Доклад к научно- исследовательской работе Перспективы развития бионики

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 5

Усть-Кутского муниципального образования

Доклад

Перспективы развития бионики.

Автор: ученик 8А класса

Пинигин Павел

Руководитель: учитель физики

Зеленова И.А.

Усть-Кут 2016

Перспективы развития бионики.

Многие ученые поняли ,что не стоит «изобретать велосипед» природа - матушка уже обо всем позаботилась Но какие перспективы видят они перед собой сейчас?

Суперклей от моллюсков

В одной из лабораторий Министерства энергетики США уже целый год изучают чудо-смесь, которую вырабатывают двустворчатые моллюски, чтобы намертво прилипать к днищам судов. А вскоре появится новый «супермомент», который поможет склеивать окисленные металлические пластины, из которых собираются важные компьютерные узлы, и даже заменить хирургические швы на теле человека после операции. Однако для получения всего 1 грамма протеинового клея требуется 10 тысяч моллюсков. Поэтому ученые приступают к имплантации нужного гена моллюска в какое-нибудь растение, что позволит «собирать урожай» протеинов для получения водостойкого клея.

Самолет с тонкими крыльями

Инженеры военно-воздушных сил США, NASA и компании Boeing, участвующие в совместном проекте стоимостью в 40 миллионов долларов, несколько лет изучали... птичек и пчелок. И в итоге они приступили к созданию реактивного истребителя с такими крыльями, которые смогут самостоятельно сгибаться и принимать в полете нужную для маневра форму. Помимо этого, крылья будут такими тонкими, что самолет станет легче в несколько раз. Это уменьшит расход топлива.

А ученым из Австралийского национального университета (ANU) больше понравился полет стрекозы: «несмотря на очень маленький мозг, эти насекомые способны выполнять быстрые и точные воздушные маневры, требующие устойчивости и умения избегать столкновения». Новые летательные аппараты собираются использовать для исследования атмосферы Марса.

Автомобиль без водителя

Американская компания Orbital Research, разработчик систем навигации, начала работу над интуитивной сенсорной системой, которая позволит избежать столкновений автомобилей на земле и самолетов в воздухе. Эту систему под названием Bio-Avert ученые придумали, изучив поведение тараканов в тот момент, когда их пытаются поймать. Оказалось, что у прусаков уникальная нервная система. Она без отдыха контролирует мельчайшие изменения, происходящие рядом, и при возникновении опасности реагирует быстро, четко и, самое главное, правильно. Уже создана действующая модель радиоуправляемого авто с «тараканьими мозгами». А в недалеком будущем сбудется мечта автолюбителей: появится машина, которой не нужен будет водитель.

Изоляционный и упаковочный материал

. Изоляционный и упаковочный материал, созданный при помощи вешенок Американская компания Ecovative Design, производящая упаковку, создала группу возобновляемых и биоразлагаемых материалов, которые можно использовать для производства термоизоляторов, защиты от пламени, а также упаковки.

Для производства этих материалов используется шелуха риса, гречихи и хлопчатника, на которых выращивается особый гриб Pleurotus ostreatus (или вешенка). Смесь, содержащая клетки этого гриба и пероксид водорода, помещается в специальные формы и выдерживается в темноте, чтобы под воздействием грибного мицелия изделие затвердело. Затем изделие высушивается, чтобы оставить рост гриба и предотвратить появление аллергии в процессе использования изделия. МакГи считает, что возможности применения подобных материалов практически неограниченны - из них можно делать все, включая мебель и корпуса для компьютеров. У него даже уже есть игрушечный утенок, сделанный из такого материала

