Использование человеком принципов организации растений и животных

 Фасеточный глаз мухи

Тема дан­но­го урока – одна из сто­рон прак­ти­че­ско­го при­ме­не­ния био­ло­гии. Бла­го­да­ря науке био­ни­ке мно­гие при­род­ные тех­ни­че­ские ре­ше­ния стали ис­поль­зо­вать­ся в ин­же­нер­ной прак­ти­ке.

Так, изу­че­ние фа­се­точ­ных глаз мухи по­ка­за­ло, что это на­се­ко­мое спо­соб­но очень точно опре­де­лять ско­рость быст­ро­дви­жу­щих­ся объ­ек­тов. Изоб­ра­же­ние пред­ме­та по­сле­до­ва­тель­но вос­при­ни­ма­ет­ся каж­дой из фа­се­ток, и ин­фор­ма­ция о нем пе­ре­да­ет­ся на ин­ди­ви­ду­аль­ные ре­цеп­то­ры. Ин­же­не­ры ско­пи­ро­ва­ли прин­цип глаза мухи и со­зда­ли де­тек­тор, опре­де­ля­ю­щий ско­рость быст­ро­ле­тя­щих са­мо­ле­тов, такой при­бор по­лу­чил на­зва­ние «Глаз мухи» (рис. 1)

.  

Рис. 1. «Глаз мухи»

 Хрустальный дворец

Ан­глий­ский ар­хи­тек­тор Пек­стон спро­ек­ти­ро­вал зда­ние Хру­сталь­но­го Двор­ца в Лон­дон­ском Гайд парке для Все­мир­ной вы­став­ки (рис. 2), ско­пи­ро­вав струк­ту­ру листа Вик­то­рии ама­зон­ской. Уче­но­го за­ин­те­ре­со­ва­ла ис­клю­чи­тель­ная проч­ность листа рас­те­ния, ко­то­рый был спо­со­бен вы­дер­жи­вать вес ре­бен­ка, на об­рат­ной сто­роне листа ар­хи­тек­тор об­на­ру­жил сетку из лу­че­об­раз­ных и по­пе­реч­ных жилок, такая струк­ту­ра при­да­ва­ла листу од­но­вре­мен­но гиб­кость и проч­ность. По этому прин­ци­пу Пек­стон сна­ча­ла по­стро­ил теп­ли­цу для вик­то­рии, а потом спро­ек­ти­ро­вал зда­ние для Все­мир­ной вы­став­ки.

Рис. 2. Зда­ние Хру­сталь­но­го двор­ца

 Вибрационный гироскоп

Дру­гой при­мер – это виб­ра­ци­он­ный ги­ро­скоп, поз­во­ля­ю­щий опре­де­лять по­ло­же­ние са­мо­ле­та в воз­ду­хе, его про­то­ти­пом по­слу­жи­ли пар­ные при­дат­ки, рас­по­ло­жен­ные в груд­ном сег­мен­те на­се­ко­мых – жуж­жаль­ца (рис. 3). Жуж­жаль­ца из­да­ют ха­рак­тер­ный звук при по­ле­те мухи. Вы­яс­ни­лось, что они нужны на­се­ко­мым не толь­ко, чтобы раз­дра­жать людей, при дви­же­нии жуж­жаль­ца виб­ри­ру­ют, и при из­ме­не­нии на­прав­ле­ния по­ле­та ха­рак­тер виб­ра­ции ме­ня­ет­ся. Ори­ен­ти­ру­ясь по ко­ле­ба­ни­ям жуж­жа­лец, на­се­ко­мое под­дер­жи­ва­ет же­ла­е­мый курс.

Рис. 3. Жуж­жаль­ца

 Сверхскоростной электропоезд

При про­ек­ти­ро­ва­нии об­во­дов кор­пу­са сверх­ско­рост­но­го япон­ско­го по­ез­да, спо­соб­но­го под­дер­жи­вать ско­рость 300 км/ч, была ис­поль­зо­ва­на форма клюва зи­мо­род­ка. Она, в от­ли­чие от клас­си­че­ских форм, обес­пе­чи­ва­ет от­лич­ную аэро­ди­на­ми­ку, со­зда­ет мень­ше шума и поз­во­ля­ет эко­но­мить до 15% энер­гии.

