Конструкторское бюро живой природы

“Природа полна бесчисленных причин, которые никогда не были в опыте” .
Великий Леонардо да Винчи.

Оборудование: коллекции насекомых, фотографии, иллюстрации; Презентация “Конструкторское бюро живой природы”; набор-аппликация по созданию “фантастического насекомого”.

1. Мотивационно – ориентационный этап:

Учитель: – Добрый день, уважаемые друзья! Окружающая нас природа, хранит в себе много тайн, загадок и открытий.

Знаете ли вы, что:

(Слайд 1.)…Стрекоза с легкостью поднимает в воздух груз, в пятнадцать раз, превышающий ее собственный вес;

… Скорость полета шмеля – 18 км в час; стрекозы – до 96 км в час…;

…Бабочки бражники, питающиеся нектаром, ловким маневром огибают препятствия и могут подолгу зависать над цветами, как делают это колибри;

…Обыкновенный черный таракан видит радиацию?

(Слайд 2.) …Группа перепончатокрылых насекомых – наездников наделены “инструментом”, подобным нашему сверлу, но гораздо более совершенным и микроминиатюрным. Это “инженерное чудо” насекомых тоньше человеческого волоса, легко просверливает в коре и в довольно прочной древесине отверстия глубиной 5–6 см., такое “сверло” никогда не тупится и автоматически удаляет образуемые опилки;

…Оса-аммофила из века в век роет норки для гнезд с помощью мощного устройства подобного отбойному молотку.

Не правда ли, удивительный перечень из мира насекомых? И его можно еще и еще продолжать не менее удивительными примерами, которые вышли из конструкторского бюро живой природы.

Представим, что мы оказались в этом конструкторском бюро. (Слайд 3.)

? – Обратите внимание, Что находится у вас на столах? Ответ (коллекция насекомых, фотографии, иллюстрации).

? – Найдите связь, между насекомыми и тем, что здесь изображено? (Слайд 4.)

Ответ (вероятно, эти технические приборы, оборудование воплотили в себе особенности строения насекомых; они были созданы по законным природы, в частности по законам строения и жизнедеятельности насекомых).

Спасибо за ваше мнение. Чтобы проверить правильность ваших рассуждений, обратимся к мнению специалиста, который в нашем конструкторском бюро мог выглядеть так: (Образ, биоспециалиста – Слайд 5). Чтобы он ответил?

Бионик: Насекомые являются одним из любимых объектов специалистов в области бионики (от греч. biōn — элемент жизни, буквально — живущий). Науки, которая является пограничной между биологией и техникой, зародившейся в результате, целеустремленного “подглядывания” за природой и решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Если обратиться к Толковому словарю Ефремовой Бионика – направление кибернетики, применяющее знания о живой природе для решения научно-технических задач (Слайд 6.). Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой, электроникой, навигацией, связью, морским делом…(Слайд 7.). Формальным годом рождения бионики является 1960 год (Слайд 8).

Ученые бионики выбрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла, а девизом – "Живые прототипы – ключ к новой технике". К праотцам бионики можно причислить великого Леонардо да Винчи. “Природа полна бесчисленных причин, которые никогда не были в опыте”, – говорил он своим ученикам. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера (Слайд 9).

Учитель: Раз представителям класса насекомых наука бионика уделяет столь, пристальное внимание, давайте более подробно познакомимся с некоторыми насекомыми, которые удивляя и восхищая биоников, натолкнули их на создание технических устройств и уникальных систем.

? Задание группам: Выберите из раздаточного материала, одного из насекомых. Объяснить свой выбор. Ответ (Комнатная муха, вспомнились слова А.С.Пушкина “Любил лето я, если бы не комары и мухи”, разносит заразу, “надоедливая, как муха”).

? Ответ: Саранча – наносит серьезный урон сельскому хозяйству.

Спасибо. Достаточно мрачная картина у нас получилась с выбором насекомых. Но давайте посмотрим, что скажет на это специалист.

