Bionics loosung: "Loodus teab kõige paremini." Mis teadus see selline on? Juba nimi ja selline moto annavad meile mõista, et bioonika on seotud loodusega. Paljud meist puutuvad iga päev kokku bioonikateaduse elementide ja tulemustega, isegi teadmata.
Kas olete bioonikateadusest kuulnud?
Bioloogia on populaarne teadmine, mida meile koolis tutvustatakse. Millegipärast arvavad paljud, et bioonika on üks bioloogia alajaotusi. Tegelikult pole see väide päris täpne. Tõepoolest, selle sõna kitsamas tähenduses on bioonika teadus, mis uurib elusorganisme. Kuid enamasti oleme harjunud selle õpetusega seostama midagi muud. Rakendusbioonika on teadus, mis ühendab bioloogia ja tehnoloogia.
Bioonilise uurimistöö subjekt ja objekt
Mida uurib bioonika? Sellele küsimusele vastamiseks peame arvestama õpetuse enda struktuurse jaotusega.
Bioloogiline bioonika uurib loodust sellisena, nagu see on, püüdmata sekkuda. Selle uurimise objektiks on bioloogilistes süsteemides toimuvad protsessid.
Teoreetiline bioonika tegeleb nende põhimõtete uurimisega, mida on looduses nähtud ja loob nende põhjal teoreetilisemudel, mida kasutatakse edasi tehnoloogiates.
Praktiline (tehniline) bioonika on teoreetiliste mudelite rakendamine praktikas. Nii-öelda looduse praktiline tutvustamine tehnilisse maailma.
Kust see kõik alguse sai?
Suurepärast Leonardo da Vincit nimetatakse bioonika isaks. Selle geeniuse dokumentidest võib leida esimesi katseid looduslike mehhanismide tehniliseks kehastamiseks. Da Vinci joonistused illustreerivad tema soovi luua lennuk, mis suudaks oma tiibu liigutada nagu lendavat lindu. Omal ajal olid sellised ideed liiga julged, et nõuda. Nad juhtisid endale tähelepanu palju hiljem.
Esimene, kes bioonika põhimõtteid arhitektuuris rakendas, oli Antoni Gaudí y Curnet. Tema nimi on selle teaduse ajalukku kindl alt sisse kirjutatud. Suure Gaudi projekteeritud arhitektuursed ehitised olid oma ehitamise ajal muljetavaldavad ja tekitavad samasugust rõõmu palju aastaid hiljem kaasaegsete vaatlejate seas.
Järgmine inimene, kes toetas looduse ja tehnoloogia sümbioosi ideed, oli Rudolf Steiner. Tema juhtimisel sai alguse biooniliste põhimõtete laialdane kasutamine hoonete projekteerimisel.
Bioonika kui iseseisva teaduse kujunemine toimus alles 1960. aastal Daytonas toimunud teadussümpoosionil.
Arvutitehnoloogia ja matemaatilise modelleerimise areng võimaldavad tänapäevastel arhitektidel arhitektuuris ja muudes tööstusharudes palju kiiremini ja suurema täpsusega kehastada looduse vihjeid.
Tehniliste leiutiste looduslikud prototüübid
Kõige lihtsamnäide bioonikateaduse avaldumisest on hingede leiutamine. Tuttav kinnitus, mis põhineb konstruktsiooni ühe osa pööramise põhimõttel ümber teise. Seda põhimõtet kasutavad merekarbid oma kahe tiiva juhtimiseks ja vajadusel nende avamiseks või sulgemiseks. Vaikse ookeani hiiglaslikud kukeseened ulatuvad 15-20 cm suuruseni, nende kestade ühendamise liigendpõhimõte on palja silmaga selgelt nähtav. Selle liigi väikesed esindajad kasutavad ventiilide kinnitamiseks sama meetodit.
Igapäevaelus kasutame sageli erinevaid pintsette. Viha terav ja puugitaoline nokk muutub sellise seadme loomulikuks analoogiks. Need linnud torkavad õhukese nokaga selle pehmesse mulda ja võtavad se alt välja väikesed mardikad, ussid jne.
