9 клас 11.03.2024 Основи біоніки в проектуванні

 9 клас 11.03.2024

ТЕМА: Основи біоніки в проектуванні

I. Актуалізація опорних знань

    Незабаром у нашій школі свято — День української писемності та мови. Усі учні до нього готуються заздалегідь. Наш клас вирішив оформити інтер'єр актового залу до цього свята. Але, як завжди, виникла проблема! Де взяти оригінальні ідеї? Довго думали з однокласниками і вирішили запозичити ідеї у природи. Саме вона є невичерпним джерелом ідей і натхнення, найталановитішим творцем прекрасного. Багато об'єктів мають вражаючу подібність із живою природою. Люди дивуються її досконалості, постійно вчаться в неї. Отож і ми вирішили в оформленні свята використати форми об'єктів живої природи.

• 1. Якими виробами можна прикрасити інтер'єр актового залу до свята?
• 2. Як можна навчитися запозичувати ідеї у природи під час створення виробів?
• 3. З яких конструкційних матеріалів їх виготовити?

Опорні поняття

Проектування, моделювання, наука біоніка, метод функціональних аналогій.

Design, modeling, science-bionics, functional similarities method.

Навіщо це тобі потрібно?

• Розкриватимеш безмежний світ творчості.

• Тільки у творчій діяльності зможеш створювати оригінальні речі!

II. Вивчення нового матеріалу

    У 5 класі ти вже ознайомлювався(-лася) з наукою біонікою, яку офіційно визнано в середині минулого століття. І хоча людина завжди черпала знання у природи, лише з появою сучасних технологій з'явилася реальна можливість відтворювати за кілька годин те, що народжується у природних умовах роками!

У чому особливість науки біоніки?

Біоніка (від грец. βίον — живе) — прикладна наука про використання форм, конструкцій, принципів і технологічних процесів живої природи в техніці, архітектурі та дизайні.

Наука біоніка поєднує в собі біологію і техніку.

До речі

Стів Джобс, відомий американський підприємець і винахідник, сказав: «Я думаю, що найгеніальніші відкриття ХХI ст. будуть зроблені на стику двох наук — біології і технології. Це стане початком нової ери».

Дещо з історії. Леонардо да Вінчі вважають найвідомішим дослідником у сфері біоніки. Досліджуючи різні явища природи, рослини, птахів, він винаходив різноманітні технічні пристрої. Зокрема, на основі запозичених у природи знань про політ птахів він намагався сконструювати літальний апарат із крилами — орнітоптер (мал. 1).

Мал. 1. Леонардо да Вінчі та його орнітоптер

До речі

Задачу Леонардо да Вінчі з конструювання літального апарата з крилами, що змахують, уже вирішено! Інженери німецької компанії Festo створили біонічного робота-бабку.

Біонічний робот-бабка

Напрямки розвитку біоніки.

Біоніка – наука молода, але вже сформувались основні напрямки дослідження та втілення розробок.

·        Нейробіоніка – вивчає роботу мозку, пам’яті, зору, слуху, мови, нервову систему живих істот. Ці знання дозволяють вдосконалювати електроніку та обчислювальну техніку, на основі чого створювати та вдосконалювати технічні об’єкти та засоби безпеки.

Приклади – електронна пропускна система ідентифікує особу за сітківкою ока, голосом, відбитком пальця; розумний будинок – керування побутовими приладами, опаленням та освітленням голосом чи звуком; автомобілі, що самостійно визначають дистанцію до попереднього автомобіля, відстань між воротами гаража, автоматично паркуються на невеликій парковці; в тих же автомобілях - голосове управління навігацією;  на черзі створення протезів для людей з обмеженими можливостями, керованими голосом чи думкою, біороботи чи роботизовані пристрої (в Японії – робот-компаньон).

    Архітектурно-будівельна біоніка – вивчає будову скелета, кісток, стебла,квітів, фотосинтезу, тощо. Ідеї втілюються у будівельних конструкціях та будівлях.

Приклади – будівля, що обертається за сонцем – сонях; хмарочос -  хлібний колос; сонячні батареї – фотосинтез; покриття стадіонів – квітка, утеплення та покрівля будинків – з пористих та природних матеріалів. Існує окремий напрямок архітектури – розробка с створення біобудинків, як замкнутих, екологічно безпечних систем з усіма сучасними зручностями.

·         Технічна біоніка – вивчає форму біологічних об’єктів, природне покриття, способи з’єднання частин скелета  для вирішення технічних інженерних задач.

Приклади – обтічна форма рухомих механізмів – машин, літаків, підводних човнів, швидкісних потягів – дозволяє зменшити опір повітря (води) та витрату палива ( сучасні новітні автомобілі використовують 3л палива на 100 км шляху);  спеціальне покриття корпусу дозволяє збільшити швидкість, приховати від радарів.

