Жижилевой Марии,

Юридический факультет, 205 группа

Семинар 5. Тема 5. Мир как система. Системный подход в современной науке

29 Апреля 2016 г.

Задание к семинару

Часть А

Задание 3

«Живые прототипы – ключ к новой технике»

(девиз ученых-биоников)

• Само понятие бионика появилось в начале двадцатого века. Что же оно значит? Как связаны бионика и кибернетика?

На сегодняшний день одной из самых прогрессивных наук современности можно считать бионику. Возможности, открываемые исследованиями бионики перед человеком, поистине поразительны.

Бионика (bion в переводе с греческого – «живущий») — это пограничная между техникой и биологией наука, ищущая решения инженерным задачам в моделировании структуры и жизненной деятельности организмов. Эта наука тесно связана как с естественными дисциплинами — биологией, химией и физикой – так  и с инженерными науками – электроникой и навигацией.

Отличительная черта бионики — использование в технике знаний о конструкции живого организма. Как уже сказано в вопросе к данному заданию, бионика как отдельная наука сформировалась относительно недавно, однако у нее довольно глубокие корни. Прародителем этой дисциплины считается Леонардо да Винчи, использовавший принцип строения птичьего крыла в разработке схем летательных аппаратов.

Бионика явилась своеобразным мостом, связавшим биологию с математикой, физикой, химией и техникой. Одна из важнейших целей бионики — установить аналогии между физико-химическими и информационными процессами, встречающимися в технике, и соответствующими процессами в живой природе. Специалиста-бионика привлекает все многообразие «технических идей», выработанных живой природой за многие миллионы лет эволюции. Особое место среди задач бионики занимают разработка и конструирование систем управления и связи на основе использования знаний из биологии. Это бионика в узком смысле слова. Бионика имеет важное значение для кибернетики, радиоэлектроники, аэронавтики, биологии, медицины, химии, материаловедения, строительства и архитектуры и др¹.

  Кибернетика неотделима от бионики. В самой краткой формулировке кибернетика - это наука об общих законах управления в живых и неживых системах. Специалистов в области кибернетики объединяет общая цель: максимально автоматизировать процессы управления в различных сферах деятельности человека, повысить производительность труда. Но для этого необходимо глубоко и всесторонне изучить объекты управления, найти закономерности, которым подчиняются процессы управления, раскрыть принципы организации и структуры управляющих систем. И неизбежно объектом самого пристального изучения, самых детальных исследований становится живой организм: сам человек как управляющая система высшего типа. В развитии кибернетики большую роль сыграли и биологические науки, изучающие процессы управления в живой природе. Но, конечно, решающим в становлении этой новой науки был бурный рост электронной автоматики и особенно появление быстродействующих вычислительных машин. Они открыли невиданные возможности в обработке информации и в моделировании систем управления. Как в музыке стремятся "положить на ноты" все человеческие чувства и настроения, так и в кибернетике стремятся "положить на числа" все ситуации, происходящие в природе и нашем сознании.

Бионике и кибернетике обязаны своим существованием роботы второго и третьего поколения, которые появились только в XX веке вслед за выдающимися достижениями современной науки и техники. Эти молодые науки наших дней создают научный фундамент для построения роботов второго и третьего поколений. Кибернетика открыла дорогу применению точного научного анализа для решения проблем управления современными техническими средствами и стала теоретической основой роботостроения.

Ученым-бионикам принадлежит идея использования биоэлектрических сигналов мышц для управления. С давних времен люди искали способы вернуть руку тем, кто ее лишился. И это удалось сделать нашим советским ученым, используя биотоки мышц. Известно, что когда человек двигает рукой или ногой, то в его мышцах возникают биотоки. Появляющиеся в мышцах биопотенциалы можно снять с помощью электродов и усилить. Первую модель искусственной руки, управляемой биопотенциалами, изготовили в СССР в 1957 г. А в 1960 г. в Москве на конгрессе по автоматическому управлению 15-летний мальчик, у которого не было кисти руки, взял протезом кусок мела и написал на доске ясно и четко: "Привет участникам конгресса!". Протез его кисти управлялся биотоками мышц.

