Бионика – это многообещающее научно-технологическое направление по заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.

1. Введение
Бионика – это многообещающее научно-технологическое направление по
заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских и
дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.
В последнее десятилетие бионика получила значительный импульс к новому
развитию. Современные технологии тоже развиваются и переходят на наноуровень, а
также позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с изумительной
точностью. Нужно заметить, что современная бионика в основном связана с разработкой
новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными
органами.
Главное отличие человеческих инженерных конструкций от тех, что создала
природа, состоит в невероятной энергоэффективности последних. Следовательно, если мы
будем заимствовать у природы инженерные решения, то можем существенно повысить
энергоэффективность современных технологий.
Природные материалы сверхдешевы и распространены в огромном количестве, а
человек зачастую использует дорогие, редкие и некачественные материалы. Так, материал
оленьего рога значительно крепче самых лучших образцов керамического композита,
которые удается разработать людям. При этом, человек использует достаточно длительные,
неправильные, энергоемкие процессы для получения тех или иных сверхпрочных веществ,
а природа делает их гораздо более интеллектуальными и эффективными способами.
Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает
человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы,
смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны
универсальные знания. А сегодня, после длительного процесса дробления научных
дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний,
которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. И
бионика здесь занимает особое положение.
А во-вторых, в живой природе постоянство форм и структур биологических систем
поддерживается за счет их непрерывного восстановления. Каждая клетка имеет свой
период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и
восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом
равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в
соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования
биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы,
созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада
и восстановления, и в этом смысле они статичны. Их функционирование, как правило,
периодично. Эта разница между природными и техническими системами очень
существенна с инженерной точки зрения.
Природа может помочь найти правильное техническое решение довольно сложных
вопросов. Она подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов
правильный выход из любой ситуации. Природа открывает перед инженерами и учеными
бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей.
2

2. Основная часть
Живая природа – гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и
строитель. Миллионы лет она отрабатывала и совершенствовала свои творения. В течение
всего этого времени животные и растения развивались, видоизменялись и
приспосабливались к всевозможным изменениям окружающей среды. На каждом этапе,
при каждом значительном изменении климата природа делала шаг вперёд, подвергая
пересмотру прежние решения. Естественный отбор безжалостно отбрасывал всё, что не
могло приспособиться к условиям существования. В ходе эволюционного развития в
живых организмах выработались весьма тонкие и совершенные механизмы процессов
обмена веществ, преобразования энергии и информации. Эти «биоинженерные системы»
природы функционируют очень точно, надёжно и экономично, отличаются поразительной
целесообразностью и гармоничностью действий, способностью реагировать на мельчайшие
изменения многочисленных факторов окружающей среды, запоминать и учитывать эти
изменения, отвечать на них многообразными приспособительными реакциями.
Живая природа с незапамятных времён служила человеку источником вдохновения
в его стремлении к научному и техническому прогрессу. В течение всей своей истории
человек учился у природы, копировал её «изобретения». Ещё древнегреческий философ
Демокрит отмечал, что люди в своей изобретательской деятельности подражали природе.
Он писал: «От животных мы путём подражания научились важнейшим делам». Это
стремление подражать творчеству живой природы, созданным ею биологическим
системам, нашло своё яркое выражение уже в первых орудиях труда, созданных человеком
на заре его трудовой деятельности. Так, археологические данные о первых топорах
показывают, что режущим элементом в них был острый камень, напоминающий
естественный зуб медведя, то есть являлся прямым подражанием естественному образцу.
Можно привести и другой пример. Изучение хрусталика глаза в процессе хирургических
операций натолкнуло врачей древности на мысль об использовании линз, изготовленных из
хрусталя или стекла, для увеличения изображения.
Начав с изучения внешней, наблюдаемой стороны творений природы, с
копирования того, что было доступно созерцанию, человек в дальнейшем стал вникать в
сущность вещей и процессов окружающего мира. Также он научился вскрывать их
глубокие взаимосвязи, познавать законы природы и, опираясь на добытые знания, перешёл
к преобразованию познанных вещей и процессов в соответствии с запросами практики.
