Урок «Бионика. Школа строительства и дизайна от природы

«Бионика. Школа строительства и дизайна от природы»
Характерной чертой современной науки является взаимопроникновение
идей, подходов и методов, присущих разным дисциплинам. Особенно это
относится к физике, химии, биологии и математике.
Послушайте небольшие сообщения о некоторых тайнах живой природы.
Вольф Д.
Все знают, что стрекоза способна зависать в воздухе, передвигаться в боковом
направлении или резко подаваться назад. Причем все маневры она проделывает на
большой скорости. Однако мало кому известно, что подъемная сила стрекозы втрое
больше, чем у современного самолета. Используя особенности аэродинамики стрекозы,
ученые полагают, что можно значительно повысить эффективность и безопасность
летательных аппаратов. Самолеты, разработанные с учетом способностей стрекоз, смогут
совершать более крутые развороты и будут менее восприимчивы к порывам ветра,
которые, к сожалению, еще бывают причиной аварий.
На В. Гремучая змея улавливает разницу в температуре, равную тысячной доле
градуса ...Некоторые рыбы ощущают стомиллиардную долю пахучего вещества в одном
литре воды Это все равно, что уловить присутствие 30 г такого вещества в целом
Аральском море.
Шеховцова Ю. Крысы ощущают радиацию ...Отдельные виды микробов реагируют даже
на слабое изменение радиации …Обыкновенный черный таракан радиацию видит…Комар
развивает при укусе удельное давление до I миллиарда кг/см… …Глубоководные рыбы
улавливают изменение плотности тока менее чем на одну стомиллиардную часть
ампера.…Нильская рыба мормирус с помощью электромагнитных колебаний
“прощупывает” свой путь в воде
Учитель
Не правда ли, удивительный перечень? И его можно еще и еще
продолжить не менее удивительными примерами. Узнав все это, мог ли
человек пройти мимо заманчивой идеи — создать своими руками то, что
уже создала природа?
Отрывок мультфильма «Медовый заговор»
Учитель
О чем идет речь в этом фрагменте?
На В ( человек заимствует у природы идеи и стремится воплотить их в жизнь)
Слайд 1
Вид человеческий на протяжении всего своего существования не только
наблюдал и изучал природу, но и учился у неё. Звери, птицы, растения,
рыбы «подсказывали» первобытному человеку, что нужно делать, чтобы
решить насущные для него «инженерные» задачи.
А что же современный человек? Окружив себя множеством машин,
живя в мире больших скоростей и эпоху рассвета нанотехнологий, он
снова обращается за советом к природе.
Как вы думаете о чем сегодня на уроке пойдет речь?
Спасибова А (на мой взгляд речь пойдет о такой науке, как бионика)
Слайд 2
Тема урока «Бионика. Школа строительства и дизайна от природы»
В ходе урока мы изучим понятие «Бионика», раскроем роль науки в
жизни человека, покажем взаимосвязь биологии и техники, физики,
медицины на основе общности ряда законов живой и неживой природы
Вас, наверное, заинтересовало, почему такое название. Слово «школа»
всегда ассоциируется с процессом обучения. И мы с вами будем искать
ответы на вопрос: Чему и как нас учит природа?
У вас на столах лежат таблицы, состоящие из 2 колонок – в первой
колонке запишите, что вам известно по данной теме, а в ходе урока
делайте записи в левой колонке о том, что нового вы узнали в процессе
урока.
Кто из вас знает – что такое бионика?
Слайд 3
Киселева М - Бионика – наука, рождённая на границе биологии и техники. Она
представляет собой синтез наук.
Как возникла данная наука и с чем она тесно связана?
Конобеева И Человек всегда интересовался строением живых организмов, в результате
наблюдений стал переносить в свою жизнь изобретения природы. Так в середине
прошлого века и возникла наука бионика. В последнее десятилетие бионика получила
значительный импульс к новому развитию. Это связано с тем, что современные
технологии переходят на гига- и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные
природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика в основном
связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги,
робототехникой и искусственными органами.