Кибернетика обогащает инженеров, создающих сложные автоматы, опытом природы, выработавшей на протяжении миллионов лет самое сложное, что есть на свете, - организм человека².

Различают бионику биологическую, которая непосредственно наблюдает биологические объекты; теоретическую, которая составляет различные гипотезы и прогнозы на предмет того, как мы могли бы использовать это знание; и бионику техническую³. 

В числе наиболее выдающихся современных ученых-биоников — Осип М. Р. Дельгадо. На основе полученных посредством радиоэлектронных неврологическо-физических характеристик животных Дельгадо пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами⁴. 

 

• «Современная архитектурная бионика», «бионическая архитектура» - что означают эти понятия? Приведите один пример из практики архитектуры нашей страны, один пример из архитектурной практики зарубежья.

Архитектурная бионика – это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами: небоскреб-кипарис в Шанхае, Сиднейская опера в Австралии, здание правления NMB Bank – Нидерланды, учебный центр Rolex и музей плодов – в Японии.

Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от формалистского подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов – способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д. Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов – энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. Конструкция такого здания предусматривает комплекс инженерного оборудования. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего – это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией.

Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем – результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений.

Основными позициями для изучения природы в ракурсе архитектурной бионики являются биоматериаловедение и биотектоника. Объектом изучения в биоматериаловедении являются различные удивительные свойства природных структур и их "производных" — тканей животных организмов, стеблей и листьев растений, нитей паутины, усиков тыкв, крыльев бабочки и т.п. В области биотектоники знания исследователей интересуют не столько свойства природных материалов, сколько сами принципы существования живых организмов. Главные проблемы биотектоники заключаются в создании новых конструкций на основе принципов и способов действия биоконструкций в живой природе, в осуществлении адаптации и роста гибких тектонических систем на основе адаптации и роста живых организмов⁵.

На данный момент в разработке у ученых, специализирующихся на архитектурно-строительной бионике, находится грандиозный проект — «Вертикальный бионический город-башня», рассчитанный на 100 тысяч человек. В основе этого сооружения, которое, согласно расчетам, появится в течение 15 лет в Шанхае, лежит принцип строения дерева.  Планируется, что комплекс будет иметь 300 этажей, расположенных в 12 вертикальных кварталах. Внутри этих кварталов будут располагаться дома разной высоты с садами. Фундамент города-башни будет в точности повторять корневую систему дерева⁶. В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов “доперестроечного” периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.⁷

• Какие направления использования биологических знаний в архитектуре и дизайне Вы считаете наиболее перспективными? Ответ обоснуйте.

Птица – это инструмент, работающий по математическому закону; человек способен воспроизвести этот инструмент во всем его движении.

 

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ

Бионика предполагает использование биологических прототипов для создания человеком своих собственных систем. Проще говоря, бионика изучает основные принципы природы и применение их для удовлетворения потребностей человечества.

Эдвард Т. Холл утверждает в книге «Скрытое  измерение», что «человек и окружающая его среда взаимно формируют друг друга. В настоящее время человек в состоянии действительно создать весь мир, в котором живет... Создавая его, человек фактически определяет, каким организмом он будет».

Человек всегда черпал идеи, наблюдая за природой. В прошлом это происходило совершенно естественно. Но теперь, по мере того как проблемы дизайна все более усложняются в связи с глобальным распространением новых технологий, человечество утрачивает непосредственный контакт с биологической средой⁸.

Современная бионика базируется на новых методах с применением математического моделирования и широкого спектра программного обеспечения для расчета и 3D-визуализации. Основной ее задачей является изучение законов формирования тканей живых организмов, их структуры, физических свойств, конструктивных особенностей с целью воплощения этих знаний в архитектуре. Живые системы являются примером конструкций, которые функционируют на основе принципов обеспечения оптимальной надежности, формирования оптимальной формы при экономии энергии и материалов. Именно эти принципы и положены в основу бионики. 

Бионический стиль пришел и в дизайн интерьера как в жилых помещениях, так и в помещениях сферы услуг, социального и культурного назначения. Примеры бионики можно увидеть в современных парках, библиотеках, торговых центрах, ресторанах, выставочных центрах и т.д.