Так, в области физики изучение многих основных принципов учения об электричестве
было начато с исследования так называемого животного электричества. В частности,
знаменитые опыты итальянского физиолога XVIII века Луиджи Гальвани с лапкой лягушки
привели в конечном итоге к созданию гальванических элементов – химических источников
электрической энергии. Французский физиолог и физик XIX столетия Жан Луи Мари
Пуазейль на основе экспериментальных исследований тока крови в кровеносных сосудах
установил закон течения жидкости в тонких трубках. Леонардо да Винчи предлагал идею о
применении знаний о живой природе для решения инженерных задач. Его чертежи и
схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. Однажды он
сказал: « Птица – это аппарат, действующий согласно математическим законам. И
воспроизвести этот аппарат со всеми его движениями – в пределах возможностей
человека». В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли
моделирование орнитоптера – аппарата для летания с движущимися, как у птицы,
крыльями. Великий русский учёный Н.Е. Жуковский, анализируя полёт птиц, открыл
«тайну крыла», разработал методику расчёта подъёмной силы крыла, которая держит
самолёт в воздухе.
Однако было бы ошибочно думать, что во всей своей многогранной инженерной
деятельности человек только и делал, что подражал природе. Ведь на каком-то этапе своей
изобретательской деятельности человек переключил большую часть своей энергии, знаний
3

3. на создание новой, «искусственной» природы. А потом обнаружилось, что многие
технические конструкции, которые человек изобрёл сам, считал их пределом
совершенства, гордился их оригинальностью, давным-давно запатентованы живой
природой. Сейчас учёные начали замечать, что инженеры сначала создают конструкции, а
уже потом обнаруживают их подобие в живой природе. На самом деле, этому есть
причины. Накопленные биологией знания не могли быть материализованы, потому что в в
ней преобладали анализ и словесное описание, отсутствовала теория и практика
биологического моделирования. Вторая причина состоит в том, что, если анализировать
творчество инженеров и зодчих, пытавшихся в прошлом копировать природу, показывает,
что мало кто из них задумывался над тем, что природа не только красиво «построена», но и
едва ли не идеально «рассчитана». И, наконец, природа же не легко раскрывает секреты
своего творчества.
В одном отношении бионика выгодно отличается от многих других наук, время
зарождения которых установить трудно или невозможно. Ее официальное появление на
свет произошло 13 сентября 1960 года и сопровождалось соответствующими
церемониями. Семьсот ученых - биологи, инженеры, математики, физики и физиологи -
были приглашены на симпозиум в Дейтон, темой которого был девиз «Живые прототипы –
ключ к новой технике». Чтобы быть абсолютно точной, надо сказать, что слово "бионика"
предложил исследователям в августе 1958 года Джек Стил. По его собственным словам,
организационная работа и некоторые бионические исследования начались за несколько лет
до того, как родилось это название. Оно появилось тогда, когда уже стало ясно, что
возникла новая наука, которой пора дать имя. Автор дал четкое определение бионики: это
наука о системах, функции которых копируют функции живых систем, о системах,
которым присущи специфические характеристики природных систем или которые
являются их аналогами. Это грандиозная программа, и ее, конечно, нужно растолковать и
объяснить на конкретных примерах.
Девиз бионики-«Живые прототипы - ключ к новой технике». Учёные – бионики
избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла. Этот союз
биолога, физика и математика позволит проникнуть туда, куда не проникал еще никто, и
увидеть то, что не видел еще никто.
Предметом бионики является изучение принципов построения и функционирования
живых организмов с целью применения этих принципов в технике для коренного
усовершенствования существующих и создания принципиально новых машин, приборов,
механизмов .
Основным методом бионических исследований, построения биологических систем
является моделирование: математическое и физическое. В бионических исследованиях
выделяют пять направлений: нейробионика, моделирование анализаторных систем,
ориентация и навигация, биомеханика и биоэнергетика.
Переработка информации у высших животных и у человека, как известно,
происходит в нервной системе. Основная единица этой сложной системы – нейрон.
Поэтому естественно, что исследование способов преобразования информации в
биологических системах началось с изучения нейронов и разработки их различных
математических и технических аналогов.
В широком масштабе ведутся работы по моделированию анализаторных систем.