Сталь от пауков

Натуральная паутина, оказывается, не только в 5 раз прочнее стали, но еще на 30% эластичнее и тягучее самого лучшего нейлона. Прочность ее такова, что, если бы пауки были величиной с человека, то в свою паутину могли бы с легкостью поймать пассажирский реактивный самолет. Из нового материала, «одолженного» у пауков, ученые предлагают делать ремни безопасности, невесомые провода, пуленепробиваемые ткани, медицинские нити, автомобильные шины и даже искусственные связки, ведь паутинный белок практически не отторгается организмом. Для того чтобы заполучить сверхпрочные нити, «доить» пауков долго и хлопотно. Поэтому ученые пошли другим, неожиданным путем. Генетики канадской биотехнологической компании «Нэксия» имплантировали гены, ответственные за синтез паутины у пауков, нигерийским козам. И те стали давать молоко, содержащее такие же белки, что и паутина. Из молока извлекают сырье для получения нитей и ткут сверхпрочный шелк.

Устройства, созданные при помощи вирусов.

Биоинженер Анджела Белчер ( Angela Belcher) и ее группа создали новую батарею, в работе которой используется генетически модифицированный вирус бактериофаг М13. Этот модифицированный вирус способен прикрепляться к неорганическим материалам, таким как золото и оксид кобальта. В результате самосборки вирусов можно получить достаточно длинные нанопровода. Группа ученых под руководством смогла собрать множество таких нанопроводов, в результате чего получилась основа очень мощной и чрезвычайно компактной батареи. В 2009 г группа Блетчер продемонстрировала возможность использования генетически модифицированного вируса для создания анода и катода литий-ионного аккумулятора. МакГи отмечает, что это очень мощная технология, не имеющая аналогов.

Экологически чистый цемент компании Calera Corporation.

Процесс, используемые компанией Calera Corporation, во многом имитирует создание природного цемента, которым в процессе своей жизнедеятельности занимаются кораллы, извлекая кальций и магний из морской воды, чтобы синтезировать карбонаты при нормальных температурах и давлениях. При создании цемента Calera углекислый газ сначала превращают в угольную кислоту, из которой затем получают карбонаты. МакГи говорит, что при таком способе для производства одной тонны цемента необходимо связать примерно столько же углекислого газа. Производство цемента традиционным способом приводит к загрязнению окружающей среды углекислым газом, но эта революционная технология наоборот - забирает углекислый газ из окружающей среды.

Экологически чистые пластмассы

.

Американская компания Novomer, разрабатывающая новые экологически чистые синтетические материалы, создала технологию получения пластмасс, где в качестве основного сырья используется углекислый и угарный газы. МакГи подчеркивает ценность этой технологии, так как выброс парниковых и других токсичных газов в атмосферу является одной из основных проблем современного мира. При производстве пластмасс по технологии компании Novomer, новые полимеры и пластмассы могут содержать до 50% углекислого и угарного газов, и при этом на производство этих материалов требуется значительно меньше энергии. Такое производство поможет связывать существенное количество парниковых газов, а сами эти материалы становятся биоразлагаемыми.

Полимер, работающий по принципу венериной мухоловки.

Стоит только насекомому коснуться ловчего листа хищного растения Венериной мухоловки, как форма листа немедленно начинает меняться, и насекомое оказывается в смертельной ловушке. Альфреду Кросби (Alfred Crosby) и его коллегам из Амхерстского университета (штат Массачусетс) удалось создать полимерный материал, который в состоянии подобным образом реагировать на малейшие изменения давления, температуры, либо под воздействием электрического тока. Поверхность этого материала покрывают микроскопические, заполненные воздухом линзы, которые могут очень быстро менять свою кривизну (становиться выпуклыми или вогнутыми) при изменении давления, температуры, либо под воздействием тока. Размер этих микролинз варьируется от 50 мкм до 500 мкм. Чем меньше сами линзы и расстояние между ними, тем с большей скоростью материал реагирует на внешние изменения. МакГи говорит, что особенностью данного материала является то, что он создан на стыке микро- и нанотехнологий.

Универсальное защитное покрытие, имитирующее защитное покрытие биссусной железы мидий.

