeichnet sich durch Plastizität und Kombinatorik aus, durch eine Vielzahl sowohl regelmäßiger geometrischer Formen als auch Figuren – Kreise, Ovale, Rauten, Würfel, Dreiecke, Quadrate, verschiedene Arten von Polygonen und eine endlose Vielfalt äußerst komplexer und erstaunlich schöner, leichte, langlebige und wirtschaftliche Strukturen, die durch die Kombination dieser Elemente entstehen. Solche Strukturen spiegeln die Komplexität und die mehrstufige Entwicklung der Entwicklung lebender Organismen wider.
Die Schwerpunkte der Erforschung der Natur aus Sicht der Architekturbionik sind die Biomaterialwissenschaft und die Biotektonik.
Gegenstand der Forschung in der Biomaterialwissenschaft sind verschiedene erstaunliche Eigenschaften natürlicher Strukturen und ihrer „Derivate“ – Gewebe tierischer Organismen, Stängel und Blätter von Pflanzen, Spinnennetzfäden, Kürbisantennen, Schmetterlingsflügel usw.
Bei der Biotektonik ist alles komplizierter. In diesem Wissensbereich interessieren sich Forscher weniger für die Eigenschaften natürliche Materialien ebenso wie die eigentlichen Prinzipien der Existenz lebender Organismen. Die Hauptprobleme der Biotektonik sind die Schaffung neuer Strukturen auf der Grundlage der Prinzipien und Wirkungsweisen von Biostrukturen in der belebten Natur, die Umsetzung von Anpassung und Wachstum flexibler tektonischer Systeme auf der Grundlage der Anpassung und des Wachstums lebender Organismen.
In der Architektur- und Baubionik wird großen Wert auf neue Bautechnologien gelegt. Also im Bereich der Entwicklung effizienter und abfallfreier Bautechnologien Eine vielversprechende Richtung ist die Schaffung von Schichtstrukturen. Die Idee ist den Tiefseemollusken entlehnt. Ihr robuster Panzer besteht aus abwechselnd harten und weichen Platten. Wenn eine harte Platte reißt, wird die Verformung von der weichen Schicht absorbiert und der Riss schreitet nicht weiter voran.

Technologien der Architekturbionik.
Lassen Sie uns ein Beispiel für einige der häufigsten modernen Trends bei der Entwicklung bionischer Gebäude geben.
1. Energieeffizientes Haus – ein Gebäude mit geringem Energieverbrauch oder keinem Energieverbrauch aus Standardquellen (energieeffizientes Gebäude).
2. Passivhaus (Passivgebäude) – eine Struktur mit passiver Thermoregulierung (Kühlung und Heizung durch Nutzung von Umweltenergie). Solche Häuser sorgen für eine energiesparende Nutzung Baustoffe und Strukturen und es gibt praktisch kein traditionelles Heizsystem.
3. Bioklimatische Architektur. Einer der Trends im High-Tech-Stil. Hauptprinzip bioklimatische Architektur - Harmonie mit der Natur: „... damit ein Vogel, der ins Büro fliegt, nicht merkt, dass er sich darin befindet.“ Grundsätzlich sind zahlreiche bioklimatische Hochhäuser bekannt, bei denen neben Barrieresystemen auch Mehrschichtverglasungen (Doppelhauttechnik) aktiv zur Schalldämmung und Mikroklimaunterstützung bei gleichzeitiger Belüftung eingesetzt werden.
4. Smart House (Intellectual Building) – ein Gebäude, in dem verwendet wird Computertechnologie und Automatisierung optimierten den Licht- und Wärmefluss in Räumen und umschließenden Strukturen.
5. Gesundes Gebäude – ein Gebäude, in dem zusammen mit der Nutzung energiesparende Technologien Und alternative Quellen Bei der Energiegewinnung werden natürliche Baumaterialien (Mischungen aus Erde und Ton, Holz, Stein, Sand usw.) bevorzugt. Zu den Technologien für ein „gesundes“ Zuhause gehören Luftreinigungssysteme von schädlichen Dämpfen, Gasen, radioaktiven Substanzen usw.