Большое внимание уделяется исследованию органов зрения и органов слуха. У
большинства насекомых важнейшим органом чувств является зрение. Известно, что в
отличие от глаз высших животных и человека глаз насекомого состоит из большого числа
фасеток. Фасеточные глаза насекомых не дают достаточно чёткого изображения предметов
сложной формы, но главной их особенностью является опознание движущихся предметов.
Давно замечено, что хищные насекомые бросаются только на движущуюся добычу.
Именно это обстоятельство и было использовано в бионических разработках, где, имея в
качестве прообраза фасеточный глаз пчелы или стрекозы, были сконструированы новые
4

4. приборы определения скорости перемещения самолёта при посадке, автомобиля и других
скоростных объектов.
Также фасеточные глаза насекомых позволяют им использовать явление
поляризации солнечных лучей для ориентации в пространстве. В опытах с пчёлами
Фришем ещё в 1948 году было установлено, что поляризованный свет позволяет
насекомым, не видя солнца, определять свой путь. Вектор поляризации однозначно
указывает насекомому положение светил на небе, а в нормальных условиях ориентация
пчёл осуществляется именно по солнцу. Отсюда следуют по крайней мере две бионические
идеи: во-первых, возможность изготовления микроминиатюрных поляроидов для
физического анализа поляризации лучей: во-вторых, принципиальная возможность
создания средств навигации по положению солнца путём анализа поляризованных лучей.
В институте прикладной оптики и тонкой механики в Йене учёные придумали
суперплоские камеры. Скопированные с фасеточных глаз насекомых плоские объективы
имеют толщину 0,2 мм. Исследователям понадобилось три года, чтобы скопировать
созданные за миллионы лет эволюции фасеточные глаза мухи. При помощи плоских камер
можно осуществить огромное количество мер безопасности, к примеру, установить
детектор сна, который включает тревогу, когда водитель начинает «клевать носом». Или
сенсоры, регистрирующие положение человека в кресле: если водитель или пассажир
сидит, наклонившись вперёд или в сторону, соответствующее положение придаётся и
направлению выброса подушки безопасности. Мегапиксели разрешения здесь ни к чему,
зато благодаря своим размерам плоские камеры могут запросто внедряться в интерьер
автомобиля.
Слуховое восприятие у многих насекомых отсутствует. У отдельных видов практически
невозможно отделить слуховое восприятие от тактильного. Но ряд насекомых имеет явно
выраженный слух. Диапазон слухового восприятия может выходить за рамки нашего слуха
как в сторону инфразвуковых, так и в сторону ультразвуковых колебаний. Так, например,
некоторые виды бабочек воспринимают ультразвуковые посылки летучих мышей и
реагируют на них как на сигнал опасности: одни из них ускоряют полёт, другие
стремительно падают на землю. Размеры некоторых бабочек чрезвычайно малы, менее
одного сантиметра, а значит, малы и размеры их слухового аппарата обнаружения посылок
ультразвукового локатора.
Не менее эффективен слух у многих китообразных, в том числе и дельфинов. Им
необходимо обозревать окружающее пространство на значительно больших расстояниях.
Для звуковых лучей вода «прозрачна» на значительных расстояниях. Поэтому дальность
действия звуковых локаторов в зависимости от частоты и мощности излучения составляет
у дельфинов величину от десятков и сотен метров до нескольких километров. По
дальности действия технические акустические станции намного превосходят всё то, что
можно наблюдать у водных животных. Но дельфины, например, обладают неразгаданными
способностям как бы видеть в воде, лоцируя водное пространство ультразвуком.
Дельфины, помещённые в небольшой бассейн, безошибочно определяют на расстоянии в
несколько метров вид рыбы, которая им предлагалась. По некоторым данным, дельфины
обнаруживают рыб на расстоянии в 3-5 км.
Бионика ведёт широкие исследования морфологических особенностей живых
организмов. Важная и значительная часть этих исследований относится к биомеханике.
Изучаются структурные и функциональные особенности рук и ног человека, форма тела
животных. Ноги человека являются идеальным конструктивным решением механизма
перемещения по пересечённой местности. Первые попытки создания шагающих
конструкций относятся к прошлым столетиям, хотя в те годы существенных успехов
достигнуто не было. Многие фирмы ведут работы по созданию шагающих конструкций. В
программах этих работ большое внимание уделяется изучению структурных и
функциональных особенностей ног человека и животных.