Paljud kaasaegsed seadmed ja seadmed on varustatud iminappadega. Näiteks kasutatakse neid erinevate köögiseadmete jalgade disaini täiustamiseks, et vältida nende libisemist töötamise ajal. Samuti on kõrghoonete aknapesurite spetsiaalsed jalanõud varustatud iminappadega, et tagada nende ohutu fikseerimine. Ka see lihtne seade on loodusest laenatud. Puukonn, kelle jalas on imed, hoiab ebatavaliselt osav alt taimede siledatel ja libedatel lehtedel ning kaheksajalg vajab neid oma ohvritega tihedaks kontaktiks.
Selliseid näiteid võib leida palju. Bioonika on just see teadus, mis aitab inimesel laenata oma leiutisteks loodusest tehnilisi lahendusi.
Kes on esimene – loodus võiinimesed?
Vahel juhtub, et see või teine inimkonna leiutis on juba ammu looduse poolt "patenteeritud". Ehk siis leiutajad ei kopeeri midagi luues, vaid mõtlevad ise välja mingi tehnoloogia või toimimispõhimõtte ning hiljem selgub, et see on looduses juba ammu olemas ja võiks lihts alt piiluda ja omaks võtta.
See juhtus tavalise Velcroga, mida inimene kasutab riiete kinnitamiseks. On tõestatud, et linnusulgede struktuuris kasutatakse õhukeste habemete omavaheliseks ühendamiseks ka konkse, mis on sarnased takjapaelaga.
Tehaste torude struktuuris on analoogia teravilja õõnsate vartega. Torudes kasutatav pikisuunaline tugevdus on sarnane varres olevate sklerenhüümiribadega. Terasest jäikusrõngad - vaheseinad. Tüve väliskülje õhuke nahk on torude struktuuris spira altugevduse analoog. Hoolimata konstruktsiooni kolossaalsest sarnasusest, leiutasid teadlased iseseisv alt just sellise meetodi tehasetorude ehitamiseks ja alles hiljem nägid sellise konstruktsiooni identsust looduslike elementidega.
Bioonika ja meditsiin
Bioonika kasutamine meditsiinis võimaldab päästa paljude patsientide elusid. Pidev alt käib töö selle nimel, et luua tehisorganeid, mis suudaksid funktsioneerida sümbioosis inimkehaga.
Taanlane Dennis Aabo oli esimene, kes testis bioonset proteesi. Ta kaotas poole oma käest, kuid nüüd on tal arstide leiutist kasutades võime puudutusega objekte tajuda. Tema proteesühendatud kahjustatud jäseme närvilõpmetega. Kunstlikud sõrmeandurid on võimelised koguma teavet objektide puudutamise kohta ja edastama selle ajju. Disain ei ole hetkel veel lõplikult vormistatud, see on väga mahukas, mistõttu on selle igapäevaelus kasutamine keeruline, kuid isegi praegu võib seda tehnoloogiat nimetada tõeliseks avastuseks.
Kõik sellesuunalised uuringud põhinevad täielikult looduslike protsesside ja mehhanismide kopeerimisel ning nende tehnilisel teostusel. See on meditsiiniline bioonika. Teadlaste ülevaated ütlevad, et peagi võimaldavad nende tööd muuta kulunud elusorganeid ja kasutada nende asemel mehaanilisi prototüüpe. See on tõesti suurim läbimurre meditsiinis.
Bioonika arhitektuuris
Arhitektuuri- ja ehitusbioonika on bioonikateaduse eriharu, mille ülesandeks on arhitektuuri ja looduse orgaaniline taasühendamine. Viimasel ajal pöörduvad nad tänapäevaste struktuuride projekteerimisel üha sagedamini elusorganismidelt laenatud biooniliste põhimõtete poole.
Tänapäeval on arhitektuuribioonikast saanud omaette arhitektuuristiil. See sündis vormide lihtsast kopeerimisest ja nüüd on selle teaduse ülesandeks saanud põhimõtete, organisatsiooniliste tunnuste omaksvõtmine ja nende tehniline rakendamine.
Mõnikord nimetatakse seda arhitektuuristiili ökostiiliks. Seda seetõttu, et bioonika põhireeglid on järgmised:
- optimaalsete lahenduste otsimine;
- materjalide säästmise põhimõte;
- maksimaalse jätkusuutlikkuse põhimõte;
- energiasäästupõhimõte.
Nagu näete, pole bioonika arhitektuuris mitte ainult muljetavaldavad vormid, vaid ka arenenud tehnoloogiad, mis võimaldavad luua tänapäevastele nõuetele vastava struktuuri.
