12. Бионика, основы стилизации

План:

∙Понятие «Бионика»

∙Стилизация

∙Стилизация природных форм

12.1. Понятие «Бионика»

В конце 50-х годов нашего века возникло новое научное направление, основа – это исследование по моделированию различных живых систем.

Появление этой науки явилось следствием развития кибернетики, био- физики, косметической биологии и других наук.

Симпозиум в Дайтоне (США) в 1960 году дал название новой науке – бионика (от греч. βίον – элемент жизни, буквально – живущий) – приклад- ная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Академик В.В. Перин ха- рактеризует эту науку как целенаправленное стремление искать и находить в живой природе «образы» для создания технических устройств. По мне- нию академика Петра Леонидовича Капицы, природа является лучшим «инженером – конструктором», чем человек.

Рождение бионики – не случайность, это естественный результат диа- лектического развития науки и техники. Бионика направлена в основном на решение практических задач.

На протяжении многих веков люди изучали, исследовали и пытались копировать живую природу, например – жилищное строительство. Человек присматривался к конструкциям нор и гнезд, изучая технологию их соору- жения, человек многое позаимствовал из строительного искусства живот- ных. Животные обладают самыми совершенными «приборами» для нави- гации, локации, хранения информации. Сущность бионики – подражание замечательным способностям животных; создание устройств, в основу ко- торых положены принципы строения и функционирования биологических систем.

Проектируя «синтетические» организмы, специалисты не стремятся сле- по копировать природу вплоть до мельчайших деталей, их интересуют принципы, на которых основано действие той или иной системы. Если же слепо копировать форму объекта, а не принципы, можно совершить ту же ошибку, что и Икар, который спроектировал форму крыльев, не исследо- вав принципы функционирования, эта ошибка ему дорого обошлась.

Для проектирования какого-либо прибора, основанного на совершенно новых принципах, достаточно получить от биологов лишь наводящие идеи

102

самого общего порядка, а вовсе не подробные сведения, касающиеся от- дельных деталей будущих устройств.

В своей творческой деятельности человек постоянно обращается за по- мощью к живой природе. Для биодизайна характерно использование в промышленных изделиях чисто внешних очертаний природных форм.

Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.

Причины внимания дизайнеров к законам формообразования живой природы заключается в том, что художественное конструирование имеет непосредственную связь с материальным производством, где главная про- блема в экономии материалов, сил и времени в массовом производстве из- делий и достижение оптимальных удобств и эстетической ценности изде- лия.

Видами бионики являются:

−биологическая бионика, изучающая процессы, происходящие в био- логических системах;

−теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов;

−техническая бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Живая природа имеет тенденцию в процессе своего развития, стремить- ся к всемерной экономии энергии, строительного материала у времени. За- кон минимума в живой природе обусловлен органической целесообразно- стью существования.

Яркий пример архитектурно-строительной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Оказывается, их строе- ние сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - од- ним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции по- лые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арма- туры. Междоузлия стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля нахо- дятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же кон- структивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоя- тельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

Впоследние годы бионика подтверждает, что большинство человече- ских изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение ХХ века, как застежка «молния» было сделано на основе строения пера птицы.

103

Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Другое знаменитое заимствование сделал швейцарский инженер Джордж де Местраль в 1955 году. Он часто гулял со своей собакой и заме- тил, что к ее шерсти постоянно прилипают какие-то непонятные растения. Устав постоянно чистить собаку, инженер решил выяснить причину, по которой сорняки прилипают к шерсти. Исследовав феномен, де Местраль определил, что он возможен благодаря маленьким крючкам на плодах дур- нишника (так называется этот сорняк). В результате инженер осознал важ- ность сделанного открытия и через восемь лет запатентовал удобную «ли- пучку» Velcro, которая сегодня широко используется при изготовлении одежды (рис. 85)

Рис. 85. Дурман обыкновенный – Velcro

Примерно так же поступил Густав Эйфель, который в 1889 году постро- ил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Конст- рукция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского про- фессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяже- стью тела. Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости.

Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем. К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На террито- рии этой выставки планировалось воздвигнуть башню, которая символи- зировала бы и величие Французской революции, и новейшие достижения техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан

104

проект инженера-мостовика Александра Гюстава Эйфеля. В конце ХIХ столетия башня, названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой. 300-метровая башня стала своеобразным симво- лом Парижа. Ходили слухи, будто бы построена башня по чертежам неиз- вестного арабского ученого. И лишь спустя более чем полстолетия биоло- ги и инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко вы- держивающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями. Это ещё один показательный пример бионики в действии.

Одно из последних изобретений - создание автомобиля Bionic, создан- ного инженерами Mercedes по подобию тропической рыбы-кузовка (рис.

86).

Рис. 86. Mercedes Bionic

Главная изюминка новинки – использование методов бионики, т.е. «под- глядывания за природой», на практике. В отличие от биодизайна 1990-х, бионика предполагает использование природных «технических решений» уже на стадии проектирования

автомобиля. В результате, Bionic стал на 40% жестче и на треть легче, чем сходный по размерам Mercedes A-Class. А все из-за того, что инженеры конструировали кузов, вдохновившись рыбьей чешуей: в ней каждая че- шуйка перекладывает давление на соседние, что позволяет перераспреде- лять нагрузку по всему телу. Изящные обводы «тела» Bionic тоже не ли- шены здравого смысла – автомобиль теперь скользит сквозь воздух, избе- гая создания турбулентных зон подобно коралловой рыбке-кузовку.

В движение Bionic приводится 2.0-литровым дизелем, отвечающим всем перспективным экологическим нормам. Расход составляет всего 4.3 литра на 100 километров пути, а при движении по ровной поверхности со скоро- стью 90 км/ч Bionic и вовсе 2.8 литра.

С прогрессом науки возникает объективная возможность использования процессов и связей элементов живой природы в ис- кусственно создаваемых технических устройствах.

105