Geschichte der Verwendung architektonischer Formen in der Architekturpraxis.
Die Architekturbionik ist kein Zufall. Es war das Ergebnis früherer Erfahrungen mit der Verwendung bestimmter Eigenschaften oder Merkmale von Formen der lebendigen Natur in der Architektur in der einen oder anderen Form (meistens assoziativ und nachahmend) – zum Beispiel in den Säulenhallen ägyptischer Tempel in Luxor und Karnak, Kapitellen und Säulen antiker Orden, gotische Innenräume von Kathedralen usw.

Säulen der Säulenhalle des Tempels von Edfu.

Bionische Architektur umfasst oft Gebäude und Architekturkomplexe, die sich organisch in die Naturlandschaft einfügen und sozusagen eine Fortsetzung davon darstellen. Man kann sie beispielsweise als die Gebäude des modernen Schweizer Architekten Peter Zumthor bezeichnen. Zusammen mit natürlichen Baumaterialien arbeitet es mit bereits vorhandenen natürlichen Elementen – Bergen, Hügeln, Rasenflächen, Bäumen – praktisch ohne diese zu verändern. Seine Gebäude scheinen aus dem Boden zu wachsen und manchmal so sehr mit ihm zu verschmelzen umliegende Natur dass sie nicht sofort erkennbar sind. Beispielsweise wirken die Thermalbäder in der Schweiz von außen wie eine Grünanlage.

Bäder in Vals. Architekt: Peter Zumthor.

Aus der Sicht eines der Konzepte der Bionik – dem Bild eines Ökohauses – können auch uns bekannte Dorfhäuser der bionischen Architektur zugerechnet werden. Sie bestehen aus natürlichen Materialien und die Strukturen dörflicher Siedlungen sind seit jeher harmonisch in die umgebende Landschaft integriert (höchster Punkt des Dorfes ist die Kirche, die Niederung sind Wohngebäude usw.).

Kuppel der Kathedrale von Florenz. Architekt: Filippo Brunelleschi.

Die Entstehung dieses Bereichs in der Geschichte der Architektur ist immer mit einer Art technischer Innovation verbunden: So nahmen beispielsweise der italienische Renaissance-Architekt F. Brunelleschi und Leonardo da Vinci eine Eierschale als Prototyp für den Bau der Kuppel der Kathedrale von Florenz kopierte die Formen der belebten Natur bei der Darstellung und Gestaltung von Bau- und Militärgebäuden und sogar Flugzeugen. Es ist allgemein anerkannt, dass Leonardo da Vinci der erste war, der begann, die Flugmechanik lebender Modelle „aus einer bionischen Position“ zu studieren, der versuchte, ein Flugzeug mit Schlagflügel (Ornithopter) zu entwickeln.

Galerie im Park Güell. Architekt: Antonio Gaudí.

Portal der Passion Christi der Kathedrale der Heiligen Familie (Sagrada Familia).

Fortschritte in der Bautechnik im 19. und 20. Jahrhundert. ergaben neue technische Möglichkeiten zur Interpretation der Architektur der belebten Natur. Dies spiegelt sich in den Werken vieler Architekten wider, unter denen natürlich Antoni Gaudi hervorsticht – der Pionier der weit verbreiteten Verwendung von Bioformen in der Architektur des 20. Jahrhunderts. Die von A. Gaudi entworfenen und gebauten Wohngebäude, das Güell-Kloster und die berühmte „Sagrada Familia“ (Kathedrale der Heiligen Familie, Höhe 170 m) in Barcelona bleiben immer noch unübertroffene architektonische Meisterwerke und gleichzeitig die talentiertesten und talentiertesten charakteristisches Beispiel für die Aneignung architektonischer Naturformen – ihre Anwendung und Entwicklung.

Casa Mila Dachgeschoss. Architekt: Antonio Gaudí.

Gewölbtes Gewölbe der Galerie im Casa Batlló. Architekt: Antonio Gaudí.