Arhitektuursete biooniliste struktuuride omadused
Varasemate arhitektuuri- ja ehituskogemuste põhjal võime öelda, et kõik inimstruktuurid on haprad ja lühiealised, kui nad ei kasuta loodusseadusi. Bioonilistel hoonetel on lisaks hämmastavatele kujunditele ja julgetele arhitektuursetele lahendustele vastupidavus, võime taluda ebasoodsaid loodusnähtusi ja kataklüsme.
Selles stiilis ehitatud hoonete välisilmes on näha reljeefide, kujundite, kontuuride elemente, mis on disainiinseneride poolt elu- ja loodusobjektidelt oskuslikult kopeeritud ning arhitektide-ehitajate poolt meisterlikult kehastatud.
Kui ühtäkki arhitektuuriobjekti mõtiskledes tundub, et vaatate kunstiteost, on teil suure tõenäosusega bioonilises stiilis hoone. Näiteid sellistest struktuuridest võib näha peaaegu kõigis maailma riikide pealinnades ja suurtes tehnoloogiliselt arenenud linnades.
Uue aastatuhande ehitamine
90ndatel lõi Hispaania arhitektide meeskond täiesti uuel kontseptsioonil põhineva ehitusprojekti. Tegemist on 300-korruselise hoonega, mille kõrgus ületab 1200 m. Plaani kohaselt toimub liikumine mööda seda torni neljasaja vertikaalse ja horisontaalse lifti abil, mille kiirus on 15 m/s. riik,nõustus seda projekti sponsoreerima, oli Hiina. Ehituseks valiti kõige tihedamini asustatud linn Shanghai. Projekti elluviimine lahendab piirkonna demograafilise probleemi.
Tornil on täielikult biooniline struktuur. Arhitektid usuvad, et ainult nii saab tagada konstruktsiooni tugevuse ja vastupidavuse. Konstruktsiooni prototüübiks on küpressipuu. Arhitektuursel kompositsioonil pole mitte ainult puutüvega sarnane silindriline kuju, vaid ka "juured" – uut tüüpi biooniline vundament.
Hoone väliskate on plastikust ja hingavast materjalist, mis imiteerib puu koort. Selle vertikaalse linna kliimaseade on analoogne naha soojust reguleeriva funktsiooniga.
Teadlaste ja arhitektide prognooside kohaselt ei jää selline hoone ainsaks omataoliseks. Pärast edukat rakendamist suureneb biooniliste struktuuride arv planeedi arhitektuuris ainult.
Bioonilised ehitised meie ümber
Millistes kuulsates loomingutes kasutati bioonikateadust? Selliste struktuuride näiteid on lihtne leida. Võtke vähem alt Eiffeli torni loomise protsess. Pikka aega levisid kuulujutud, et see 300-meetrine Prantsusmaa sümbol on ehitatud tundmatu araabia inseneri jooniste järgi. Hiljem selgus selle täielik analoogia inimese sääreluu struktuuriga.
Lisaks Eiffeli tornile on üle maailma palju näiteid biooniliste struktuuride kohta:
- Sydney ooperimaja ehitati sarnaselt lootoseõiele.
- PekingRahvusooperiteater – veepiisa imitatsioon.
- Ujumiskompleks Pekingis. Väliselt kordab see veevõre kristallstruktuuri. Hämmastav disainilahendus ühendab konstruktsiooni kasuliku võime päikeseenergiat koguda ja seejärel kasutada seda kõigi hoones töötavate elektriseadmete toiteks.
- Aqua pilvelõhkuja näeb välja nagu langeva vee oja. Asub Chicagos.
- Arhitektuuribioonika rajaja Antoni Gaudí maja on üks esimesi bioonikaehitisi. Kuni tänaseni on see säilitanud oma esteetilise väärtuse ja on endiselt üks Barcelona populaarsemaid turismiobjekte.
Teadmised, mida kõik vajavad
Kokkuvõttes võib julgelt väita: kõik, mida bioonikat uurib, on asjakohane ja vajalik kaasaegse ühiskonna arenguks. Igaüks peaks tutvuma bioonika teaduslike põhimõtetega. Ilma selle teaduseta on võimatu ette kujutada tehnoloogilist arengut paljudes inimtegevuse valdkondades. Bioonika on meie tulevik täielikus kooskõlas loodusega.