Какой символ есть у бионики?
Слайд 4
Филимонов П Скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Это союз биологии,
техники и математики.
Как шла история становления бионики и каковы ее основные
направления на современном этапе?
Слайд 5
Митрофанов Д - Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных
задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат
с машущими крыльями. К сожалению, даже современные инженеры авиастроители не
могут это сделать.
Слайд 6
Евглевский Н - Из истории нам известен другой пример заимствования у природы, более
удачный: в Древней Греции было создано великолепное по тем временам изобретение:
тараны, которыми разбивали ворота осаждённой крепости, стали делать с торцами в виде
бараньих лбов. Такие торцы, как свидетельствуют историки, отлично воспринимали
ударную нагрузку.
Природа действительно является великим изобретателем. Об этом и
пойдет речь в следующем видеосюжете
Видео
У вас на столах лежат карточки с заданием №1 – ваша задача путём
логического размышления найти природный аналог предложенным
техническим средствам среди живой природы и объединить их в
логические пары с помощью стрелок.
Слайд 7
Кострикова Д Мы выбрали следующую логическую пару - реактивное движение ракеты
– кальмар (реактивный способ передвижения широко распространён в природе).
Реактивно передвигаются и кальмары. Они всасывают воду в специальную камеру, а
затем с силой выталкивают её за счёт сокращения мышц, продвигаясь при этом вперёд. (В
ракете используется сила выталкивающих газов.)
Слайд 8
Русаненко И Мы выбрали пару - кондиционер – термитник. Термиты с давних пор
охлаждают свои жилища с помощью особой конфигурации своих гнезд. Принцип
строения их жилища положен в основу конструкции кондиционера, который применяют
для охлаждения помещения.
Слайд 9
Шитикова М – Еще мы выбрали - Самолёт – птица. Многолетние изучения крыльев
птицы помогли при конструировании крыла самолёта.
Слайд 10
Ларикова А. - Радар – летучая мышь. Радар работает по принципу улавливания
отражающего звука). В живой природе подобной способностью обладают многие
животные, в том числе и летучие мыши, которые с помощью эхолокации даже в полной
темноте беспрепятственно преодолевают препятствия.
Слайд 11
На В - Пинцет – клюв веретенника. Прототипом пинцета служит клюв веретенника. С
помощью клюва птица легко вытаскивает из мягкой почвы любую добычу.
Слайд 12
Спасибова А - Ковш погрузчика – цепкие лапы птицы. Цепкие, мощные лапы хищной
птицы обеспечивают прочное захватывание добычи. Именно этот принцип положен в
основу функционирования ковша погрузчика.
Итак, мы ещё раз убедились, что биология и техника тесно
взаимосвязаны между собой, нужно - научиться это замечать.
Мы познакомились с некоторыми достижениями бионики. А теперь
настало время попробовать свои силы в качестве инженеров – биоников.
У вас на столах лежат карточки с заданием №2. Рассмотрите природные
объекты и предложите технические идеи, которые могут подсказать
такие природные объекты, как:
 продольный спил головки кости,
 плод репейника,
 плод кокосовой пальмы,
 осиное гнездо.
Слайд13
Левченко Г - Спил кости – Эйфелева башня. Костная структура головки бедренной кости
дарит идеи архитекторам при постройке сложных конструкций. Например, основание
Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости.
Слайд 14
Колесникова Д - Плод кокосовой пальмы – спасательный жилет. Плод кокосовой пальмы
окружён волокнистой оболочкой, обеспечивающей его плавучесть. Волокнистая, пористая
структура плодов кокосовой пальмы послужила прототипом пористых материалов,
которые применяются при изготовлении спасательных жилетов.
Слайд 15
Полян А - Плод репейника – липучка на одежде и обуви. Плод прицепляется к
шероховатой поверхности за счёт маленьких крючков. На основе этого феномена была
создана липучка, которая широко применяется в качестве застёжки при пошиве одежды и
обуви.