Мидии, как и многие другие двустворчатые моллюски, умеют намертво прикрепляться к самым различным поверхностями при помощи особых, сверхпрочных белковых нитей - так называемого биссуса. Внешний защитный слой биссусной железы представляет собой универсальный, чрезвычайно прочный и в то же время невероятно эластичный материал. Профессор органической химии Герберт Уэйт (Herbert Waite) из Калифорнийского университета очень долго занимался исследованием мидий, и ему удалось воссоздать материал, структура которого очень похожа на материал, вырабатываемый мидиями. МакГи говорит, что Герберту Уэйту удалось открыть целое поле для новых исследований, и что его работа уже помогла другой группе ученых создать технологию PureBond для обработки поверхностей деревянных панелей без применения формальдегида и других высокотоксичных веществ.

Антибактериальные поверхности, работающие по принципу акульей кожи.

Акулья кожа обладает совершенно уникальным свойством - на ней не размножаются бактерии, и при этом она не покрыта никакой бактерицидной смазкой. Другими словами - кожа не убивает бактерии, их на ней просто нет. Секрет кроется в особом рисунке, который образуют мельчайшие чешуйки акульей кожи. Соединяясь друг с другом, эти чешуйки образуют особый ромбовидный узор. Вот этот узор и воспроизводится на защитной антибактериальной пленке Sharklet. МакГи считает, что применение этой технологии поистине безгранично. Действительно, нанесение подобной текстуры, не дающей размножаться бактериям, на поверхности предметов в больницах и местах общественного пользования позволяет избавиться от бактерий на 80%. При этом бактерии не уничтожаются, а, следовательно, они не могут приобрести резистентность, как в случае с антибиотиками. Технология Sharklet - это первая в мире технология, подавляющая рост бактерий без использования токсичных веществ.

Андроид Repliee Q1

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. Алгоритм совершенствуется, когда Repliee Q1 наблюдает за настоящими людьми и действует независимо от них.

Город - башня

В Шанхае планируют построить город-башню на 100 тысяч человек. Это уникальное сооружение, имитирующее природные конструкции, должно быть создано на основе новейших технологий и сможет противостоять самым мощным природным воздействиям и нагрузкам. Опираясь на бионические постулаты, архитекторы приступили к разработке принципиально нового типа сооружений, абсолютно не похожего на все, что человечество строило до сих пор. Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1128 м с обхватом у основания 133 на 100 м., а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами - перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты - аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить еще несколько таких зданий-городов.

Плавучий сад - амфибия

Европейские ученые много лет бьются над проблемами экологии, и найти решение для одной из них помогла команда дизайнеров и архитекторов из Vincent Callebaut Architects. Их совместное детище реализовано в виде плавучего сада-амфибии, работающего на основе применения биотехнологий. Он легко решит вопрос очистки европейских судоходных рек. Это уникальное строение-корабль будет вставать на якорь в наиболее полноводных реках, возвращать воде естественную природную чистоту, и при этом генерировать электроэнергию - никаких вредных выбросов, чистая польза. Вдохновил создателей особый вид медузы Physalia physalis - это название переводится как «португальский кораблик». Согласно планам авторов концепта, Physalia сможет курсировать по Дунаю, Волге, Рейну, Гвадалквивиру, а также Тигру и Евфрату. На крыше судна, помимо множества зеленых растений, найдется место и для панелей солнечных батарей, в то время как в нижней части будут установлены гидротурбины, которые превращают энергию течения речной воды в электричество. Корпус Physalia будет выполнен из алюминия и стали и покрыт TiO2 - фотокатализатором, способствующим очистке воды.Кроме того, Physalia сможет абсорбировать химические и карбонизированные отходы, оставляемые другими судами и промышленными предприятиями. В этом поможет огромный сад, высаженный на борту судна - растения будут способствовать поглощению выбросов, возникающих в процессе судоходства.

Плавучие города

Это как раз плавучие города. Башни, символизирущие борьбу с курением, башни, от символики переходящие к выработке кислорода - для Гонконга, музеи для Тарту и Женевы и другие интересные проекты по всему миру. Автор Венсан Каллебо (Vincent Callebaut), бельгиец..