A. Gaudi glaubte, dass es in der Architektur wie in der Natur keinen Platz zum Kopieren gibt. Dadurch bestechen seine Bauwerke durch ihre Komplexität – zwei identische Teile findet man in seinen Bauten nicht. Seine Säulen stellen Palmenstämme mit Rinde und Blättern dar, Treppengeländer imitieren die Stängel von Kräuselpflanzen und gewölbte Decken reproduzieren Baumkronen. In seinen Kreationen verwendete Gaudi Parabelbögen, Hyperspiralen, geneigte Säulen usw. und schuf so eine Architektur, deren Geometrie die architektonischen Fantasien von Architekten und Ingenieuren übertraf. A. Gaudí nutzte als einer der ersten die biomorphologischen Gestaltungseigenschaften einer räumlich gekrümmten Form, die er in Form eines hyperbolischen Paraboloids einer kleinen Backsteintreppe verkörperte. Gleichzeitig kopierte Gaudí nicht einfach nur Objekte der Natur, sondern interpretierte natürliche Formen kreativ und veränderte Proportionen und großflächige rhythmische Eigenschaften.
Trotz der Tatsache, dass die semantische Bandbreite protobionischer Gebäude recht beeindruckend und gerechtfertigt erscheint, betrachten einige Experten architektonische Bionik nur als Gebäude, die nicht einfach natürliche Formen wiederholen oder aus natürlichen Materialien geschaffen sind, sondern in ihren Entwürfen die Strukturen und Prinzipien der lebendigen Natur enthalten .

Bau des Eiffelturms. Ingenieur: Gustave Eiffel.

Brückenprojekt. Architekt: Paolo Soleri.

Diese Wissenschaftler würden Gebäude wie den 300 Meter hohen Eiffelturm des Brückeningenieurs A. G. Eiffel, der die Struktur des menschlichen Schienbeins exakt nachbildet, und das Brückenprojekt des Architekten P. Soleri, das an ein aufgerolltes Getreideblatt erinnert, eher als Protobionik bezeichnen und nach dem Prinzip der Lastumverteilung in Pflanzenstängeln usw. entwickelt.

Radweg in Krylatskoje. Architekten: N. I. Voronina und A. G. Ospennikov.

Auch in Russland wurden die Gesetze der belebten Natur übernommen, um einige architektonische Objekte der „Vorperestroika“-Zeit zu schaffen. Beispiele hierfür sind der Radio- und Fernsehturm Ostankino in Moskau, olympische Einrichtungen – eine Radrennbahn in Krylatskoje, Membranabdeckungen eines Hallenstadions an der Mira Avenue und einer universellen Sport- und Unterhaltungshalle in Leningrad, ein Restaurant im Primorsky-Park von Baku und dessen Anschluss in der Stadt Frunze - das Restaurant Bermet usw.
Zu den Namen moderner Architekten, die in Richtung Architekturbionik arbeiten, gehören Norman Foster (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Santiago Calatrava (http://www.calatrava.com/# /Ausgewählt) stechen hervor %20works/Architecture?mode=english), Nicholas Grimshaw (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Ken Young (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html ), Vincent Calebo ( http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) usw.

Wenn Sie an einem Aspekt der Bionik interessiert sind, schreiben Sie uns und wir werden Sie ausführlicher darüber informieren!
Architekturbüro „Inttera“.

Bionik(aus dem Griechischen Bion- Element des Lebens, wörtlich - Leben), eine Wissenschaft an der Grenze zwischen Biologie und Technologie, die technische Probleme auf der Grundlage der Modellierung der Struktur und Lebensfunktionen von Organismen löst.

In jüngerer Zeit (1960) wurde die Wissenschaft der Bionik geboren, deren Ziel es ist, den Menschen dabei zu helfen, die „Geheimnisse“ der belebten Natur kennenzulernen. Die Natur hat ungewöhnlich perfekte Lebensmechanismen geschaffen. Wissenschaftler werden von der Geschwindigkeit und dem Bewegungsprinzip von Delfinen, Walen, Tintenfischen, Spinnen, Maulwürfen, Kängurus, der Flugkunst von Vögeln und Insekten, den Besonderheiten der Sehorgane von Fliegen, Fröschen, den Hörorganen von Quallen usw. angezogen „Geheimnisse“ von Echolokatoren von Fledermäusen, Thermolokalisatoren von Klapperschlangen usw. usw.

Bionik findet Anwendung in Bereichen wie Flugzeug- und Schiffbau, Raumfahrt, Maschinenbau, Architektur, Navigationsinstrumentenbau, Bergbau usw.