 Идея самоочищения краски

Лотос под­ска­зал немец­ко­му уче­но­му идею са­мо­очи­ща­ю­щей­ся крас­ки. Цве­ток оста­ет­ся чи­стым, даже на­хо­дясь в силь­но за­гряз­нен­ных усло­ви­ях, на по­верх­но­сти цвет­ка ло­то­са на­хо­дят­ся мель­чай­шие во­лос­ки и ше­ро­хо­ва­то­сти, бла­го­да­ря ко­то­рым вода не рас­те­ка­ет­ся по листу, а кап­ля­ми ска­ты­ва­ет­ся с него, унося ча­сти­цы пыли. Крас­ка, про­из­во­ди­мая кон­цер­ном STO, ими­ти­ру­ет эф­фект ло­то­са, об­ра­зуя при вы­сы­ха­нии мно­го­чис­лен­ные ше­ро­хо­ва­то­сти. Сей­час более 450 тысяч зда­ний в Ев­ро­пе по­кра­ше­ны этой крас­кой.

 Дисплей

Также био­ни­че­ские тех­но­ло­гии поз­во­ли­ли со­здать новый тип дис­плея. Дис­плей Mirasol от­ра­жа­ет свет ис­поль­зуя прин­цип от­ра­же­ния света кры­лом ба­боч­ки, пером пав­ли­на или че­шу­ей рыб (рис. 4). Ока­за­лось, что пе­ре­ли­вы окрас­ки этих су­ществ опре­де­ля­ют­ся оп­ти­че­ски­ми свой­ства­ми со­во­куп­но­сти ма­лень­ких кри­стал­лов. При­ме­ни­тель­но к дис­пле­ям это озна­ча­ет га­ран­тию от­чет­ли­во­го изоб­ра­же­ния даже на ярком солн­це, кроме того такой дис­плей, как ожи­да­ет­ся, будет по­треб­лять зна­чи­тель­но мень­ше энер­гии.

Рис. 4. Дис­плей

 Создание протезов

Дру­гим важ­ней­шим при­ме­ром при­ме­не­ния био­ни­ки яв­ля­ет­ся со­зда­ние про­те­зов. К на­сто­я­ще­му мо­мен­ту успеш­но про­те­зи­ру­ют­ся зубы, хру­ста­лик глаза, кро­ве­нос­ные со­су­ды, кла­па­ны серд­ца и даже почки. Пока су­ще­ству­ют еди­нич­ные при­ме­ры про­те­зов ко­неч­но­стей, со­хра­ня­ю­щих дви­га­тель­ную ак­тив­ность. Пока они могут со­вер­шать толь­ко при­ми­тив­ные дей­ствия, ори­ен­ти­ру­ясь на элек­три­че­скую ак­тив­ность нер­вов.

Изу­че­ние нерв­ной си­сте­мы по­мо­га­ет че­ло­ве­ку в такой об­ла­сти ки­бер­не­ти­ки, как со­зда­ние ней­рон­ных сетей. Ней­рон­ная сеть – это ма­те­ма­ти­че­ская мо­дель, поз­во­ля­ю­щая по­лу­чать ре­зуль­та­ты с по­мо­щью про­стых ал­го­рит­мов, объ­еди­нен­ных в сеть. Ал­го­рит­мы ней­рон­ной сети спо­соб­ны к са­мо­обу­че­нию. По та­ко­му же прин­ци­пу из от­но­си­тель­но про­стых ней­ро­нов по­стро­ен мозг.

Таким об­ра­зом, глу­бо­кое изу­че­ние био­ло­гии поз­во­ля­ет до­сти­гать вы­со­ких ре­зуль­та­тов не толь­ко в тра­ди­ци­он­но био­ло­ги­че­ских дис­циплинах, ме­ди­цине и сель­ском хо­зяй­стве, но и в ин­же­не­рии и ки­бер­не­ти­ке.