Бионика и дизайн

• Содержание
• Введение 3
• 1. История и основные задачи бионики 5
• 1.1. История бионики 5
• 1.2. Основные направления бионики 6
• 1.3. Использование бионики в дизайне 10
• 2. Бионика и промышленный дизайн 14
• 2.1. Использование достижений бионики в промышленности 14
• 2.2. Бионика и архитектура 20
• Заключение 23
• Список использованной литературы 24

Введение

Применяя биологические  принципы в графической деятельности, художник-дизайнер пытается вскрыть  в природном аналоге особый эстетический вид закономерностей. К использованию природных форм нужно подходить творчески, иначе не удастся получить желаемые результаты.

Специфическая черта современного этапа освоения форм живой природы  в предметном мире заключается в  том, что сейчас осваиваются не просто формальные стороны живой природы, а устанавливаются глубокие связи  между законами развития живой природы  и предметного мира.

На современном этапе  дизайнерами используются не внешние  формы живой природы, а лишь те свойства и характеристики формы, которые  являются выражением функции того или  иного организма, аналогичным функционально-утилитарным  сторонам графической формы. От функции  к форме и к закономерностям  формообразования - таков основной путь дизайнерской бионики.

Графические формы, получаемые в результате творческого процесса освоения законов формообразования живой природы - это уже не формы  природы, это синтез природных форм и средств, имеющихся в распоряжении дизайнера.

Широко используются достижения бионики в промышленном дизайне.

Данная тема актуальна  тем, что достижения бионики широко используются в промышленном дизайне.

При написании данной темы ставились цели и задачи: рассмотреть  историю бионики; основные направления бионики; основные достижения бионики в промышленности.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения и иллюстрированных приложений.

В первой главе речь идет о истории возникновении бионики, рассматриваются основные направления бионики, использование бионики в дизайне.

Вторя, глава раскрывает достижения бионики в промышленности, в архитектуре.

При написании данной работы использовались труды следующих авторов: Елочкин М.Е. Введение в современный дизайн; Исайкина Г.М. Дизайнерское образование в зарубежных странах.

1. История и основные  задачи бионики

1.1. История бионики

Бионика (от греч. biфn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

Бионика - наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов.

Моделирование осуществляют на радиоэлектронной, электролитической, пневматической и других физико-химических основах. Бионическое моделирование отличается от моделирования, которое осуществляется в других науках. Как правило, модели бионики - несравненно более сложные динамические структуры. Их создание требует не только проведения специальных уточняющих исследований на живом организме, но и разработки специальных методов и средств для реализации и исследования столь сложных моделей. Формальным годом рождения бионики принято считать 1960 год. Ученые - бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла, а девизом - «Живые прототипы - ключ к новой технике».

Прародителем бионики  считается Леонардо да Винчи. Его  чертежи и схемы летательных  аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Из современных ученых можно назвать имя Осипа М.Р. Дельгадо. С помощью своих радиоэлектронных приборов он изучал неврологическо-физические характеристики животных. И на их основе пытался разработать алгоритмы управления живыми организмами.

Подобные опыты проводились  и в СССР, в Российской Федерации  в связи с общим упадком  науки - многие программы свернуты, а специалисты трудятся в зарубежных исследовательских центрах.

1.2. Основные направления  бионики

Создание модели в бионике - это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчета заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей.

И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа - бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.

Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая  нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей основы, на которой  эффективнее и точнее всего можно  воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт моделирования чрезвычайно  сложных систем имеет общенаучное  значение. Огромное число ее эвристических  методов, совершенно необходимых в  работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение  для решения важных задач экспериментальной  и технической физики, экономических  задач, задач конструирования многоступенчатых разветвленных систем связи и  т.п.

Сегодня бионика имеет  несколько направлений.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения  надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

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. В чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб -- одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия стеблей -- кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

В последние годы бионика  подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано»  природой. Такое изобретение ХХ века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы  М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 года начали исследования «динамических структур», а в 1991 году организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».

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.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется  новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных  и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные  ракушки, например у широко распространенного  «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда  жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем  и трещина не идет дальше. Такая  технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

Основными направлениями  нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Нервная система живых  организмов имеет ряд преимуществ  перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком:

1. Гибкое восприятие внешней информации, независимо от формы, в которой она поступает (почерк, шрифт, цвет, тембр и т. д.).

2. Высокая надежность: технические системы выходят из строя при поломке одной или нескольких деталей, а мозг сохраняет работоспособность при гибели даже нескольких сотен тысяч клеток.

3. Миниатюрность. Например, транзисторное устройство с таким же числом элементов, как головной мозг человека, занимало бы объем около 1000 м3, тогда как наш мозг занимает объем 1,5 дм³.

4. Экономичность потребления энергии -- разница просто очевидна.

5. Высокая степень самоорганизации -- быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.

Эйфелева башня и берцовая кость

К 100-й годовщине Великой  французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось  воздвигнуть башню, которая символизировала  бы и величие Французской революции, и новейшие достижения техники. На конкурс  поступило более 700 проектов, лучшим был признан 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 символом Парижа. Ходили слухи, будто бы построена башня по чертежам неизвестного арабского ученого. И лишь спустя более чем полстолетия биологи и инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями. Это еще один показательный пример бионики в действии.

1.3. Использование бионики  в дизайне

Использование в дизайне  законов и форм живой природы  вполне правомерно. В основе эволюции живых организмов и графических  изображений лежат одни и те же принципы, определяемые взаимодействием  форм и функций.

В мире все взаимообусловлено. Существуют законы, объединяющие весь мир в единое целое и порождающие  объективную возможность использования  в искусственно создаваемых системах закономерностей и принципов  построения живой природы и ее форм.

Правомерность биодизайна предопределяется не только биологическим и техническим единством человечества и окружающего мира, но и особенностями человеческого познания. Человеческий разум в большей степени формируется под влиянием процессов, происходящих в природе.

В своей творческой деятельности человек постоянно, сознательно  или интуитивно, обращается за помощью  к живой природе. Для всей истории  биодизайна характерно использование чисто внешних очертаний природных форм.

Причины особого внимания дизайнеров к законам формообразования живой природы заключаются в  том, что графический дизайн как  особый вид искусства имеет непосредственную связь с материальным производством, для которого создается изобразительный  образ - торговый знак.

Живая природа имеет тенденцию  в процессе своего развития стремиться к всемерной экономии энергии, строительного  материала и времени. Закон минимума в живой природе обусловлен органической целесообразностью существования. Все это привело к мысли о возможности использования закономерностей формообразования живых структур именно в конструктивном плане, а не с целью лишь каких-то формальных поисков.

Основные методы дизайнерской бионики