Бионикл. Комнатная муха. (Слайд10.) Обратите внимание на глаза мухи. Они занимают почти всю переднюю часть головы. Глаза мухи (как и большинства насекомых) являются фасеточными – то есть, состоят из множества маленьких "глазков". Каждой из “глазков” последовательно воспринимает изображение предмета, в итоге возникает серия независимых изображений, из которых складывается единая картина. Изучение фасеточных глаз мухи показало, что это насекомое способно очень точно определять скорость объектов, движущихся на огромной скорости. Инженеры скопировали принцип мушиных глаз для создания детекторов, очень быстро определяющих скорость летящих самолетов. Такой прибор получил название "глаз мухи".
Другой прибор, на создание которого инженеров вдохновили все те же мухи, необходим для поддержания верного курса самолетов, ракет и кораблей. Прибор получил название вибрационного гироскопа, а его прототипом послужили жужжальца мух. Особые органы, которые издают характерный жужжащий звук при полете мухи, и нужные насекомым не только для того, чтобы раздражать людей, а так же изменять направление полета.
Саранча (Слайд 11). Насекомое, саранча, возможно, поможет инженерам создать новый тип миниатюрных летательных устройств. Саранча считается одним из самых лучших летунов среди насекомых – она способна преодолевать огромные расстояния за счет крайне эффективного потребления энергии при полете. Кроме того, небольшие аппараты, летающие так же, как саранча, могут оказаться полезными экологам, которым необходимо проводить мониторинг состояния окружающей среды. Пригодятся они и военным, создающим миниатюрные приборы-шпионы.

В настоящее время, знания об особенностях строения насекомых используются в разных направлениях бионики. Приведем некоторые примеры ее достижений: (Слайд 12.)

1. Робототехника. Изучая опорно-двигательный аппарат насекомых, конструкторы создают роботов, способных ловко передвигаться по любой поверхности (Слайд 13). Особенность передвижения насекомых была заложена японскими биониками в созданного им робота. Такой робот используется в поисковых работах на развалах или в горных районах. Он помогает искать людей под завалами. В условиях постоянной сейсмической активности островов, такое изобретение весьма полезно (Слайд 14).

Робот способный передвигаться по поверхности воды (Слайд 15).
Американские ученые разработали робота-насекомого, который способен передвигаться по поверхности воды. Тем самым группа ученых Массачусетского Института Технологий (MIT) в США подтвердила теорию о том, как этот трюк выходит у некоторых насекомых в природе. То, что эти насекомые не тонут, легко объяснялось поверхностным натяжением воды, но как им удается перемещаться по поверхности, всегда оставалось загадкой. Проведенное наблюдение за водными потоками путем их окраски и использования высокоскоростной видеокамеры позволило установить, как насекомое движется по поверхности, не повреждая ее. Гребки оставляют после себя микро-водовороты под каждой ногой, которые и способствуют продвижению вперед. Роботизированная версия насекомого по размерам больше чем оригинал и двигается не так грациозно, но она явно демонстрирует, что команда исследователей добилась раскрытия феномена. Возможно, развив данную технологию, кое-кто из ученых и сам попытает счастья в среде плавучих насекомых.

2. Технические устройства. Средства коммуникации водных насекомых – удивительный механизм действия их звукового и слухового “аппаратов” издавна интересовал биоников. Изучение строения и функционирования этих живых “приборов” позволило разработать оригинальный способ связи между судами в водной среде. Связь стала осуществляться без выхода сигналов в атмосферу во избежание перехвата и расшифровки информации (Слайд 16).

Бионики предпринимают попытки создать электронный искусственный нос, работающий по принципу совершенных анализаторов запахов насекомых (Слайд 17). И хотя ученые добились некоторых успехов, они все же признают, что эти рукотворные приборы невозможно сравнить с живыми анализаторами. Для химической локации насекомые используют перистые антенны-усики, усаженные хеморецепторами – своеобразными миниатюрными биодатчиками. Их чувствительность просто поразительна. Так, например, самки бабочек тутового шелкопряда выделяют вещество, которое назвали “бомбикол” (от латинского названия шелкопряда). Даже незначительная его концентрация приводят самцов в сильное возбуждение – они начинают трепетать крыльями и совершать вращательные движения телом. Кроме того, биохимики, изучив состав бомбикола, получили четыре стереоизомера соединения и открыли еще одно удивительное качество самцов непарного шелкопряда. Те не только улавливают своим анализатором минимальное количество бомбикола, но и различают стереоизомеры пахучих веществ, то есть конфигурацию молекул. На вопрос, каким образом они это делают, исчерпывающего ответа пока нет.

