Arhitektūras ēku bionika. Bionika arhitektūrā

Arhitektūras un būvbionika pēta dzīvo audu veidošanās un struktūras veidošanās likumus, analizē dzīvo organismu strukturālās sistēmas pēc materiāla, enerģijas taupīšanas un uzticamības nodrošināšanas principa. Neirobionika pēta smadzeņu darbību, pēta atmiņas mehānismus. Intensīvi tiek pētīti dzīvnieku maņu orgāni un iekšējie reakcijas uz vidi mehānismi gan dzīvniekiem, gan augiem. Spilgts arhitektūras un būvniecības bionikas piemērs ir graudaugu stublāju un mūsdienu augstceltņu struktūras pilnīga līdzība. Graudaugu stublāji spēj izturēt lielas slodzes un tajā pašā laikā nelūzt zem ziedkopas svara. Ja vējš tos noliec pie zemes, tie ātri atjauno vertikālo stāvokli. Kāds ir noslēpums? Izrādās, ka to uzbūve ir līdzīga moderno daudzstāvu rūpnīcu cauruļu konstrukcijai – vienam no jaunākajiem inženierzinātņu sasniegumiem. Abi dizaini iekšpusē ir dobi. Augu stumbra sklerenhīmas pavedieni spēlē garenvirziena stiegrojuma lomu. Kātu starpmezgli (mezgli?) ir stingrības gredzeni. Gar stublāja sienām ir ovāli vertikāli tukšumi. Cauruļu sienām ir vienāds dizaina risinājums. Spirālveida enkura, kas atrodas caurules ārējā pusē graudaugu stumbrā, lomu spēlē plāna āda. Taču pie sava konstruktīvā risinājuma inženieri nonāca paši, “neieskatoties” dabā. Struktūras identitāte tika atklāta vēlāk. Pēdējos gados bionika ir apstiprinājusi, ka lielākā daļa cilvēku izgudrojumu jau ir dabas "patentēti". Tāds 20. gadsimta izgudrojums kā rāvējslēdzēji un Velcro tika izgatavots, pamatojoties uz putna spalvas struktūru. Dažāda pasūtījuma spalvu dzeloņi, kas aprīkoti ar āķiem, nodrošina drošu saķeri. Slaveni spāņu arhitekti M. R. Cervera un J. Plozs, aktīvi bionikas piekritēji, 1985. gadā sāka pētīt “dinamiskās struktūras” un 1991. gadā organizēja “Arhitektūras inovāciju atbalsta biedrību”. Viņu vadītā grupa, kurā bija arhitekti, inženieri, dizaineri, biologi un psihologi, izstrādāja projektu "Vertikālā bioniskā torņa pilsēta". Pēc 15 gadiem Šanhajā vajadzētu parādīties torņu pilsētai (pēc zinātnieku domām, pēc 20 gadiem Šanhajas iedzīvotāju skaits var sasniegt 30 miljonus cilvēku). Torņu pilsēta ir paredzēta 100 tūkstošiem cilvēku, projekts ir balstīts uz "koka būvniecības principu".

Pilsētas tornis būs 1228 m augsts ciprese ar apkārtmēru pie pamatnes 133 x 100 m, bet platākajā vietā 166 x 133 m. Tornim būs 300 stāvi, un tie atradīsies 12. 80 stāvu vertikālie bloki (12 x 80 = 960; 960!=300). Starp ceturkšņiem ir griestu segumi, kas katram līmeņa ceturksnim pilda nesošās konstrukcijas lomu. Kvartālu iekšpusē - dažāda augstuma mājas ar vertikāliem dārziem. Šis rūpīgi pārdomātais dizains ir līdzīgs ciprese zaru struktūrai un visam vainagam. Tornis stāvēs uz pāļu pamatiem pēc akordeona principa, kas nepadziļinās, bet kāpjot attīstās uz visām pusēm – līdzīgi kā veidojas koka sakņu sistēma. Vēja vibrācijas augšējos stāvos ir samazinātas līdz minimumam: gaiss viegli iziet cauri torņa konstrukcijai. Torņa fasādei tiks izmantots speciāls plastmasas materiāls, kas imitē poraino ādas virsmu. Ja būvniecība būs veiksmīga, plānots uzbūvēt vēl vairākas šādas ēkas-pilsētas.

Arhitektūras un ēku bionikā liela uzmanība tiek pievērsta jaunajām ēku tehnoloģijām. Piemēram, efektīvu un bezatkritumu būvniecības tehnoloģiju izstrādes jomā perspektīvs virziens ir slāņveida konstrukciju veidošana. Ideja aizgūta no dziļūdens mīkstmiešiem. To stiprās čaulas, piemēram, plaši izplatītajām pērļgliemenes, sastāv no mainīgām cietām un mīkstām plāksnēm. Cietai plāksnei plaisājot, deformāciju absorbē mīkstais slānis un plaisa neiet tālāk. Šo tehnoloģiju var izmantot arī automašīnu segšanai.

Daba un cilvēki būvē pēc vieniem un tiem pašiem likumiem, ievērojot materiāla taupīšanas principu un izvēloties optimālos dizaina risinājumus topošajām sistēmām (slodzes pārdale, stabilitāte, materiāla, enerģijas taupīšana).

Zinātne, kas pēta dzīvo organismu uzbūvi un darbību, lai to izmantotu inženiertehnisko problēmu risināšanai, jaunu ierīču un mehānismu radīšanai, tiek saukta par bioniku (no grieķu bios "dzīve"). Šis termins pirmo reizi izskanēja 1960. gada 13. septembrī Deitonā Amerikas nacionālajā simpozijā "Dzīvie prototipi - jaunu tehnoloģiju atslēga" un apzīmēja jaunu zinātnes virzienu, kas radās bioloģijas un inženierijas krustpunktā. Leonardo da Vinči tiek uzskatīts par bionikas tēvu. Viņa zīmējumi un lidmašīnas diagrammas ir balstītas uz putna spārna uzbūvi.

