IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Бионика, так же именуемая биометрией представляет из себя коллекцию биологических методов и систем, существующих в природе, которые используются в разработке новых технологий различных отраслей науки.

В истории человечества существует много примеров заимствования формы человеком из природы для своих целей. Первые научные проекты были созданы Леонардо Да Винчи. Пытаясь построить летательный аппарат на основе наблюдения за полетом птиц, он потерпел неудачу, хотя и его попытка стала известна как первое использование бионики в мире.

Главной задачей любого инженера является усовершенствование старых и разработка новых технологий для оптимизации затрат материалов и времени на какой-либо проект, то же относится и к строительству. Для этого необходимо предусмотреть все: материал каждой детали, их взаимодействие друг с другом и со внешними нагрузками. Один из многих методов решения таких проблем является моделирование и кропотливое просчитывание каждого возможного расположения каждого элемента конструкции, что является довольно таки сложной работой.

Еще с давних времен человек бессознательно копировал то, что создавал «природный гений». И не зря, ведь только самые надежные формы могли уцелеть в процессе эволюции. Одно из первых таких «заимствований» из природы появляется во второй половине девятнадцатого века. Джозеф Пакстон, английский архитектор и по совместительству ботаник, наблюдая за цветками лотоса вдохновился и создал проект «Хрустального дворца».

В последние два десятилетия, с использованием растущей мощности компьютерной техники, архитекторы получили шанс совершать невозможные ранее расчеты и создавать сложные математические модели различных неправильных форм, что вывело возможности архитектуры на совершенно новый уровень.

1.Одной из таких возможностей является расчет купольных систем по подобию скорлупы яиц или орехов. Такие модели с очень узкими стенками изгибаются в пространстве и благодаря гладкой оболочке и прочному «жилистому» каркасу равномерно распределяет нагрузку. Идеальной моделью является яйцо, ведь его особенностью является не только геометрическая форма. Несмотря на толщину около полу миллиметра, скорлупа имеет 7 слоев, каждый из которых имеет свое собственное предназначение. Изменяясь с эластичного внутреннего слоя, до грубого и прочного верхнего, такая схема может служить для создания зданий с огромным расстоянием между опорами, используя небольшое количество материала, благодаря толщине стенок всего в несколько миллиметров.(Национальный центр исполнительных искусств в Пекине)

2.Конструкции построенные на эластичных кабелях. Паутина – одно из чудес природных строений. Они прочнее стальных кабелей того же диаметра и имеют большую эластичность, что позволяет им растягиваться на 25% больше того же стального кабеля. Этот легкий, но сильный материал привлек внимание инженеров. После изучения строения паутины, на ее основе были созданы упругие кабеля, которые используются для подвесных конструкций моста. Кроме паутины, можно найти и другие естественные материалы, имеющие схожее строение, например: крылья летучей мыши, рыбьи плавники и перепонки на лапах водоплавающих птиц.

Но помимо эластичных кабелей, несущих элементов и стальной сетки, существуют такие кабели и системы кабелей, которые могут выдерживать на себе вес других материалов, что может быть полезно для перекрытия зданий, имеющих круглую форму. К примеру, потолок Московского Олимпийского стадиона с диаметром около 30000м^2 и толщиной всего 6 миллиметров.

3.Геодезические конструкции. Природа является так же источником шестигранных и трехгранных ячеек, которые можно наблюдать в асферических клетках или пузырях. Угол между такими ячейками может составлять до 120 градусов. Поверхности, состоящие из таких ячеек являются весьма упругими, а так же существуют некоторые растягивающие силы, действующие на них. Такие формы можно увидеть на панцире черепахи или в пчелиных сотах. Американский архитектор Ричард Фулер предполагал, что лучшая структурная сетка, состоящая из таких ячеек, имеет сферическую форму, которая называется Геодезическим куполом. Такие купола обладают довольно большой несущей способностью, причем чем купол больше, тем она выше. А так же они имеют идеальную аэродинамическую форму, из-за чего и возможно их возведение в ветреных и ураганных районах. (Башня Мэри-Экс)

Формы в природе образовываются так, чтобы обладать наилучшей функциональностью, при этом выдерживая огромные нагрузки и затрачивая наименьшее количество материала. Обычно все натуральные материалы имеют собственную текстуру, которая изменяется под нагрузками и делает их упругими либо наоборот еще тверже. Это наблюдается, к примеру при воздействии ветра на стебли пшеницы и на деревья. С другой стороны все природные материалы должны восстанавливать исходную форму при прекращении действия сил упругости и нагрузок. К примеру, приведенная выше паутина, которая представляет из себя сетку из нитей и пауков, а жертва – оси давления. Либо же Олимпийский стадион в Мюнхене, который построен при помощи стальных эластичных сеток, испытывающих огромные нагрузки, но при этом возвращаясь к исходной форме.

Так, знаменитая поговорка «Больше – не значит лучше” полностью отрадает ситуацию в современной архитектуре, где выходят на первый план такие параметры как характеристики материала и форма конструкции. (Мюнхенский стадион, Клуб дипломатов в Эр-Рияде)

Заключение

Человек пытается во все привнести порядок, но мы должны понять что создание идеального строения это вечный вопрос. Хотя в прошлом и не было синтеза между инженерией и биологией, человек всегда, возможно и бессознательно, имитировал природу и интересовался всем окружающим его. Сегодня, когда появились различные механизмы и машины, которые используются для разных конкретных, и зачастую сложных ситуациях, они объединились с биологией и результатом этого стала бионика. Она позволяет архитектуре, как и многим другим наукам, находить различные новые решения поставленных задач, которые являются гораздо более эффективными и не требуют пренебрежения красотой ради устойчивости и прочности конструкции. А так же устанавливает компромисс между технологиями и природой, позволяя наносить ей меньший ущерб, что, в конце концов, и ожидают от современной науки в различных областях.

Списокиспользованнойлитературы

1. Popovic Larsen, O., Tyas A., Conceptual Structural Design - Thomas Telford, London, 2003.

2. Лебедев Ю.С., Рабинович В.И., Положай Е.Д., Архитектурная Бионика. -Стройиздат, 1990.

3. Arash Vahedi. Nature as a Source of Inspiration of Architectural

Conceptual Design. - Eastern Mediterranean University, Gazimagusa, 2009.

Код для цитирования: Скопировать