Слайд 16
Конобеева И - Осиное гнездо – бумага или сотовая связь. Осы и шершни разжёвывая
старую древесину, «производят» серую бумагу, которую используют для постройки своих
гнёзд; Ячеистые структуры сот дали название одному из видов связи - сотовая связь, т.к.
вышки, воспринимающие сигналы сотовой связи, расположены по отношению друг к
другу в виде пятиугольника, что с высоты птичьего полёта напоминает структуру
пчелиных сот. Один из ведущих операторов сотовой связи России «Beeline» в переводе с
английского языка звучит – пчелиная линия «Bee» - пчела, «Line» - линия.
Слайд 17
Сегодня бионика развивается стремительными темпами и уже
подразделяется
на
отдельные
направления:
нейробионика,
биокомпьютинг, биомолекулярная электроника и нанотехнологии,
андроидная роботехника и киборгизация, учение об искусственных
нейронных сетях, архитектурная биотика.
Что такое нейробионика? Обратите внимание на слайд
Слайд 18 (прочитать на слайде)
Слайд 19
На слайде представлены животные. Ваша задача ответить - Каким
образом эти животные помогли человеку при создании технических
систем
Шитикова М - Многие организмы имеют такие анализаторные системы, каких нет у
человека. Так, например, у кузнечика на 12-м членике усиков есть бугорок,
воспринимающий инфракрасное излучение. Исследования анализаторных систем
животных позволяют создавать технические аналоги органов чувств.
Галкина М - Летучие мыши могут издавать и улавливать ультразвуки. Беспрерывно
издавая в полёте ультразвуки и воспринимая их отражение от окружающих предметов,
летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружающее пространство. Моделирование
локаторов по живым образцам открывает новые перспективы их использования в
качестве чувствительных элементов различных технических систем.
Шеховцова Ю - С наступлением осени большая часть птиц покидает свои гнездовья и
отправляется в далёкое путешествие к местам зимовок. Инженеры бионики многих стран
работают над выяснением механизмов ориентации животных, раскрытие которых даст
возможность создать новые навигационные приборы.
Слайд 20 (прочитать слайд)
Слайд 21
Начало 21-го века знаменует собой начало эпохи робототехники. Еще
совсем недавно это казалось фантастикой, но прогресс не стоит на месте
– с каждым годом роботы становятся все более технически
совершенными.
Особо
важной
и
перспективной
отраслью
робототехники считается андроидная робототехника.
Что такое андроидная робототехника?
Марьин С. - Такие роботы являются прототипами человека и могут выполнять самую
разнообразную работу.
Андроид — человекоподобный робот. Слово происходит от греческого andr-, что означает
«человек, мужчина, мужской», и суффикс -eides, который означает — «подобный,
схожий» (от eidos). Родина андроидной робототехники Япония. С понятием андроида
соприкасается значение слова киборг.
Митрофанов Д - Киборг— биологический организм, содержащий механические
компоненты; реже неверно используется в качестве термина для обозначения робота,
содержащего биологические компоненты (данное значение термина популяризовано во
многом благодаря серии кинофильмов «Терминатор», хотя все терминаторы — андроиды,
а не киборги).
Слайд 22
Рассказать о прообразах роботов?
Слайд 23
Филимонов П - Первыми прообразами роботов были механические фигуры, созданные
арабским ученым и изобретателем Аль-Джазари. Им была создана лодка с механическими
музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года.
Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического
рыцаря, способного сидеть, двигать головой и руками, открывать забрало. Дизайн скорее
всего основан на анатомических исследованиях. Неизвестно, пытался ли Леонардо
построить робота.
Первого работающего робота — андроида, играющего на флейте, — создал в 1738 году
французский механик и изобретатель Жак де Вокансон (1709 – 1782): флейтист играл 12
различных пьес, по-настоящему дул во флейту, а тоном звучания управлял с помощью
пальцев.
Расскажите о самых человекоподобных роботах?