5

5. С проблемой перемещения по рыхлому снегу люди столкнулись в таких районах
нашей планеты, как Крайний Север и Антарктида. Наблюдая за пингвинами, инженеры
пришли к принципиально новому для техники решению. Конструктор А.Ф.Николаев
заметили, что эти птицы приспособились к быстрому перемещению на поверхности
рыхлого снега следующим образом: лёжа на брюхе, пингвины отталкиваются короткими и
сильными крыльями – ластами от снега, как лыжники отталкиваются палками. Это
позволяет им развить скорость до 25 км/ч. По такому принципу и были созданы
снегоходные машины типа «Пингвин». Машина имеет широкое днище, а поступательное
движение вперёд обеспечивается за счёт отталкивания боковыми плицами от снега.
Габариты этой снегоходной машины намного больше, чем габариты её прообраза.
« Пингвин» может развивать скорость до 50 км/ч.
Наряду с шагающими механизмами в бионике широко исследуются способы полёта,
найденные живой природой. Общеизвестны успехи современной авиации, но в силу ряда
причин конструкторы не оставляют без внимания и механизм машущего крыла.
Гениальный учёный Леонардо да Винчи сказал: « Птица – это аппарат, действующий
согласно математическим законам. И воспроизвести этот аппарат со всеми его движениями
– в пределах возможностей человека».
Крыло стрекозы подсказало в своё время авиаконструкторам способ устранения
флаттера – страшного явления, возникающего на определённой скорости полёта, когда
внезапно и бурно возникающие вибрации в кратчайшее время разрушают летательный
аппарат. Признание и развитие идей бионики применительно к задачам воздухоплавания
позволит выявить, своевременно и плодотворно использовать другие секреты живой
природы.
Всем известные слуховые окна - отдушины, призванные поддержать равновесие
давления воздуха внутри домов и атмосферного давления, имеют свой прототип в
анатомическом строении человеческого тела. Сходную функцию осуществляет евстахиева
труба: она поддерживает равновесие давления в воздухокостных полостях черепа и
атмосферного давления.
С незапамятных времен православные храмы, возводимые на Руси,
увенчивались куполом - «луковкой». И это не просто поэтическое название, а реальное
использование принципов бионики в архитектуре, хотя, конечно же, использование это
было чисто интуитивным. Но именно форма луковицы удовлетворяет целому ряду
противоречивых требований: эстетически полноценному внешнему виду, прочности
конструкции под воздействием непогоды, уменьшению нагрузки на каменное основание,
возможно долгому сохранению декоративного покрытия.
Большое внимание уделяется бионическим исследованиям органов стабилизации,
локации, ориентации и навигации у животных. Эхолокация животных, в частности летучих
мышей, помогла разгадать и природу «локационной системы» у слепых людей.
Оказывается, ориентация по звуку своего голоса, позволяет слепым не только находить
дорогу без палки, но и различать «по звуку» материалы: дерево, металл, ткани.
Издревле люди интересовались, как птицы безошибочно находят дорогу,
безошибочно ориентируются в пространстве. Чтобы научиться находить путь от одного
пункта к другому, научиться проверять, нет ли отклонений от намеченного курса, короче
говоря, чтобы овладеть искусством навигации, люди потратили много времени и средств.
Найденные решения, как бы эффективны они ни были, все еще далеки от совершенства; до
сих пор целая армия инженеров и техников трудится в этой области.
Мы часто не замечаем, что окружающие нас животные могут делать работу машин
лучше. Например, выбор оптимальных трасс оросительных каналов можно осуществлять
не только при помощи инженерных расчётов и дорогостоящей проверки на электронно-
вычислительных машинах, а с помощью ослов. Эти животные в условиях бездорожья
безошибочно выбирают кратчайший путь между двумя точками. Интересно то, что
выбранный ими путь имеет минимальные из всех возможных вариантов спуски и подъёмы.
6

6. А ведь именно это и требуется для прокладки оптимальной трассы – при кратчайшем
расстоянии минимум отклонений от горизонтали.