Bionik in Bau und Industrie

Betrachten wir einige konkrete Errungenschaften der Bionik, die bereits in die Praxis umgesetzt wurden.

Pinguine bewegen sich, indem sie durch den Schnee gleiten und sich mit ihren Flossen abstoßen. Das Schneemobil wurde nach dem gleichen Prinzip entwickelt am Gorki Polytechnischen Institut. Mit breitem Boden auf dem Schnee liegend, bildet es keine Furchen, rutscht nicht und bleibt nicht hängen.

Schiffbauer auf der ganzen Welt achten seit langem auf die birnenförmige Form des Walkopfes, der besser an die Bewegung im Wasser angepasst ist als die messerförmigen Bugs moderner Schiffe. Im Vergleich zu herkömmlichen Schiffen erwies sich der Waldampfer als wirtschaftlicher.

Kegelförmige finden sich in den Strukturen von Baumkronen und Baumstämmen, Pilzen. Genau diese Form haben Kohlebergwerkskombinate. Dies ist die optimale Form, um Windlasten und der Schwerkraft standzuhalten. Architekten verwenden häufig kegelförmige Strukturen (Fernsehturm Ostankino).

Die von der Natur geschaffenen Strukturen sind viel perfekter als das, was der Mensch bisher leisten kann.

Die Welt der unter der Erde lebenden Tiere ist reich und vielfältig. Regenwürmer, Maulwürfe haben erstaunliche Anpassungen, mit denen sie unterirdische Gänge schaffen.

Sie sind von großem Interesse beim Bau von unterirdischen Grabeinheiten. Beispielsweise wurde ein Originalmodell entwickelt, das sich wie ein Maulwurf unter der Erde bewegt und einen Tunnel mit glatten, dichten Wänden durchbricht.

Die Bionik hat das Prinzip des Aufbaus der Hinterbeine von Amphibien übernommen. Indem man dies in einem Gegenstand wie Flossen verkörpert.

Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie Menschen biologische Modelle anwenden. Aber Tiere haben auch viele andere Eigenschaften, die von Menschen genutzt werden oder genutzt werden können: Ultraschallsehen von Fledermäusen, Echoortung von Delfinen (in einer Entfernung von 20–30 m zeigt ein Delfin genau an, wo sich ein Pellet mit einem Durchmesser von 4,5 m befindet). mm fiel).

Erstellen eines Modells in Bionik- das ist die halbe Miete. Um ein konkretes praktisches Problem zu lösen, ist es nicht nur erforderlich, das Vorhandensein der für die Praxis interessanten Modelleigenschaften zu überprüfen, sondern auch Methoden zur Berechnung vorgegebener technischer Eigenschaften des Geräts sowie Synthesemethoden zu entwickeln, die die Erreichung sicherstellen der im Problem erforderlichen Indikatoren.

Und deshalb viele bionisch Bevor Modelle technisch umgesetzt werden, beginnen sie ihr Leben am Computer. Es wird eine mathematische Beschreibung des Modells erstellt. Daraus wird ein Computerprogramm zusammengestellt - bionisches Modell. Mithilfe eines solchen Computermodells können verschiedene Parameter in kurzer Zeit verarbeitet und Konstruktionsfehler behoben werden.

Das ist richtig, basierend auf Software Modellieren Analysieren Sie in der Regel die Dynamik der Funktionsweise des Modells. Was die besondere technische Konstruktion des Modells betrifft, sind solche Arbeiten zweifellos wichtig, ihre Ziellast ist jedoch unterschiedlich. Dabei geht es vor allem darum, die beste Grundlage zu finden, auf der die notwendigen Eigenschaften des Modells effizienter und genauer nachgebildet werden können. Angesammelt in Bionik praktische Erfahrung Modellierenäußerst komplexe Systeme hat allgemeine wissenschaftliche Bedeutung. Eine Vielzahl seiner heuristischen Methoden, die in Arbeiten dieser Art unbedingt erforderlich sind, haben sich bereits zur Lösung wichtiger Probleme der experimentellen und technischen Physik, wirtschaftlicher Probleme, Probleme beim Entwurf mehrstufiger verzweigter Kommunikationssysteme usw. durchgesetzt.

Die Bionik hat heute mehrere Richtungen.