Ilgu laiku bionika attīstījās spazmīgi. Sākumā inženieri un dizaineri atrada veiksmīgu risinājumu jebkurai problēmai, un pēc kāda laika tika atklāts, ka dzīviem organismiem ir līdzīgi dizaina risinājumi un, kā likums, optimāli.

Mūsdienās bionikai ir vairāki virzieni. Arhitektūras un būvbionika pēta dzīvo audu veidošanās un struktūras veidošanās likumus, analizē dzīvo organismu strukturālās sistēmas pēc materiāla, enerģijas taupīšanas un uzticamības nodrošināšanas principa. Neirobionika pēta smadzeņu darbību, pēta atmiņas mehānismus. Intensīvi tiek pētīti dzīvnieku maņu orgāni un iekšējie reakcijas uz vidi mehānismi gan dzīvniekiem, gan augiem.

Spilgts arhitektūras un būvniecības bionikas piemērs ir graudaugu stublāju un mūsdienu augstceltņu struktūras pilnīga līdzība. Graudaugu stublāji spēj izturēt lielas slodzes un tajā pašā laikā nelūzt zem ziedkopas svara. Ja vējš tos noliec pie zemes, tie ātri atjauno vertikālo stāvokli. Kāds ir noslēpums? Izrādās, ka to uzbūve ir līdzīga moderno daudzstāvu rūpnīcu cauruļu konstrukcijai – vienam no jaunākajiem inženierzinātņu sasniegumiem. Abi modeļi ir dobi. Augu stumbra sklerenhīmas pavedieni spēlē garenvirziena stiegrojuma lomu. Kātu starpmezgli ir stingrības gredzeni. Gar stublāja sienām ir ovāli vertikāli tukšumi. Cauruļu sienām ir vienāds dizaina risinājums. Spirālveida enkura, kas atrodas caurules ārējā pusē graudaugu stumbrā, lomu spēlē plāna āda. Taču pie sava konstruktīvā risinājuma inženieri nonāca paši, “neieskatoties” dabā. Struktūras identitāte tika atklāta vēlāk.

Pēdējos gados bionika ir apstiprinājusi, ka lielākā daļa cilvēku izgudrojumu jau ir dabas "patentēti". Šāds divdesmitā gadsimta izgudrojums kā rāvējslēdzēji un Velcro tika izgatavots, pamatojoties uz putna spalvu struktūru. Dažāda pasūtījuma spalvu dzeloņi, kas aprīkoti ar āķiem, nodrošina drošu saķeri.

Slaveni spāņu arhitekti M.R. Aktīvi bionikas piekritēji Servera un H. Plozs 1985. gadā uzsāka "dinamisko struktūru" izpēti un 1991. gadā organizēja "Arhitektūras inovāciju atbalsta biedrību". Viņu vadītā grupa, kurā bija arhitekti, inženieri, dizaineri, biologi un psihologi, izstrādāja projektu "Vertikālā bioniskā torņa pilsēta". Pēc 15 gadiem Šanhajā vajadzētu parādīties torņu pilsētai (pēc zinātnieku domām, pēc 20 gadiem Šanhajas iedzīvotāju skaits var sasniegt 30 miljonus cilvēku). Torņu pilsēta ir paredzēta 100 tūkstošiem cilvēku, projekts ir balstīts uz "koka būvniecības principu".

Pilsētas tornis būs 1128 m augsts ciprese ar apkārtmēru pie pamatnes 133 x 100 m, bet platākajā vietā 166 x 133 m. Tornim būs 300 stāvi, un tie atradīsies 12. vertikālie bloki 80 stāvos. Starp ceturkšņiem ir griestu segumi, kas katram līmeņa ceturksnim pilda nesošās konstrukcijas lomu. Kvartālu iekšpusē - dažāda augstuma mājas ar vertikāliem dārziem. Šis rūpīgi pārdomātais dizains ir līdzīgs ciprese zaru struktūrai un visam vainagam. Tornis stāvēs uz pāļu pamatiem pēc akordeona principa, kas nepadziļinās, bet kāpjot attīstās uz visām pusēm – līdzīgi kā veidojas koka sakņu sistēma. Vēja vibrācijas augšējos stāvos ir samazinātas līdz minimumam: gaiss viegli iziet cauri torņa konstrukcijai. Torņa fasādei tiks izmantots speciāls plastmasas materiāls, kas imitē poraino ādas virsmu. Ja būvniecība būs veiksmīga, plānots uzbūvēt vēl vairākas šādas ēkas-pilsētas.

Galvenās neirobionikas jomas ir cilvēku un dzīvnieku nervu sistēmas izpēte un nervu šūnu-neironu un neironu tīklu modelēšana. Tas dod iespēju uzlabot un attīstīt elektroniskās un datortehnoloģijas.

Dzīvo organismu nervu sistēmai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar modernākajiem cilvēka izgudrotajiem analogiem:
1. Elastīga ārējās informācijas uztvere neatkarīgi no formas, kādā tā nāk (rokraksts, fonts, krāsa, tembrs utt.).
2. Augsta uzticamība: tehniskās sistēmas sabojājas, ja sabojājas viena vai vairākas daļas, un smadzenes paliek funkcionālas, pat ja iet bojā vairāki simti tūkstošu šūnu.
3. Miniatūra. Piemēram, tranzistoru ierīce ar tādu pašu elementu skaitu kā cilvēka smadzenes aizņemtu apmēram 1000 m 3, bet mūsu smadzenes aizņem 1,5 dm 3 tilpumu.
4. Enerģijas patēriņa efektivitāte - atšķirība ir vienkārši acīmredzama.
5. Augsta pašorganizācijas pakāpe - ātra pielāgošanās jaunām situācijām, aktivitāšu programmu izmaiņām.