·         Побутова біоніка – відтворює форму, запах, дизайн природних об’єктів у виробах повсякденного вжитку.

Приклади :  килимове покриття – трав’яний газон; плафони освітлювальних приладів – квіти; форма окремих частин меблів чи декору; рослинний орнамент обоїв та текстилю; фасони одягу, освіжувач повітря чи миючі засоби з рослинним запахом, тощо.

·         Не всі досягнення наукових досліджень одразу можуть бути втіленні у вироби за браком відповідних матеріалів, відсутністю технічних можливостей та знань. Такі гіпотези перевіряються математичним моделюванням – математичним обчисленням можливого втілення при певних умова

Біоніка в архітектурі. Відомий іспанський архітектор-новатор початку ХХ ст. Антоніо Гауді мав неабияку фантазію, яку черпав у природних формах. Це був прорив в архітектурі! Спланований ним у 1900-1914 рр. архітектурний шедевр «Парк Гуеля» і нині вражає неповторністю химерних форм (мал. 2).

Мал. 2. Парк Гуеля

Антоніо Гауді у знаменитому будинку Батльо химерні форми та органічні мотиви застосував до всього — від фасаду до інтер'єрів та меблювання. Покрівля викладена черепицею так, що нагадує риб'ячу луску (мал. 3). Сальвадор Далі із захопленням писав про цей будинок: «Це величезна, дивовижна, яскрава, переливчаста мозаїка з неперевершеною грою фарб, що іскряться, а з них проступають водні стихії».

Мал. 3. Будинок Батльо в Барселоні (Іспанія)

Можливості застосування біоніки у винаходах безмежні! Природа надихає людину на творчість, на технічне копіювання її ефективних рішень (мал. 4).

Мал. 4. Приклади запозичення природних форм в архітектурі

Біоніка і медицина. Застосування біоніки в медицині дає унікальні можливості врятувати життя людям і тваринам, покращити якість життя. Медики свідчать, що незабаром новітні технології дадуть змогу замінювати зношені органи людини на механічні прототипи. Вже нині розробляються все нові й нові технології зі створення штучних органів (мал. 5).

Мал. 5. Біонічні імпланти

Біоніка в дизайні одягу. Краса природи — невичерпне джерело естетизації та гармонізації форми, кольорової гами, конструкції нових моделей одягу (мал. 6).

Мал. 6. Біоніка в дизайні одягу

До речі

Появі застібки — липучки ми завдячуємо швейцарському інженеру Жоржу де Местралю. У 1941 р. під час прогулянки до його собаки причепилися реп'яхи. Не так легко виявилося їх віддерти від її шерсті. Дослідивши будову рослини, де Местраль визначив, що вона чіпко трималася завдяки крючечкам на її плодах. У 1955 р. він запатентував зручну текстильну застібку — липучку Velcro, яка і сьогодні широко використовується у виготовленні одягу.

Біоніка в інтер'єрі. У створенні дизайну інтер'єрів, виробів інтер'єрного призначення часто використовують метод функціональної аналогії (мал. 7).

Мал. 7. Вироби для інтер'єру

Тепер ти знаєш, що ідеї для проектування нових виробів оточують нас усюди. Природа відкриває безмежні можливості для запозичення в неї продуктивних ідей і технологій.

У проектуванні виробів біоніку успішно застосовують за допомогою методу функціональних аналогій — перенесення моделей з природного середовища у сферу неживих предметів (галузь техніки) на основі аналогій.

    Як навчитися цьому методу? Спочатку уважно спостерігають і вивчають певні природні об'єкти. Далі здійснюють порівняльний аналіз живих об'єктів та об'єктів, створених людьми. На основі здійсненого аналізу дизайнер робить висновки про доцільність використання характеристик живих об'єктів для створення або удосконалення нової моделі об'єкта проектування.

Метод функціональних аналогій у біоніці

    Найкращий учитель завжди поруч з нами — її величність Природа! Хто здатен споглядати красу, різнобарвність та витонченість живої природи, той здатен надихатися нею на творчість, самостійно створювати нові образи виробів і відображати їх на папері.

III. Запитання для самоконтролю  

• 1. Які природні форми тобі нагадують зображені моделі одягу?

• 2. Яка послідовність застосування методу функціональних аналогій?
• 3. Розглянь уважно зображення на малюнках. Знайди подібність між об'єктами природи та предметами дизайну.

                                                                Вироби-аналоги

IV. Домашнє завдання

 Огляньте уважно свою кімнату, квартиру, побутові прилади та меблі, знайдіть приклади застосування біоніки у розробці речей, запишіть 5 прикладів, які вам здались найбільш вдалими.

 Відповіді надсилайте на ел. адресу    irina.кеfala@gmail.com 

Не забувайте вказувати число виконаної роботи, прізвище і клас. Відеоролик по темі можна подивитися за посиланням:

https://www.youtube.com/watch?v=NSMsT8amkQ4