Биологические науки/ 9.Биохимия и биофизика.

Проф. Аужанова Н.Б.

ЖГУ им. И.Жансугурова, Казахстан

Некоторые примеры бионики

С давних пор человек стремился заглянуть «внутрь живых моделей», разгадать «секреты» действия биологических систем, созданных в мастерской природы.

Бурный рост технической мысли, начавшийся с середины нашего столетия, развитие биологии и вторжение и неё точных наук, как физика, химия, математика и особенно кибернетика, перебросившая мост от биологии к технике, - всё это привело к взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие нового научного направления, получившего название бионики (от слова «бион» - элемент, ячейка жизни).

Бионика занимается изучением аналогий в живой и не живой природе, т.е. изучением принципов построения и функционирования биологических систем и их элементов и применением полученных знаний для коренного усовершенствования существующих технических систем, созданием принципиально новых машин, аппаратов, строительных конструкций и т.д.

С незапамятных времён пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достичь живая природа. Сможет ли он научиться, например, летать по воздуху, как птицы, или плавать под водой, как рыбы. Если природа это сделала, значит, в принципе это возможно, и надо только найти ключ к решению задачи, чтобы научиться делать то, что мы видим в природе. Уже ранние изобретатели-самоучки предпринимали попытки овладеть секретами природы, технически освоить то, что она осуществило сама. Именно тогда, на заре человечества, пустила свои корни бионика – наука, объединяющая биологию и технику.

Самым невероятным на тот момент для человека казалось покорение воздуха. Одним из первых эту проблему начал решать Леонардо да Винчи, не только великий художник, но и выдающийся техник-изобретатель своей эпохи.

Леонардо да Винчи придумал устройство, при помощи которого человек, по мнению ученого, мог бы взлететь. Он уже тогда предусматривал систему пружин и блоков, усиливающих работу крыльев искусственного планера. Конечно, такой аппарат был очень громоздкий, тяжелый, и взлететь на нем, да еще при помощи машущего полета. Было практически невозможно. Вероятно, причина этого крылась в чисто теоретическом характере работы ученого. Между прочим, проблема машущего полета для бионики даже сейчас не решена полностью.

Рассмотрим как устроен полет у птиц. Во время подъема крыла каждое из перьев из-за сопротивления воздуха принимает вертикальное положение. На стадии опускания перья по той же причине в силу своего строения переходят в горизонтальное положение. В результате создается импульс и птица взлетает.

Знание устройства крыльев птиц и насекомых дает огромные перспективы для построения так называемых махолетов, орнитоптеров и прочих подобных механизмов. В последнем примере нужно рассмотреть систему соединения перьев в крыле птицы. Контурное перо имеет узкий твердый ствол и широкие, мягкие опахала по его сторонам. Они образуются густой сетью отходящих от ствола очень тонких роговых бородок. Бородки 1-го порядка прикреплены к стволу параллельно друг другу. От каждой такой бородки с 2-х ее сторон отходят ещё более тонкие бородки 2-го порядка, налегающие на соседние и цепляющиеся за них микроскопическими крючками. Это принцип воем известной застежки – «молнии».

Большим вниманием ученых биоников и специалистов, занимающихся разработкой локационных систем привлекли дельфины.

Как выяснилось, дельфины совершенно спокойно ориентируются в мутной воде, где видимость не превышает 50 см. Было также обнаружено, что дельфины свободно находят куски рыбы, помещенные в водоем бесшумно в самые темные ночи, а также на большой скорости обходят установленные в бассейне препятствия.

Ученые посчитали, что человечество движется сейчас навстречу своему будущему с «ускорением» в 150 человек в минуту, или 9000 человек в час. «Скорость» нарастает за счет падения смертности в результате повышения уровня цивилизации, улучшения медицинского обслуживания. Растет длительность жизни.

Если нынешний темп прироста сохранится, то можно ожидать, что уже через 6 лет (к 2006 году) на земном шаре будет проживать 7,4 млрд. человек. Следовательно, процесс концентрации человечества в городах неизбежен, т.к. индустриальный путь развития - объективная необходимость для всех стран мира. Семь тысяч лет назад на одного жителя земли приходилось в среднем 15 км² суши, сегодня эта цифра уменьшилась уже до 0,04 км². Поэтому вполне естественно, что внимание архитекторов – градостроителей все больше обращается к морям и океанам, занимающим 3/4 площади земного шара.

Многие зодчие считают, что XXI век станет веком морских городов. Люди будут жить в гигантских сооружениях из бетона, стекла и пластика, опирающихся на сваи, забитые глубоко в морское дно. Такие города, как утверждают инженеры, можно строить практически в любом месте голубого континента, где позволяют глубина и не слишком высокие приливы - в Северном море, Мексиканском заливе, в Черном, Балтийском, Адриатическом морях, вдоль Южного побережья Американского континента от Рио-де-Жанейро до Ла-Платы.

Как же будет строиться город среди моря? Сначала в дно забьют сваи, т.к. в этой части моря даже в часы приливов глубина не превышает 9 м. Затем на них уложат железобетонные плиты, которые образуют подковообразную платформу длиной около 1,5 км и шириной 1 км. На этой платформе возведут из готовых блоков шестнадцатиэтажные амфитеатры. В верхних восьми этажах расположатся жилые помещения, в нижних – административные и промышленные. Внутри лагуны на плавающих искусственных островах будут находиться магазины, центры отдыха и развлечений.

Оригинальный проект возведения городов на водной поверхности разработал архитектор Рудольф Дернах. Он предлагает заморозить отдельные участки океана (антифриз и другие криотехнологии вполне позволяют это реализовать) и на поверхности этих огромных искусственных льдин строить города, а под ними создавать большие рыбоводческие фермы [2]. Автор проекта считает, что атомная энергия уже в ближайшем будущем позволит реализовать эту возможность. А как выглядят морские поселения на настоящий момент?

Два акванавта - Джон Линдберг и Роберт Стенуи в изготовленной из резины так называемой «палатке» пробыли под водой на глубине 130 м двое суток и убедительно доказали, что в этих необычных условиях человек «сухопутный» может жить и плодотворно работать. Автор проекта «морской палатки» Эдвин Линк.

И все-таки может бионика поможет модернизировать наземные здания? Конечно, поможет. Немецкий архитектор Домингер разработал проект высотного жилого дома по типу «елки». План «елочного» здания таков: на железобетонном «стволе», в котором расположены лифты, кабели, водопроводные и газовые магистрали, укреплены, словно ветви квартиры. Каждая такая квартира крепится на отдельном кронштейне. Высота дома 100 м, поверхность же опоры, на которой стоит здание, занимает очень мало места – всего 25 м². Квартиры «ветки» дома – «елки» спроектированы из стандартных деталей, что как нельзя лучше для серийного производства. Применение легких, прочных и долговечных материалов позволяет делать жилой дом из двух частей – несущей конструкции и легких объемных блоков квартир.

Литература:

1. Вакула В. Биотехнология – что это такое? – М.: Мол.гвардия, 1989.

2. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии. - М.: Просвещение, 1986.

3. Литинецкий И.Б. Бионика. - М.: Просвещение, 1976.

4. Klaus Wunderlich / Wolfgang Gloede «Nature as Constructor», 1989.