Eifeļa tornis un stilba kauls

Par godu Francijas revolūcijas 100. gadadienai Parīzē tika sarīkota pasaules izstāde. Šīs izstādes teritorijā bija paredzēts uzcelt torni, kas simbolizētu gan Francijas revolūcijas varenību, gan jaunākos tehnikas sasniegumus. Konkursam tika iesniegti vairāk nekā 700 projekti, par labāko tika atzīts tiltu inženiera Aleksandra Gustava Eifeļa projekts. 19. gadsimta beigās tornis, kas nosaukts tā veidotāja vārdā, pārsteidza visu pasauli ar savu ažūru un skaistumu. 300 metru augstais tornis ir kļuvis par sava veida Parīzes simbolu. Klīda baumas, ka tornis uzbūvēts pēc nezināma arābu zinātnieka zīmējumiem. Un tikai pēc vairāk nekā pusgadsimta biologi un inženieri veica negaidītu atklājumu: Eifeļa torņa dizains precīzi atkārto stilba kaula struktūru, kas viegli iztur cilvēka ķermeņa svaru. Pat leņķi starp gultņu virsmām sakrīt.

Atmiņas mehānismu izpēte noved pie "domāšanas" mašīnu izveides sarežģītu ražošanas un vadības procesu automatizēšanai.

Jau sen zināms, ka putni, zivis un kukaiņi ļoti jutīgi un precīzi reaģē uz laikapstākļu izmaiņām. Zemais bezdelīgu lidojums paredz pērkona negaisu. Zvejnieki no medūzu uzkrāšanās pie krasta mācās, ka var doties makšķerēt, jūra būs mierīga. Biosinoptiskie dzīvnieki dabiski ir apveltīti ar unikālām superjutīgām "ierīcēm". Bionikas uzdevums ir ne tikai atrast šos mehānismus, bet arī izprast to darbību un radīt to no jauna elektroniskajās shēmās, ierīcēs, konstrukcijās.

Zivju un putnu kompleksās navigācijas sistēmas izpēte, kas migrācijas laikā nobrauc tūkstošiem kilometru un precīzi atgriežas savās vietās nārstam, ziemošanai un cāļu audzēšanai, veicina ļoti jutīgu objektu izsekošanas, norādīšanas un atpazīšanas sistēmu izstrādi.

Pašlaik dzīvnieku un cilvēku analizatoru sistēmu pētījumi ir liels ieguldījums zinātnes un tehnoloģiju progresā. Šīs sistēmas ir tik sarežģītas un jutīgas, ka tām joprojām nav līdzvērtīgas tehniskās ierīces. Piemēram, klaburčūskas temperatūras jutīgais orgāns izšķir temperatūras izmaiņas 0,0010C; zivju elektriskais orgāns (ēras, elektriskie zuši) uztver 0,01 mikrovoltu potenciālu, daudzu naktsdzīvnieku acis reaģē uz atsevišķiem gaismas kvantiem, zivis jūt vielas koncentrācijas izmaiņas ūdenī 1 mg/m3 (= 1 μg) / l).

Daudziem dzīviem organismiem ir tādas analizatoru sistēmas, kādas cilvēkiem nav. Piemēram, sienāžiem antenu 12. segmentā ir tuberkuloze, kas uztver infrasarkano starojumu. Haizivīm un rajām uz galvas un ķermeņa priekšpusē ir kanāli, kas uztver temperatūras izmaiņas par 0,10C. Gliemežiem, skudrām un termītiem ir ierīce, kas uztver radioaktīvo starojumu. Daudzi reaģē uz izmaiņām magnētiskajā laukā (galvenokārt putni un kukaiņi, kas veic liela attāluma migrāciju). Ir tādi, kas uztver infrasarkano un ultraskaņas vibrācijas: pūces, sikspārņi, delfīni, vaļi, lielākā daļa kukaiņu u.c.. Bites acis reaģē uz ultravioleto gaismu, tarakāns uz infrasarkano staru utt.

Kosmosā ir daudz vairāk orientēšanās sistēmu, kuru uzbūve vēl nav pētīta: bites un lapsenes labi orientējas saulē, tauriņu tēviņi (piemēram, nakts pāva acs, beigts vanaga kodes u.c.) meklē. sieviete 10 km attālumā. Jūras bruņurupuči un daudzas zivis (zuši, stores, laši) izpeld vairākus tūkstošus kilometru no saviem dzimtajiem krastiem un nekļūdīgi atgriežas, lai dētu olas un nārstu tajā pašā vietā, kur viņi paši uzsāka savu dzīves ceļu. Tiek pieņemts, ka tiem ir divas orientācijas sistēmas - tālumā, pēc zvaigznēm un saules, un tuvu - pēc smaržas (piekrastes ūdeņu ķīmija).

Kāpēc pie pašreizējā tehnoloģiju attīstības līmeņa daba ir tik daudz priekšā cilvēkam? Pirmkārt, lai izprastu dzīvas sistēmas ierīci un darbības principu, modelētu to un ieviestu konkrētās struktūrās un ierīcēs, ir nepieciešamas universālas zināšanas. Un šodien, pēc ilgstoša zinātnes disciplīnu sadrumstalotības procesa, tikai sāk parādīties vajadzība pēc tādas zināšanu organizācijas, kas ļautu tās aptvert un apvienot, pamatojoties uz kopējiem universāliem principiem.