Пингвины, как показали новейшие исследования, обладают отличными
навигационными способностями: они ориентируются среди плавучих льдов и
возвращаются издалека на "свой" берег. Перед второй мировой войной немецкий
орнитолог В. Рюппель поставил многочисленные опыты с ласточками. В одном из них 21
ласточку увезли за 400 км от дома; 11 вернулись на следующий день. В Соединенных
Штатах Америки Д. Гриффин в опытах с серебристой чайкой обнаружил, что с расстояния
400 км все птицы до одной возвращались к гнездам, а с расстояний 1400 км вернулись 4
птицы из 6. Но рекорд принадлежит альбатросу. Несколько пар этих птиц очень мешали
летчикам на базе США - острове Мидуэй в Тихом океане. Людям не хотелось их
истреблять, и они пытались избавиться от них другим путем - отправить в изгнание. Но
ничего не получилось, птицы возвращались домой отовсюду. Один альбатрос, которого
завезли на Филиппины - за 6600 км от родного острова,- вернулся через месяц.
Бионика проводит фундаментальные исследования биоэнергетики живых
организмов. Проблема преобразования энергии - одна из насущных проблем современной
цивилизации. Индустриальная революция опиралась на преобразование тепловой энергии,
полученной от сжигания угля, в механическую - движение маховика паровой машины.
В наше время наиболее удобный вид энергии - электричество, которое легко преобразуется
в другие виды энергии. Было бы очень интересно получать электрическую энергию прямо
от химических реакций сжигания, минуя сложные цепи топок, охладителей, турбин и
генераторов.
Одно решение уже существует - это топливные элементы, использованные в кабине
космического корабля системы "Джеминай". Но нужно еще много сделать; прежде
чем процесс будет индустриализован и станет экономически выгодным. А животные,
осуществляющие такое преобразование энергии, и в значительном количестве, есть - это
электрические рыбы. Может быть, они подскажут новые бионические идеи, осуществимые
в технике.
Кроме основных источников энергии (для растений это солнечная энергия, для
животных - пища), живое существо должно получать энергию, необходимую для
поддержания всех жизненных процессов, в доступной ему форме. Так как энергия
усваивается органами живого существа неравномерно, для хранения накопленных запасов
необходимы приспособления: сахара и жиры для долговременного хранения, сложные
соединения фосфора - для кратковременного. Но жизнь сталкивается с неразрешимой на
первый взгляд задачей: живые молекулы - это чрезвычайно сложные и сравнительно
непрочные химические соединения. Стоит их, например, нагреть, как они распадаются и с
жизнью покончено. Всякая химическая реакция сопровождается выделением тепла, и,
если процесс связан с большими количествами энергии, это выделение тепла может
погубить живой организм, вместо того чтобы поддерживать его жизнь. Возникает вопрос:
как же разрешить это противоречие? Вот пример такого решения для растительной клетки.
Солнечное излучение не что иное, как поток частиц энергии - фотонов. Когда фотон
поглощается растительной клеткой, говорят, что она пришла в состояние возбуждения. Что
это значит? Каждая молекула- это соединение атомов, которые в свою очередь состоят из
ядер и периферических электронов. В покое электрон движется по орбите на определенном
расстоянии от ядра. Чтобы выбить электрон с орбиты, нужно снабдить его некоторым
количеством энергии, но положение его на новой, более удаленной орбите неустойчиво:
возбужденный электрон всегда стремится вернуться на прежнюю орбиту. Совершая этот
прыжок, он возвращает энергию, которая понадобилась, чтобы удалить его от ядра. А
может быть и так: возбужденный электрон не сразу возвращается на прежнюю орбиту, а
проходит целый ряд последовательных ступеней, связанных с цепью сложных химических
превращений молекул. Энергия, освобождающаяся на каждом этапе, составляет
ничтожную часть полной энергии фотона. Таким образом, ни одна из этих реакций не
7

7. несет больших количеств энергии, которые могли бы грозить саморазрушением сложным
молекулам, участвующим в этих реакциях.
При изучении материала к этой работе, я заметила, что большое внимание уделяется
изучению и моделированию работы мышцы, основанной на непосредственном
превращении химической энергии в механическую. Задача преобразования химической
энергии в механическую, легко решаемая в биологических системах, пока мало доступна
для техники. Но первый шаг уже сделан. Известный физик-химик А. Качальский построил
интересную модель мышцы, так называемый мышечный мотор. Активный элемент этой
модели – коллаген. Это вещество входит в состав кожи и связок. Если волокна коллагена
поместить в раствор бромистого лития, они быстро сокращаются, поднимая при этом вес в
тысячу с лишним раз больше собственного. На этом принципе и основан мотор
Качальского.