Слайд 24 Андроид Repliee Q1
Спасибова А - Один из самых человекоподобных роботов на данный момент. Кожу у нее
заменяет не твердый пластик, как у других роботов, а эластичный силикон; целый набор
датчиков и микромоторов позволяют ей поворачиваться и реагировать на происходящее.
Она моргает глазами и очень по-женски двигает руками. И даже делает вид, что дышит.
Repliee Q1 может общаться с людьми, может реагировать на человеческие прикосновения.
Пока женщина-робот может только сидеть, но в ее теле имеется 31 силовой привод.
Питание приводов осуществляется от воздушного компрессора, а запрограммированы они
таким образом, что движения андроида неотличимы от человеческих. Движения тела
робота построены на компьютерном анализе движений человека.
Слайд 25
Конобеева И - В столичных школах испытали нового робота.
R-Воt: обеспечивает эффект удаленного присутствия. Дети, которые по разным причинам
не могут посещать уроки, получают возможность считывать картинку с камеры робота на
домашнем компьютере. Он находится в школе и может передвигаться из кабинета в
кабинет. С его помощью ребенок, сидя дома, общается с одноклассниками и учителями.
Для связи нужен Интернет. Робот обеспечивает полную интерактивность - его голова
поворачивается, а шея крутится.
Могут ли быть использованы идеи природы для восстановления
органов человеческого тела при травмах или других серьезных
заболеваниях?
Алферов С
Возрастание зависимости человека от механизмов, а также замена органов механическими
приспособлениями (протезами, имплантатами) создаёт условия для постепенного
превращения человека в киборга.
Техника по сути является проекцией человека: одежда — проекция кожи, молоток —
проекция кулака, кастрюля —проекция желудка. В технике человек проецирует себя,
поэтому совместная эволюция человека и техники в киборга - это процесс во многом
объективный.
Слайд 26
Бокова Д. Современная бионика во многом связана с разработкой новых материалов,
которые копируют природные. В настоящее время некоторые ученые пытаются найти
аналоги органов человеческого тела, чтобы создать, например, искусственное ухо (оно
уже поступило в продажу в США) или искусственный глаз . В 2008 году немецкие
ученые-офтальмологи впервые имплантировали человеку глазной электронный протез,
полностью помещающийся внутри глаза, добившись частичного восстановления зрения.
Слайд 27
Ларикова А Уже давно существуют искусственный регулятор сердечного ритма,
искусственный сустав, а недавно появилось и искусственное сердце. Великолепное
создание природы — человеческая рука — тоже давно привлекла внимание
конструкторов. Специалисты из Института реабилитации инвалидов в Чикаго (США)
успешно имплантировали бионическую руку женщине, потерявшей свою руку в
дорожной аварии.
Слайд 28-29
Гусинский Сегодня в обиход входят более сложные нейронные протезы. Пациенты,
страдающие параличом рук и ног и имеющие высоко расположенную травму
позвоночника, не позволяющую говорить и контролировать дыхание, теперь могут с
помощью имплантатов, вживленных в мозг, мысленно управлять компьютерной мышью.
Это позволяет им общаться с окружающим миром: блуждать по Интернету, печатать
тексты и вести электронную переписку. Иногда роботы помогают им даже управляться с
бытовыми делами. Можно рассчитывать, что технологии, позволяющие тяжелобольным
не терять человеческое достоинство, будут продолжать развиваться, ассортимент
имплантатов расширится, возможности работать увеличатся.
Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные
возможности по заимствованию технологий и идей. Природа может
помочь нам найти правильное техническое решение довольно сложных
вопросов. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого
всегда готов правильный выход из любой ситуации. Тайны и загадки
природы предстоит исследовать нам – будущему нашей страны.
Вернитесь к таблице, 1 колонку которой вы заполняли вначале урока, а
2 в течении всего урока.
Ответьте на вопрос - Что из того, что вы узнали на уроке, было для вас
знакомо?
Что оказалось новым?
Что из того, с чем мы работали, запомнилось вам больше всего?
Почему?
Что бы вы хотели изменить или провести по - иному?