Un, otrkārt, savvaļas dabā bioloģisko sistēmu formu un struktūru noturība tiek saglabāta to nepārtrauktas atjaunošanas dēļ, jo mums ir darīšana ar struktūrām, kuras tiek nepārtraukti iznīcinātas un atjaunotas. Katrai šūnai ir savs dalīšanās periods, savs dzīves cikls. Visos dzīvajos organismos sabrukšanas un atjaunošanas procesi viens otru kompensē, un visa sistēma atrodas dinamiskā līdzsvarā, kas ļauj pielāgoties, pārbūvējot savas struktūras atbilstoši mainīgajiem apstākļiem. Galvenais bioloģisko sistēmu pastāvēšanas nosacījums ir to nepārtraukta darbība. Cilvēka radītajām tehniskajām sistēmām nav iekšēja dinamiska sabrukšanas un atjaunošanas procesu līdzsvara, un šajā ziņā tās ir statiskas. Viņu darbība parasti notiek ar pārtraukumiem. Šī atšķirība starp dabiskajām un tehniskajām sistēmām ir ļoti būtiska no inženiertehniskā viedokļa.

Dzīvās sistēmas ir daudz daudzveidīgākas un sarežģītākas nekā tehniskās struktūras. Bioloģiskās formas bieži vien nevar aprēķināt to neparastās sarežģītības dēļ. Mēs vienkārši vēl nezinām to veidošanās likumus. Dzīvo organismu struktūras veidošanās noslēpumus, tajos notiekošo dzīvības procesu detaļas, uzbūvi un funkcionēšanas principus var apgūt tikai ar vismodernāko iekārtu palīdzību, kas ne vienmēr ir pieejama. Bet pat ar jaunākajām tehnoloģijām daudz kas paliek aizkulisēs.

Ātrāk, augstāk, spēcīgāk!

Vaļu un delfīnu struktūras hidrodinamisko iezīmju izpēte palīdzēja izveidot īpašu apšuvumu kuģu zemūdens daļai, kas nodrošina ātruma pieaugumu par 20-25% ar tādu pašu dzinēja jaudu. Šo ādu sauc par laminflo un, tāpat kā delfīna ādu, tā nav samitrināta un tai ir elastīgi elastīga struktūra, kas novērš turbulentus virpuļus un nodrošina slīdēšanu ar minimālu pretestību. To pašu piemēru var minēt no aviācijas vēstures. Ilgu laiku ātrgaitas aviācijas problēma bija plandīšanās - pēkšņas un vardarbīgas spārnu vibrācijas, kas rodas noteiktā ātrumā. Šo vibrāciju dēļ lidmašīna dažu sekunžu laikā gaisā sabruka. Pēc daudziem negadījumiem dizaineri atrada izeju - spārnus sāka izgatavot ar sabiezējumu beigās. Pēc kāda laika līdzīgi sabiezējumi tika atrasti arī spāres spārnu galos. Bioloģijā šos sabiezējumus sauc par pterostigmām. Tiek izstrādāti jauni lidojuma, bezriteņu kustības, gultņu konstrukcijas u.c. principi, pamatojoties uz putnu un kukaiņu lidojumu, lecošo dzīvnieku kustību un locītavu uzbūves izpēti.

Bionikas sauklis: "Daba zina vislabāk." Kas tā par zinātni? Jau pats nosaukums un šāds moto liek saprast, ka bionika ir saistīta ar dabu. Daudzi no mums ikdienā sastopas ar bionikas zinātnes darbības elementiem un rezultātiem, paši to nezinot.

Vai esat dzirdējuši par tādu zinātni kā bionika?

Bioloģija ir populāras zināšanas, ar kurām mēs esam iepazīstināti skolā. Nez kāpēc daudzi uzskata, ka bionika ir viena no bioloģijas apakšnodaļām. Patiesībā šis apgalvojums nav gluži precīzs. Patiešām, šī vārda šaurā nozīmē bionika ir zinātne, kas pēta dzīvos organismus. Taču biežāk mēs esam pieraduši ar šo mācību saistīt kaut ko citu. Lietišķā bionika ir zinātne, kas apvieno bioloģiju un tehnoloģijas.

Bioniskās izpētes priekšmets un objekts

Ko pēta bionika? Lai atbildētu uz šo jautājumu, ir jāapsver pašas doktrīnas strukturālais iedalījums.

bioloģiskā bionika pēta dabu tādu, kāda tā ir, nemēģinot iejaukties. Tās izpētes objekts ir iekšienē notiekošie procesi

Teorētiskā bionika nodarbojas ar dabā pamanīto principu izpēti un uz to pamata veido teorētisko modeli, ko tālāk pielietot tehnoloģijās.

Praktiskā (tehniskā) bionika ir teorētisko modeļu pielietošana praksē. Tā teikt, praktiska dabas ievadīšana tehniskajā pasaulē.

Kur tas viss sākās?

Bionikas tēvu sauc par izcilo Leonardo da Vinči. Šī ģēnija ierakstos var atrast pirmos mēģinājumus dabas mehānismu tehniskajā iemiesojumā. Da Vinči zīmējumi ilustrē viņa vēlmi radīt lidmašīnu, kas spētu kustināt savus spārnus kā putnam lidojumā. Savulaik šādas idejas bija pārāk drosmīgas, lai tās būtu pieprasītas. Viņi bija spiesti pievērst sev uzmanību daudz vēlāk.

Pirmais, kurš izmantoja bionikas principus arhitektūrā, bija Antoni Gaudi i Curnet. Viņa vārds ir stingri iespiests šīs zinātnes vēsturē. Lielā Gaudi projektētās arhitektūras struktūras to celtniecības laikā bija iespaidīgas, un daudzus gadus vēlāk tās rada tādu pašu sajūsmu mūsdienu vērotāju vidū.

Nākamais, kurš atbalstīja ideju par dabas un tehnoloģiju simbiozi, bija Viņa vadībā sāka plaši izmantot bioniskos principus ēku projektēšanā.

Bionikas kā neatkarīgas zinātnes apgalvojums notika tikai 1960. gadā zinātniskā simpozijā Deitonā.