Другой важнейшей проблемой является разработка принципиально новых
экономичных и дешёвых источников питания энергией. Я поняла, что бионика предлагает
два решения. Первое состоит в том, что можно получить горючие газы из органических
отходов с помощью бактерий. А второе решение снова подсказывает природа. Живые
организмы могут генерировать электричество. Известно около пятисот видов рыб,
генерирующих энергию. Самая мощная «электростанция» у речных угрей – она способна
вырабатывать электрический заряд, напряжение которого достигает 650 вольт.
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и
структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых
организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. В
архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным
технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных
технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея
заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко
распространенного "морского уха", состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок.
Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина
не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.
Некоторые биологические конструкции, придуманные самой природой, используются
человеком в архитектуре. Яркими примерами такого использования являются: паутина,
потому что она – необычайно легкий, экономичный сетчатый материал; муравьиное
гнездо: ведь его принцип построения напоминает о зданиях, возводимых людьми. В них
имеются подвальные помещения, каждое из которых имеет своё предназначение; мягкая
мочалка - её необычайный узор подходит для изготовления прочных и одновременно
элегантных конструкций, которые, например, можно использовать как большие емкости
для перевозки воды или масла.
К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована
всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось воздвигнуть башню,
которая символизировала бы и величие Французской революции, и новейшие достижения
техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан проект
инженера-мостовика Александра Гюстава Эйфеля. В конце ХIХ столетия башня,
названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой. 300-
метровая башня стала своеобразным символом Парижа. И лишь спустя более чем
полстолетия биологи и инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция
Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко
выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими
поверхностями. Это ещё один показательный пример бионики в действии.
Первые попытки использовать бионику в строительстве предпринял известный на
весь мир своей необычностью архитектор Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля
известен и как «природа, застывшая в камне». В 1921 г. к теме бионики в архитектуре
обращается Рудольф Штайнер Гетеанум. Немного позже, в 1980 году архитектурная
8

8. бионика была признана как новое независимое направление в архитектуре. За это время
построено уже немало зданий в биостиле. К ним относятся здание правления NMB Bank в
Нидерландах, здание Сиднейской оперы в Австралии, небоскреб SONY в Японии, «Дом
Дельфин» в Санкт-Петербурге и другие. С большим нетерпением весь мир ожидает
осуществления проекта башни-города в Шанхае. Ее форма напоминает форму кипариса
высотой 1228 м. Небоскреб будет насчитывать 300 этажей, расположенных в двенадцати
вертикальных кварталах. Опорой этого сооружения будут сваи, которые под воздействием
тяжести вместо того, чтобы углубляться, будут расширяться по принципу гармошки.
Построение такого города-башни поможет в решении проблемы перенаселенности Китая,
так как он рассчитан примерно на 100 тысяч жителей. «Кипарис» будет возведен с учетом
всех требований архитектурной бионики. Создатели этого проекта Кавьер Пиоф и Роза
Тервера скромно заявили: «Природа сделала это до нас и лучше нас». Бионика в
архитектуре – это не просто искривленность очертаний форм, внешнее подобие раковинам
моллюсков, птичьей скорлупе, пчелиным сотам, ветвям лесной чащи и т.д. Прежде всего
это более удобные, более гармоничные, более надежные пространства жизнедеятельности
человека. Метод архитектурной бионики объединяет в себе абстрактное и конкретное –
законы математики и эмоции. Он создает предпосылки для синтеза науки и искусства.
Сейчас учёные-бионики ведут работы по исследованию принципов восприятия,
обработки, запоминания и использования информации. Теоретической базой этого
направления бионики является кибернетика. Здесь исследуются принципы построения
отдельных элементов, созданных в природе: нейронов и рецепторов. Нейрон – это
основной структурный и функциональный элемент нервной системы. Одни исследователи
рассматривают нейрон как прообраз логического элемента технической кибернетики.