Die Architektur- und Baubionik untersucht die Gesetze der Entstehung und Strukturbildung lebender Gewebe, analysiert die Struktursysteme lebender Organismen nach dem Prinzip der Material- und Energieeinsparung und der Gewährleistung der Zuverlässigkeit. Die Neurobionik untersucht die Funktionsweise des Gehirns und erforscht die Mechanismen des Gedächtnisses. Die Sinnesorgane von Tieren und die inneren Reaktionsmechanismen auf die Umwelt bei Tieren und Pflanzen werden intensiv untersucht.

Ein markantes Beispiel für Architektur- und Baubionik ist eine vollständige Analogie der Struktur von Getreidestängeln und modernen Hochhäusern. Stiele Getreidepflanzen hält hohen Belastungen stand, ohne unter dem Gewicht des Blütenstandes zu brechen. Wenn der Wind sie zu Boden beugt, kehren sie schnell wieder in ihre vertikale Position zurück. Was ist das Geheimnis? Es stellt sich heraus, dass ihre Struktur dem Design moderner Fabrikrohre in Hochhäusern ähnelt – eine der neuesten Errungenschaften der Ingenieurskunst. Beide Strukturen sind hohl. Als Längsverstärkung dienen die Sklerenchymstränge des Pflanzenstammes. Die Internodien der Stängel sind Ringe aus Steifheit. Entlang der Stängelwände befinden sich ovale vertikale Hohlräume. Die Rohrwände haben die gleiche Designlösung. Die Rolle einer spiralförmigen Verstärkung, die an der Außenseite des Rohrs im Stängel von Getreidepflanzen angebracht ist, übernimmt eine dünne Schale. Zu ihrer konstruktiven Lösung kamen die Ingenieure jedoch aus eigener Kraft, ohne in die Natur zu „schauen“. Die Identität der Struktur wurde später enthüllt.

Die Bionik hat in den letzten Jahren bestätigt, dass die meisten menschlichen Erfindungen bereits von der Natur „patentiert“ wurden. Die Erfindung des 20. Jahrhunderts, wie Reißverschlüsse und Klettverschlüsse, basierte auf der Struktur einer Vogelfeder. Federbärte unterschiedlicher Ordnung, ausgestattet mit Haken, sorgen für zuverlässigen Halt.

Die berühmten spanischen Architekten M. R. Cervera und J. Ploz, aktive Anhänger der Bionik, begannen 1985 mit der Erforschung „dynamischer Strukturen“ und gründeten 1991 die „Gesellschaft zur Unterstützung von Innovationen in der Architektur“. Eine Gruppe unter ihrer Führung, bestehend aus Architekten, Ingenieuren, Designern, Biologen und Psychologen, entwickelte das Projekt „Vertical Bionic Tower City“. In 15 Jahren soll in Shanghai eine Turmstadt entstehen (Wissenschaftlern zufolge könnte die Bevölkerung Shanghais in 20 Jahren 30 Millionen Menschen erreichen). Die Turmstadt ist für 100.000 Menschen ausgelegt, das Projekt basiert auf dem „Prinzip der Holzbauweise“.

Der Stadtturm wird die Form einer Zypresse mit einer Höhe von 1128 m und einem Umfang an der Basis von 133 x 100 m und an der breitesten Stelle von 166 x 133 m haben. Der Turm wird 300 Stockwerke haben befindet sich in 12 vertikalen Blöcken mit 80 Etagen. Zwischen den Blöcken befinden sich Estrichböden, die als Tragkonstruktion für jede Blockebene dienen. Innerhalb der Blöcke befinden sich Häuser unterschiedlicher Höhe mit vertikalen Gärten. Dieses aufwändige Design ähnelt der Struktur der Zweige und der gesamten Krone der Zypresse. Der Turm wird auf einem Pfahlfundament nach dem Ziehharmonika-Prinzip stehen, das nicht eingegraben wird, sondern sich mit zunehmender Höhe in alle Richtungen entwickelt – ähnlich wie sich das Wurzelwerk eines Baumes entwickelt. Windschwankungen in den oberen Stockwerken werden minimiert: Luft strömt problemlos durch die Turmstruktur. Für die Verkleidung des Turms wird ein spezielles Kunststoffmaterial verwendet, das die poröse Oberfläche von Leder imitiert. Bei erfolgreichem Bau ist der Bau weiterer solcher Baustädte geplant.