Datortehnoloģiju un matemātiskās modelēšanas attīstība ļauj mūsdienu arhitektiem daudz ātrāk un ar lielāku precizitāti iemiesot dabas norādes arhitektūrā un citās nozarēs.

Tehnisko izgudrojumu dabiskie prototipi

Vienkāršākais bionikas zinātnes izpausmes piemērs ir eņģu izgudrojums. Pazīstams stiprinājums, kura pamatā ir vienas konstrukcijas daļas rotācijas princips ap otru. Šo principu gliemežvāki izmanto, lai kontrolētu savus divus spārnus un, ja nepieciešams, tos atvērtu vai aizvērtu. Klusā okeāna milzu gliemežu izmērs sasniedz 15-20 cm. Eņģes princips to čaumalu savienošanā ir skaidri redzams ar neapbruņotu aci. Mazie šīs sugas pārstāvji izmanto to pašu vārstu nostiprināšanas metodi.

Ikdienā mēs bieži lietojam dažādas pincetes. Asais un ērcei līdzīgais dzeguzes knābis kļūst par dabisku šādas ierīces analogu. Šie putni izmanto plānu knābi, iespiežot to mīkstā augsnē un izraujot mazas vaboles, tārpus utt.

Daudzas mūsdienu ierīces un armatūra ir aprīkotas ar piesūcekņiem. Piemēram, tos izmanto dažādu virtuves iekārtu kāju dizaina uzlabošanai, lai tās ekspluatācijas laikā neslīdētu. Tāpat īpašie apavi augstceltņu logu tīrītājiem ir aprīkoti ar piesūcekņiem, lai nodrošinātu to drošu fiksāciju. Arī šī vienkāršā ierīce ir aizgūta no dabas. Koka varde, kam kājās ir piesūcekņi, neparasti veikli turas uz gludām un slidenām augu lapām, un astoņkājiem tās ir vajadzīgas ciešam kontaktam ar upuriem.

Šādus piemērus var atrast daudz. Bionika ir tikai zinātne, kas palīdz cilvēkam aizgūt no dabas tehniskos risinājumus saviem izgudrojumiem.

Kurš ir pirmais - daba vai cilvēki?

Dažreiz gadās, ka šo vai citu cilvēces izgudrojumu daba jau sen ir “patentējusi”. Tas ir, izgudrotāji, kaut ko radot, nevis kopē, bet paši izdomā tehnoloģiju vai darba principu, un vēlāk izrādās, ka tas dabā pastāv jau ilgu laiku, un to varētu vienkārši palūrēt un pieņemt. .

Tas notika ar parasto Velcro, ko cilvēks izmanto apģērba stiprināšanai. Ir pierādīts, ka tievu bārdu savienošanai savā starpā tiek izmantoti arī āķi, līdzīgi tiem, kas atrodami uz Velcro.

Rūpnīcas cauruļu struktūrā ir līdzība ar labības dobajiem kātiem. Caurulēs izmantotais gareniskais stiegrojums ir līdzīgs kāta sklerenhīmas joslām. Tērauda stingrības gredzeni - starplikas. Plānā miza kāta ārpusē ir spirālveida stiegrojuma analogs cauruļu struktūrā. Neskatoties uz konstrukcijas kolosālo līdzību, zinātnieki neatkarīgi izgudroja tieši šādu rūpnīcas cauruļu veidošanas metodi, un tikai vēlāk viņi ieraudzīja šādas konstrukcijas identitāti ar dabas elementiem.

Bionika un medicīna

Bionikas izmantošana medicīnā ļauj glābt daudzu pacientu dzīvības. Nemitīgi notiek darbs pie mākslīgu orgānu radīšanas, kas spēj funkcionēt simbiozē ar cilvēka ķermeni.

Pirmajam paveicās pārbaudīt dāni Denisu Aabo. Viņš zaudēja pusi rokas, bet tagad viņam ir iespēja uztvert objektus pieskaroties, izmantojot ārstu izgudrojumu. Viņa protēze ir savienota ar ievainotās ekstremitātes nervu galiem. Mākslīgie pirkstu sensori spēj savākt informāciju par pieskaršanos objektiem un pārraidīt to uz smadzenēm. Šobrīd dizains vēl nav pabeigts, tas ir ļoti apjomīgs, kas apgrūtina tā lietošanu ikdienā, taču arī šobrīd šo tehnoloģiju var saukt par īstu atklājumu.

Visi pētījumi šajā virzienā pilnībā balstās uz dabas procesu un mehānismu kopēšanu un to tehnisko realizāciju. Šī ir medicīniskā bionika. Zinātnieku atsauksmēs teikts, ka drīzumā viņu darbi ļaus mainīt nolietotos dzīvos cilvēka orgānus un to vietā izmantot mehāniskos prototipus. Tas patiešām būs lielākais sasniegums medicīnā.

Bionika arhitektūrā

Arhitektūras un ēku bionika ir īpaša bionikas zinātnes nozare, kuras uzdevums ir arhitektūras un dabas organiska atkalapvienošanās. Pēdējā laikā arvien biežāk, projektējot modernas konstrukcijas, pievēršas bioniskiem principiem, kas aizgūti no dzīviem organismiem.

Mūsdienās arhitektūras bionika ir kļuvusi par atsevišķu arhitektūras stilu. Tā radās no vienkāršas formu kopēšanas, un tagad šīs zinātnes uzdevums ir kļuvis pieņemt principus, organizatoriskās iezīmes un tos tehniski īstenot.

Dažreiz šo arhitektūras stilu sauc par eko stilu. Tas ir tāpēc, ka bionikas pamatnoteikumi ir:

meklēt optimālus risinājumus;
materiālu taupīšanas princips;
maksimālas videi draudzīguma princips;
enerģijas taupīšanas princips.