Другие исследователи видят свою цель в том, чтобы обнаружить и понять механизмы
запоминания информации в нейроне. Необозримо велик круг тех задач бионики, которые
связаны с исследованием рецепторов. Конечной целью этих исследований является
создание разнообразных датчиков информации. Инженеры ожидают, что раскрытие
механизмов деятельности рецепторов позволит пополнить арсенал электроники и
автоматики датчиками принципиально нового типа, например датчиками вкусовых и
обонятельных сигналов.
Нужно сказать, что дизайнеры тоже используют бионику в своей работе. Всему миру
известны машины Volvo. Там встроена система с нейронным механизмом, который
регулирует их «безаварийное» передвижение крыло-в-крыло с сородичами, лег в основу
разработок в автоиндустрии. А ведь такой механизм подсказала людям природа. Так себя
ведёт саранча в стае.
Почти на каждой куртке используются так называемая «липучка». История её
создания очень интересна. В 1948 году швейцарский инженер Джордж де Местраль как
обычно чистил от семян репейника свою собаку после прогулки, как вдруг обратил
внимание на крепление репья. После этого он решил создать механизм, который бы
повторял такую надежную систему, как у репейника. Джордж де Местраль назвал свою
разработку Velcro – именно под этим товарным знаком ее знают в Европе и Америке, у нас
в России прижилось название «липучка».
Французскому профессору Ле-Риколе человеческий скелет дал идею создания
дырчатых конструкций, имеющих большую прочность и сравнительно небольшой вес.
Строение арочного моста практически полностью повторяет позвоночно-реберный каркас
позвоночных животных.
При проектировании Сикстинской капеллы ставилась задача возможно
максимального освобождения конструкции от несущих колонн. Ключом к решению этой
задачи оказалось предложенное учеными того времени копирование пропорций куполов
термитников, не имеющих подпорок. Другой формой правильного купола,
отличающегося высокой прочностью и требующего минимального количества несущих
колонн, является складчатая конструкция, подсказанная человеку формой листьев
9

9. некоторых растений, имеющих ребристую и веерообразную форму. В современной
архитектуре получают тонкостенные складчатые конструкции, с использованием которых
в США построена складчатые купола с пролетами в 100-200 м, а во Франции - 218 м.
В основу проекта древнегреческих амфитеатров с их поистине великолепной и
непревзойденной до сегодняшнего дня акустикой, было положено чашеобразное строение
цветка водяной кувшинки, жужжание насекомых в котором звучит наиболее громко. Это
было подмечено еще до нашей эры, но конструкции древних театров не кажутся
устаревшими и сейчас.
Многое привнесено в архитектуру из мира насекомых. Так, в создании панелей, из
которых сейчас построены многие дома, использован принцип строения пчелиных сот,
позволивший параллельно с увеличением запаса прочности конструкции значительно
облегчить и удешевить их. Некоторые из ультрасовременных покрытий для крыш и стен
домов буквально имитируют покрытие верхних крыльев жуков, обладающих
терморегулирующим действием.
Прообразом множества архитектурных конструкций послужили растения. Например,
коленчатые конструкции телебашен, полностью повторяют принцип организации
стеблей злаков, наиболее наглядно проявляющийся в коленчатом строении стебля
бамбука.
Архитектор Огюст Перре, проектировавший здание театра на Елисейских полях в
Париже, построил большой музыкальный зал этого театра, задаваясь целью дать звуку
наибольшую свободу для того, чтобы он хорошо распространился и не требовал
дополнительной электронной акустической системы. Реализация этого проекта стала
возможной только при использовании принципов бионики: был построен сперва закрытый
зал, а внутри него - другой, «просверленный» в пропорциях, точно соответствующих
покрытию листьев.
Понтонные конструкции, крайне перспективные благодаря исследованиям по
получению белка из морских организмов, во многом имитируют скопление листьев белой
кувшинки - и соотношением объема и площади, и наличием воздушной подушки.
Нередко листья сворачиваются в трубку, закручиваются в причудливую спираль,
образуют желоба, что обеспечивает наибольшую их прочность. Такая трансформация
легла в основу идеи проекта речного моста в виде полусвернутого листа. При испытании
экспериментальной модели такого моста была отмечена поразительная легкость и
необычная прочность конструкции, обеспечивающаяся загнутыми краями.
Современная бионика интенсивно развивается, и в ней рождаются новые течения.