In der Architektur- und Baubionik wird großen Wert auf neue Bautechnologien gelegt. Eine vielversprechende Richtung im Bereich der Entwicklung effizienter und abfallfreier Bautechnologien ist beispielsweise die Schaffung von Schichtstrukturen. Die Idee ist den Tiefseemollusken entlehnt. Ihr robuster Panzer, etwa der der weit verbreiteten Abalone, besteht aus abwechselnd harten und weichen Platten. Wenn eine harte Platte reißt, wird die Verformung von der weichen Schicht absorbiert und der Riss schreitet nicht weiter voran. Diese Technologie kann auch zur Abdeckung von Autos eingesetzt werden.

Die Hauptgebiete der Neurobionik sind die Erforschung des Nervensystems von Menschen und Tieren sowie die Modellierung von Nervenzellen-Neuronen und neuronalen Netzen. Dies ermöglicht die Verbesserung und Weiterentwicklung der Elektronik- und Computertechnologie.

Das Nervensystem lebender Organismen hat gegenüber den modernsten vom Menschen erfundenen Analoga eine Reihe von Vorteilen:

Flexible Wahrnehmung externer Informationen, unabhängig von der Form, in der sie vorliegen (Handschrift, Schriftart, Farbe, Klangfarbe usw.).

Hohe Zuverlässigkeit: Technische Systeme versagen, wenn ein oder mehrere Teile ausfallen, und das Gehirn bleibt auch dann funktionsfähig, wenn mehrere Hunderttausend Zellen absterben.

Miniatur. Beispielsweise würde ein Transistorgerät mit der gleichen Anzahl von Elementen wie das menschliche Gehirn ein Volumen von etwa 1000 m3 einnehmen, während unser Gehirn ein Volumen von 1,5 dm3 einnimmt.

Energieeffizienz – der Unterschied liegt auf der Hand.

Ein hohes Maß an Selbstorganisation – schnelle Anpassung an neue Situationen und Änderungen im Aktivitätsprogramm.

Eiffelturm und Tibia

Zum 100. Jahrestag der Französischen Revolution wurde in Paris eine Weltausstellung organisiert. Auf dem Gelände dieser Ausstellung war die Errichtung eines Turms geplant, der sowohl die Größe der Französischen Revolution als auch die neuesten technologischen Errungenschaften symbolisieren sollte. Mehr als 700 Projekte wurden zum Wettbewerb eingereicht; das beste wurde als Projekt des Brückeningenieurs Alexandre Gustave Eiffel ausgezeichnet. Ende des 19. Jahrhunderts überraschte der nach seinem Schöpfer benannte Turm die ganze Welt mit seiner Durchbrochenheit und Schönheit. Der 300 Meter hohe Turm ist zu einer Art Symbol von Paris geworden. Es gab Gerüchte, dass der Turm nach den Zeichnungen eines unbekannten arabischen Wissenschaftlers gebaut wurde. Und nur mehr als ein halbes Jahrhundert später machten Biologen und Ingenieure eine unerwartete Entdeckung: Das Design des Eiffelturms bildet exakt die Struktur des Schienbeins nach, das dem Gewicht des menschlichen Körpers problemlos standhalten kann. Auch die Winkel zwischen den tragenden Flächen stimmen überein. Dies ist ein weiteres gutes Beispiel Bionik in Aktion.

Bionik ist eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung der belebten Natur beschäftigt, mit dem Ziel, das erworbene Wissen in praktischen menschlichen Aktivitäten anzuwenden. Probleme der Bionik: Untersuchung der Struktur- und Funktionsmuster Einzelteile lebende Organismen ( Nervensystem, Analysegeräte, Flügel, Haut) mit dem Ziel, auf dieser Grundlage einen neuen Typ von Computer, Ortungsgerät, Flugzeug, Schwimmgerät usw. zu schaffen; Studium der Bioenergetik zur Entwicklung kraftstoffeffizienter, muskelähnlicher Motoren; Untersuchung der Prozesse der Biosynthese von Stoffen mit dem Ziel, relevante Zweige der Chemie zu entwickeln. Die Bionik ist eng mit technischen (Elektronik, Kommunikation, maritime Angelegenheiten usw.) und naturwissenschaftlichen (Medizin) Disziplinen sowie der Kybernetik (siehe) verbunden.