Kā redzat, bionika arhitektūrā ir ne tikai iespaidīgas formas, bet arī progresīvas tehnoloģijas, kas ļauj izveidot mūsdienu prasībām atbilstošu struktūru.

Arhitektūras bionisko struktūru raksturojums

Balstoties uz līdzšinējo pieredzi arhitektūrā un būvniecībā, varam teikt, ka visas cilvēka struktūras ir trauslas un īslaicīgas, ja tās neizmanto dabas likumus. Bioniskajām ēkām, papildus pārsteidzošām formām un drosmīgiem arhitektūras risinājumiem, piemīt izturība, spēja izturēt nelabvēlīgas dabas parādības un kataklizmas.

Šādā stilā celto ēku eksterjerā redzami reljefu, formu, kontūru elementi, ko projektēšanas inženieri prasmīgi kopējuši no dzīviem, dabas objektiem un meistarīgi iemiesojuši arhitekti un celtnieki.

Ja pēkšņi, apcerot kādu arhitektūras objektu, šķiet, ka skatāties uz mākslas darbu, ar lielu varbūtību jums ir ēka bioniskā stilā. Šādu struktūru piemērus var redzēt gandrīz visās pasaules valstu galvaspilsētās un lielajās tehnoloģiski attīstītajās pilsētās.

Jaunās tūkstošgades celtniecība

Vēl 90. gados Spānijas arhitektu komanda izveidoja ēkas projektu, pamatojoties uz pilnīgi jaunu koncepciju. Šī ir 300 stāvu ēka, kuras augstums pārsniegs 1200 m. Plānots, ka kustība pa šo torni notiks ar četrsimt vertikālu un horizontālu liftu palīdzību, kuru ātrums ir 15 m/s. Valsts, kas piekrita sponsorēt šo projektu, bija Ķīna. Celtniecībai tika izvēlēta visblīvāk apdzīvotā pilsēta Šanhaja. Projekta īstenošana atrisinās reģiona demogrāfisko problēmu.

Tornim būs pilnībā bioniska struktūra. Arhitekti uzskata, ka tikai tas var nodrošināt konstrukcijas izturību un izturību. Konstrukcijas prototips ir ciprese. Arhitektūras kompozīcijai būs ne tikai cilindriska forma, līdzīga koka stumbram, bet arī "saknes" - jauna veida bioniskais pamats.

Ēkas ārējais segums ir plastmasas un elpojošs materiāls, kas imitē koka mizu. Šīs vertikālās pilsētas gaisa kondicionēšanas sistēma būs analoga ādas siltuma regulēšanas funkcijai.

Pēc zinātnieku un arhitektu prognozēm, šāda ēka nepaliks vienīgā. Pēc veiksmīgas ieviešanas bionisko struktūru skaits planētas arhitektūrā tikai palielināsies.

Bioniskās ēkas mums apkārt

Kādos slavenos darbos tika izmantota bionikas zinātne? Šādu struktūru piemērus ir viegli atrast. Veikt vismaz Eifeļa torņa izveides procesu. Ilgu laiku klīda baumas, ka šis 300 metrus garais Francijas simbols būvēts pēc nezināma arābu inženiera zīmējumiem. Vēlāk tika atklāta tā pilnīga līdzība ar cilvēka stilba kaula struktūru.

Papildus Eifeļa tornim visā pasaulē ir daudz bionisko struktūru piemēru:

uzcelts pēc analoģijas ar lotosa ziedu.
Pekinas Nacionālā opera - ūdens lāses imitācija.
Peldēšanas komplekss Pekinā. Ārēji tas atkārto ūdens režģa kristālisko struktūru. Pārsteidzošs dizaina risinājums apvieno konstrukcijas lietderīgo spēju uzkrāt saules enerģiju un pēc tam izmantot to visu ēkā strādājošo elektroierīču barošanai.
Debesskrāpis "Aqua" izskatās kā krītoša ūdens straume. Atrodas Čikāgā.
Arhitektūras bionikas dibinātāja Antonio Gaudi māja ir viena no pirmajām bioniskajām būvēm. Līdz mūsdienām tas ir saglabājis savu estētisko vērtību un joprojām ir viens no populārākajiem tūrisma objektiem Barselonā.

Zināšanas, kas vajadzīgas ikvienam

Rezumējot, varam droši teikt: viss, ko pēta bionika, ir aktuāls un nepieciešams mūsdienu sabiedrības attīstībai. Ikvienam vajadzētu iepazīties ar bionikas zinātniskajiem principiem. Bez šīs zinātnes nav iespējams iedomāties tehnoloģisko progresu daudzās cilvēka darbības jomās. Bionika ir mūsu nākotne pilnīgā harmonijā ar dabu.

Viens no zinātniskajiem virzieniem, kas veidojās salīdzinoši nesen, bet spēja stingri ienākt ikdienas dzīvē, ir kļuvis par bioniku. Bionika ir lietišķa (tas ir, pārsvarā specifiska praktiska pielietojuma) zinātne par izmantošanu tehniskajās ierīcēs un dažādu dabas objektu īpašību un funkciju sistēmu organizēšanas principiem. Vienkārši sakot, ar bionikas palīdzību cilvēce cenšas ienest dabas sasniegumus savās tehniskajās un sociālajās tehnoloģijās.

Sasniegusi noteiktus griestus mākslīgo mehānismu attīstībā, cilvēce cenšas aizņemties principus un metodes, ar kurām tiek radīti un funkcionēti dzīvi organismi, lai virzītos uz priekšu.