Примером такого нового течения является гидробионика. Некоторые пловцы на
международных соревнованиях стали использовать специальные плавательные костюмы
Speedo. По статистике, эти пловцы проплывают на 1,5 секунды меньше, чем обычно.
Когда все заметили, что скорость пловцов увеличилась, задали вопрос: в чём секрет этого
волшебного «скоростного» костюма? Ответ оказался не очень сложным. Образцом для
создания таких плавательных костюмов стала кожа акулы, которая в ходе эволюции стала
состоять из особых рифлёных чешуек. Благодаря чешуйкам акулья кожа стала такой
гладкой, что рыба весом почти в тонну свободно скользит в воде, почти не встречая
сопротивления среды. В соответствии с этим образцом плавательные костюмы были
оснащены тысячами искусственных чешуек.
В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются
исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и
чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств.
Например, термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры
в 0,0010 о
C, электрический орган рыб (скатов, электрических угрей) воспринимает
потенциалы в 0,01 микровольта, глаза многих ночных животных реагируют на единичные
кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м3
(=1мкг/л).
10

10. Заключение
Решая в процессе создания современных технических систем различные задачи,
человек понял, что многие из них уже решены природой, и часто проще, лучше и надёжнее,
чем это сделано человеком. Поэтому необходимо и полезно продолжать учиться у
природы, как это делал человек всегда – и когда изобретал свои первые простейшие
машины, и когда строил висячие мосты, и когда находил способы обработки продуктов и
материалов. Одна из целей бионики и состоит в том, чтобы ускорить процесс поиска
оптимальных конструкций, обратив внимание конструкторов в самом начале
проектирования на некоторые аналоги, наблюдаемые в живой природе, ведь природа и
техника строят по одним и тем же законам, соблюдают принцип экономии материала, ищут
для создаваемых систем оптимальные конструктивные решения. Чаще всего природные
материалы гораздо лучше и экономны, чем материалы, созданные человеком, поэтому мы
должны бережно относиться к природе и защищать её.
Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире
техники. И самые неожиданные сюрпризы ждут нас в разработке различных приборов
обнаружения, методах добычи полезных ископаемых и производства веществ. А в технике
— и этого ожидают — появятся такие системы управления, куда будут «встроены» новые,
биологические машины. Заглядывая далеко вперед, ученые предсказывают наступление
подлинной биоэры. Контуры ее пытаются обрисовать уже сегодня, основываясь на первых
успехах бионики. Я думаю, что в скором времени мы по примеру живой природы, начнем
строить орнитоптеры, быстроходные подводные лайнеры, вездеходы для путешествий по
Луне, Марсу, Венере и другим планетам; воздвигать на Земле лучезарные города из домов -
деревьев и сказочной красоты поселения на дне морей и океанов; свободно
ориентироваться в космосе, как птицы в воздухе; точно прогнозировать изменения
погоды, наступление землетрясений и вулканических извержений; выращивать различные
радиоэлектронные устройства, невиданные биомеханизмы, искусственные нейроны;
строить белковые вычислительные машины. Прямое превращение солнечного света в
одежду и продукты питания по образцу фотосинтеза, происходящего в каждом зеленом
листе. Вместо громоздких машин — искусственные мышцы. Управление самолетами,
станками, автомобилями и ракетами простым усилием воли, мысли, без всяких штурвалов
и рулей. По самой своей природе бионика не из тех наук, которые преподают в пределах
одного академического курса. Самое важное в ней - это особый подход к изучению жизни
и технических проблем. Бионика должна взять за основу этот подход - не копировать
прототип в деталях, но сначала понять принцип действия, а затем применить его в
конструкции. Только при таком подходе моделирование будет плодотворным и послужит
дальнейшему прогрессу. Также я считаю, что в будущем у бионики появятся новые задачи
и направления, потому что это современная наука и она быстро развивается. Она блестяще
доказала свою жизнеспособность за всю историю человечества, потому я предполагаю, что
она сыграет одну из важнейших ролей в нашем развивающемся мире.
Список литературы
1. Л.П. Крайзмер, В.П. Сочивко. Бионика, М., Энергия, 1968.
2. И.Б. Литенецкий. На пути к бионике, М., Просвещение, 1972.
3. Л.Жерарден. Бионика, М., Мир, 1971.
11