3. Архитектурно-строительная бионика (Слайд 18). Уникальными строителями среди насекомых являются термиты. Здания" термитов построены из натуральных биоразлагаемых "строительных материалов". Сами жители этих строительных шедевров живут и работают в комфортных условиях. Кондиционирование воздуха и регулирование влажности в помещениях осуществляется без каких-либо затрат энергии. Водоснабжение дворцов термитов осуществляется посредством "колодцев", наполняемых подземными водами. Продукты питания также выращиваются в стенах этого удивительного "здания". Стройиндустрии Homo sapiens остаётся лишь только учиться у этих насекомых. Человек только сравнительно недавно решил взять на вооружение "строительные ноу-хау" этих древних насекомых. Наверное, первым зданием, при строительстве которого использовались строительные технологии термитов можно назвать торговый центр Eastgate в Хараре (Зимбабве). Пассивная система вентиляции обеспечивает комфортные условия в здании при минимальном количестве затрачиваемой электроэнергии.
Сколько энергоресурсов могло бы экономить человечество ежегодно, если бы внимательнее наблюдало за живой природой?

4. Дизайн одежды (Слайд 19). Свое внимание дизайнеры перенесли на объекты природы. Проанализировав механику крыльев насекомых, они разработали новые формы запахивания, наслоения верхней одежды, трансформации деталей. Свечение некоторых насекомых натолкнуло на идею разработки одежды и обуви со встроенным автономным освещением дороги. Бионический подход в дизайне позволяет получить неординарные решения конструктивных узлов, новых свойств поверхностей и фактур. В этом проявляется связь творческой личности с окружающим миром, со средой обитания человека.

5. Моделирование автомобилей будущего. (Слайд 20). Строение насекомых находит воплощение в моделях транспорта – будущего. Концепт автобуса ELA 2010 – это бионическое расширенное понятие гальванопластики, которое проектировалось как комбинация природы и технологий. Имитация формы глаз насекомого, ноги и крылья реализуются на 8 отделенных колесах, в том числе индивидуальный электрический двигатель, встроенный в структуру колес. Концепция включает в себя расположенные на крыше солнечные панели, которые могут генерировать вторичную энергию, приводящую колеса в движение. Задняя часть автобуса не несет никакой функциональной нагрузки, поэтому ожидается появление концепции более уникальной конструкции. Когда две боковые двери открываются, этот футуристический автобус становится похожим на летящую бабочку.

Учитель. Мы с вами познакомились с некоторыми примерами использования строения насекомых в создании технических устройств. Задание: Предлагаю, используя, аппликационный набор создать фантастическое насекомое. Называть часть тела насекомого и какое действие оно выполняет (Например: крылья – пусть летают, …). Друзья мои! Какие, же выводы, по работе конструкторского бюро живой природы мы с вами можем сделать?

Ответ: 1.Ошибочно утверждение, что есть насекомые полезные и вредные; 2. Человек подмечает много преимуществ в творениях природы, и использует их для создания удивительных, бионических изобретений, которые нужны или пригодятся в будущем человечеству.

Учитель: Закончу наш урок, словами автора статьи “Насекомые в жизни человека” Ждановой Т.Д. (Слайд 21). “Современная наука, со своим широким арсеналом знаний и исследовательской техники так и не может определить истоки “мудрости” организма насекомых и разгадать многочисленные секреты этих существ. Может быть, стоит согласиться с теми учеными, которые уже давно осознали одну из главных истин жизни: чем глубже погружаешься во внутренний мир живого, тем больше проявляется его непостижимая сложность и целесообразность?”. Спасибо за урок!