Bionik (engl. Bionics, von bion – Lebewesen, Organismus; griechisch Bioo – leben) ist eine Wissenschaft, die die belebte Natur mit dem Ziel untersucht, das erworbene Wissen in praktischen menschlichen Aktivitäten anzuwenden.

Der Begriff Bionik tauchte erstmals 1960 auf, als sich auf einem Symposium in Daytona (USA) Spezialisten verschiedener Fachgebiete versammelten und den Slogan vorstellten: „Lebende Prototypen sind der Schlüssel zu neuen Technologien.“ Die Bionik war eine Art Brücke, die die Biologie mit Mathematik, Physik, Chemie und Technik verband. Eines der wichtigsten Ziele der Bionik ist es, Analogien zwischen physikalisch-chemischen und informationellen Prozessen in der Technik und den entsprechenden Prozessen in der belebten Natur herzustellen. Einen Bioniker reizt die Vielfalt der „technischen Ideen“, die die belebte Natur im Laufe vieler Millionen Jahre der Evolution entwickelt hat. Eine besondere Stellung unter den Aufgaben der Bionik nimmt die Entwicklung und der Aufbau von Steuerungs- und Kommunikationssystemen ein, die auf Erkenntnissen aus der Biologie basieren. Das ist Bionik im engeren Sinne des Wortes. Bionik ist wichtig für Kybernetik, Radioelektronik, Luftfahrt, Biologie, Medizin, Chemie, Materialwissenschaften, Bauwesen und Architektur usw. Zu den Aufgaben der Bionik gehört auch die Entwicklung biologische Methoden Bergbau, Technologien zur Herstellung komplexer Stoffe organische Chemie, verwendete Baumaterialien und Beschichtungen Tierwelt. Bionik lehrt die Kunst des rationalen Kopierens der belebten Natur, Forschung technische Spezifikationen sinnvolle Nutzung biologischer Objekte, Prozesse und Phänomene.

Eine Möglichkeit hierfür ist die funktionale (mathematische oder Software-)Modellierung, die im Lernen besteht Blockdiagramm Prozess, Objektfunktionen, numerische Eigenschaften dieser Funktionen, ihr Zweck und Änderungen im Laufe der Zeit. Dieser Ansatz ermöglicht es, den interessierenden Prozess mit mathematischen Mitteln zu untersuchen und die technische Umsetzung des Modells durchzuführen, wenn seine Wirksamkeit grundsätzlich festgestellt wurde und noch die wirtschaftlichen, energetischen und sonstigen Möglichkeiten der Konstruktion eines solchen Modells geprüft werden müssen Modell mit den verfügbaren technischen Mitteln zu erstellen. Es gibt noch einen anderen Weg – die physikalische und chemische Modellierung, bei der ein Spezialist auf dem Gebiet der Bionik biochemische und biophysikalische Prozesse untersucht, um die Prinzipien der Umwandlung (einschließlich Zersetzung und Synthese) von Substanzen zu untersuchen, die in einem lebenden Organismus vorkommen. Dieser Weg ist am engsten mit chemisch-technologischen Fragestellungen verbunden und eröffnet neue Möglichkeiten in der Entwicklung der Energie- und Polymerchemie. Der dritte von der Bionik entwickelte Ansatz ist die direkte Nutzung lebender Systeme und biologischer Mechanismen technische Systeme. Dieser Ansatz wird üblicherweise als inverse Modellierungsmethode bezeichnet, da in diesem Fall ein Bioniker nach Möglichkeiten und Bedingungen sucht, um lebende Systeme zur Lösung rein technischer Probleme anzupassen, also versucht, ein biologisches Objekt zu modellieren technisches Gerät oder Prozess. Die Bionik entstand als Reaktion auf Anfragen aus der Praxis und diente als Beginn der Forschung, die auf der Anwendung biologischer Erkenntnisse in allen Bereichen der Technik beruhte. Sein Hauptergebnis besteht darin, die ersten Wege für eine immer bessere technische Beherrschung der Biologie zu ebnen.