Pirms apsvērt bionisko principu pielietojumu arhitektūrā, teiksim dažus vārdus par bioniku kopumā. Neoficiālais nosaukums "Bionikas tēvs" pieder Leonardo da Vinči. Lielākais ģēnijs cilvēces vēsturē bija pirmais, kurš mēģināja izmantot dabas pieredzi cilvēka radītu mašīnu konstruēšanā - no Leonardo zīmējumiem un piezīmēm ir acīmredzams, ka, izstrādājot savu lidmašīnu, viņš spēlēja galveno lomu. reproducējot to pašu mehānismu, ar kuru putni plivina spārnus un rada pacēlumu. Tomēr šīs da Vinči idejas palika nepieprasītas līdz pat pagājušajam gadsimtam, kad kibernētikas attīstības ietekmē zinātnieki pievērsa lielu uzmanību tā saukto "dzīvo sistēmu" (tas ir, dabas objektu) darbībai. Visbeidzot, bionika kā zinātne izveidojās zinātnieku simpozijā Deitonā 1960. gadā.

Līdz šim bionikā ir trīs jomas: bioloģiskā, kas aplūko procesus bioloģiskajās sistēmās; teorētiskais, kas nodarbojas ar šo procesu matemātisko (precīzāk būtu teikt datorizētu) modeļu izveidi; un tehniskais, kas atbild par izveidoto bionisko modeļu izmantošanu ieviešanai, veidojot inženierbūves vai mašīnas. Tieši šeit, bionikas teorētisko un tehnisko jomu krustpunktā, atrodas arhitektūra.

Bionikas principu izmantošanas pionieris ēku celtniecībā bija izcilais 19. gadsimta beigu un 20. gadsimta sākuma katalāņu arhitekts Antonio Gaudi. Tieši Gaudi bija pirmais, kurš arhitektūras konstrukcijās ne tikai ieviesa dekoratīvos dabas elementus, bet piešķīra ēkām vides raksturu. Profesionāli arhitekti, ainavu dizaineri un vienkārši skaistuma pazinēji joprojām nebeidz apbrīnot Gaudi atjautīgos arhitektoniskos risinājumus Gīela parka būvniecības laikā: ko vērts ir tikai sava veida kolonāde, kas veidota seno portiku stilā un ir kā sakausēta. koku stumbri. Arhitektūras bioniskos principus pārņēma un attīstīja Rūdolfs Šteiners pagājušā gadsimta 20. gadu sākumā, pēc tam sākās plaša bionikas izmantošana ēku un būvju projektēšanā.

Pateicoties zinātnisko metožu attīstībai, zināšanu bāzes paplašināšanai un detalizētas matemātiskās modelēšanas iespēju parādīšanās, pagātnes arhitekti nonāca pie secinājuma, ka lielākā daļa arhitektūras principu un likumu, par kuriem cilvēce ir cīnījusies, ir pārbaudījuši. un kļūdas cauri tūkstošiem gadu, dabā bija tieši zem mūsu deguna. Tāpēc bionikas galvenais uzdevums arhitektūrā ir meklēt dabiskās bioloģiskās sistēmās optimālus risinājumus jaunām arhitektūras problēmām. Tiek pētīti dzīvo audu veidošanās un struktūras veidošanās likumi, dzīvo organismu konstruktīvās sistēmas pēc materiāla, enerģijas taupīšanas un uzticamības nodrošināšanas principa. Turklāt savvaļas dzīvnieku izpēte palīdz arhitektiem radīt jaunas, mūsdienu prasībām un uzdevumiem atbilstoši būvmateriāli. Tā, piemēram, slāņveida struktūru izveides "tehnoloģija" tika aizgūta no dažiem dziļūdens mīkstmiešiem. Fakts ir tāds, ka šo radījumu čaumalas sastāv no mainīgiem cietiem un mīkstiem slāņiem. Būvniecībai šī principa pielietošana nozīmē, ka augšējā cietā slāņa deformācijas gadījumā nākamais mīkstais slānis “nodzēsīs” destrukciju un plaisa paliks uz virsmas, neizplatoties dziļi konstrukcijā.

Vēsture zina daudzus šādus piemērus, kad noteiktu konstrukciju bioniskā daba tika atklāta tikai ilgu laiku pēc to uzbūvēšanas. Piemēram, tikai pagājušā gadsimta otrajā pusē tika atklāts, ka Eifeļa torņa uzbūve ir līdzīga cilvēka stilba kaula uzbūvei, un tādēļ tam ir pietiekams spēks. Un, teiksim, modernās daudzstāvu industriālās konstrukcijas, caurules iztur spēcīgas vēja brāzmas, jo to uzbūves princips sakrita ar graudaugu stublāju “iekšējo uzbūvi”, kas vējā liecas, bet nelūzt un ātri. atjaunot to vertikālo stāvokli.

Tieši bionikas zināšanu piesaiste arhitektūrā ļāva uzsākt, iespējams, grandiozākā mūsu laika būvprojekta Šanhajas "Tower City" realizāciju. Pēc arhitektu domām, apmēram līdz 2023. gadam Šanhajā vajadzētu uzbūvēt "torni", kurā būtu visi pilsētas infrastruktūras objekti un kurā būtu vismaz 100 000 iedzīvotāju. "Torņu pilsēta" veidosies kā ciprese ar vairāk nekā 1200 metru augstumu un pamatnes platumu 133x100 metri (plašākajā vietā - 166x133 metri). Ēkai būs 300 stāvi, kas izvietoti 12 vertikālos blokos pa 80 stāviem. Rūpīgi pārdomāts dizains ir līdzīgs ciprese zaru struktūrai un visam vainagam. Tornis stāvēs uz pāļu pamatiem, kas aprēķināti pēc akordeona principa, tāpat kā kokam veidojas sakņu sistēma. Augšējo stāvu noturību pret vēja iedarbību nodrošinās tas, ka gaisam būs jāiziet cauri torņa konstrukcijai, nesastopoties ar pretestību. Šanhajas varas iestādes, kas jau tagad saskaras ar pārapdzīvotības problēmu, norāda, ka gadījumā, ja Tower City pieredze būs veiksmīga, tiks uzbūvētas vairākas šādas būves.

Aleksandrs Babitskis

BIONIKA PASAULES ARHITEKTŪRĀ

Kopš seniem laikiem lielie arhitektūras prāti ir meklējuši jaunus arhitektūras stilus. Sākot no Bābeles torņa un beidzot ar Jaunās Parīzes arhitektūras šedevriem, cilvēce ir meklējusi, atradusi, iemiesojusi. Atkal meklēts, atkal atrasts un atkal iemiesots. Un tā tālāk pa apli, bezgalīgi. Mūsdienās pasaule pazīst daudzus arhitektūras stilus: gotiku, renesansi, baroku, jūgendstilu, klasicismu, bioniku un citus. Neapšaubāmi, katrs no šiem stiliem ir interesants un savā veidā ir uzmanības vērts.

Pirmos mēģinājumus celtniecībā izmantot dabas formas veica slavenais 19. gadsimta spāņu arhitekts Antonio Gaudi.

Arhitekts Antonio Gaudi. Parks Guell, Barselona

Un tas bija izrāviens! Park Güell jeb, kā mēdza teikt, "Akmenī iesaldēta daba", Casa Batlo un Casa Mila privāto villu apbrīnojamā arhitektūra - Eiropa, arhitektonisko prieku izlutināta, un visa pasaule neko tādu vēl nav redzējusi. . Šie lielā meistara šedevri deva impulsu arhitektūras attīstībai bioniskā stilā. 1921. gadā bioniskās idejas atspoguļojās vācu filozofa Rūdolfa Šteinera projektētajā skulpturāli organiskajā ēkā Gēteāns.

Rūdolfs Šteiners ar pirmā Gēteāna rietumu fasādes maketu

Pastāv izpratne par organisko arhitektūru kā savvaļas dzīvnieku imitāciju. Biomorfos elementus apguva daudzi arhitekti. Pietiek atgādināt Konstantīna Meļņikova māju Maskavā, kuras logu forma un izkārtojums atgādina šūnveida šūniņu, vai itāļa Antonio Gaudi darinājumus.

Konstantīna Meļņikova māja Maskavā

Taču dzīve nestāv uz vietas, un 20. gadsimta vidū sāka parādīties nopietna interese par bioniku. Viens no vadošajiem arhitektiem bionikas jomā bija vācu inženieris Otto Frei, kurš 1961. gadā Štutgartē pulcēja domubiedrus grupā ar nosaukumu "Bioloģija un būvniecība". Pats Frijs nodarbojās ar vieglām konstrukcijām. Kopā ar Politehniskā institūta biologiem un inženieriem viņš vēlējās saprast, kā tiek veidoti dzīvo organismu audi un membrānas, un pēc tam apvienot šīs zināšanas ar esošajām tehnoloģijām. Aplūkojot kramaļģes Kramaļģes ir silīcija aļģes, aļģu nodaļa. Vienšūnas vientuļnieki vai koloniāli organismi. Viņu šūnām ir ciets krama apvalks, kas sastāv no divām pusēm ] un zirnekļu tīklus, pētnieki atklāja acīmredzamas līdzības ar saviem dizainparaugiem. Taču viņi saskatīja arī būtisku atšķirību: dzīvi objekti ir ārkārtīgi sarežģīti un to dizains ne vienmēr ir optimāls, tāpēc to precīza atveidošana praksē visbiežāk nav iespējama – šādi projekti būs ļoti dārgi un smagi. Frajs kļuva slavens 20. gadsimta 60. un 70. gados, izveidojot FRG paviljonu Pasaules izstādē Monreālā un Olimpiskajā stadionā Minhenē, kur izmantoja membrānas un elastīgās struktūras, kuru galvenā priekšrocība ir vieglums un caurspīdīgums.

Olimpiskais stadions Minhenē. Arch Otto Frei

2006. gadā māju, kas atgādina nautilus gliemežvāku, uzcēla meksikāņu arhitekts Havjers Senosjans. Nautilus iezīmes atkārtojas ne tikai mājas ārējā veidolā, bet arī tās spirālveida iekšējā struktūrā. Un 2007. gadā viņa vadībā Mehiko tika pabeigta māja "Snake" - ēka garas caurules formā, kas vienmērīgi aptver ainavas nelīdzenumus. Savus profesionālos uzskatus Senosjans izklāstīja grāmatā "Bioarhitektūra". Viņš uzskata, ka vietās ar skaistu dabu nepieciešams būvēt nelielas, cilvēka auguma mājiņas, vienlaikus izmantojot vietējas izcelsmes dabas materiālus.

Doi čūska. Arch.Havjers Senosjans

Mūsdienās organiskās arhitektūras modernais iemiesojums redzams Nīderlandē - NMB bankas valdes ēka, Austrālijā - Sidnejas operas ēka. Monreālā - Pasaules izstāžu kompleksa ēka, Japānā - SONY debesskrāpis un augļu muzejs Jamanaši.

Opera Sidnejā

Cipreses māja Šanhajā, ciprešu mājas sakņu sistēma

Rūpīgi pārdomāts dizains ir līdzīgs ciprese zaru struktūrai un visam vainagam. Tornis stāvēs uz pāļu pamatiem, kas aprēķināti pēc akordeona principa, tāpat kā kokam veidojas sakņu sistēma. Augšējo stāvu noturību pret vēja iedarbību nodrošinās tas, ka gaisam būs jāiziet cauri torņa konstrukcijai, nesastopoties ar pretestību. Šanhajas varas iestādes, kas jau tagad saskaras ar pārapdzīvotības problēmu, norāda, ka gadījumā, ja Tower City pieredze būs veiksmīga, tiks uzbūvētas vairākas šādas būves.

Bionika arhitektūrā - no "mašīnu principa līdz dzīvības principam", http://www.existenzia.ru/idea/bionika