Тезисы докладов 70 «Современные проблемы и тенденция развития агропромышленного комплекса»

Научный руководитель - Сачкова О.А., старший преподаватель

Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана
Ключевые слова: бионика; моделирование живых организмов; архитектурно-строительная бионика; нейробионика.

Key words: Bionics; modeling of live organisms; architecturally-construction bionics; neurobionics.
Бионика – прикладная 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. Проще говоря, бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

Различают:

• 
  биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;
  
• 
  теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;
  
• 
  техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
  

История развития. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т.п.

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:

• 
  изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);
  
• 
  исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;
  
• 
  изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;
  
• 
  исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.
  

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 экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т.п.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, 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 шубной архитектурной 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. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) 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.

Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

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 ещё один показательный пример бионики в действии.

Известные испанские архитекторы М.Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. 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 1228 м с обхватом у основания 133 на 100, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. 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 ещё 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.

Нейробионика. Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов инейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительной техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Электронный ресурс online-энциклопедия «Википедия» статья «Бионика». 2. URL:http://bio-nica.narod.ru/index.html.
БИОНИКА
Сафиуллина Р.Р.

Резюме
В докладе ставится задача рассмотреть бионику как науку, проанализировать предметы ее изучения, выяснить вклад бионики в развитие различных отраслей жизнедеятельности человека.

Summary
In the report the task to consider bionics as science, to analyse objects of her studying, to find out a bionics contribution to development of various branches of activity of the person is set.

Научный руководитель – Мингазова С.Г.

Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана
Ключевые слова: термография, температура тела, тепловое изображение.

Key words: thermography, body temperature, thermal image.
Термография является очень точным и безвредным методом исследования, с помощью которого можно определить достоверную температуру тела до 0,08°С. Данный вид исследования позволяет определить количество крови в тканях и интенсивность обмена веществ в организме [1]. При нарушении кровообращения в тканях наблюдается разница показателей, которую удаётся определить термографом. Чтобы термографические исследования были достоверными необходимо контролировать следующие факторы: движение, артефакты (инородные тела, зарубцевавшиеся ткани, длинные волосы, нанесенные мази, повязки на конечности и снаряжение), температуру окружающей среды и энергию внешних источников тепла. Животному выделяется 10-15 минут, чтобы привыкнуть к обстановке или комнате, где проводится термография. Термографию применяют в качестве диагностики для установления проблемной области. Используют для определения изменений температуры тела, чтобы локализовать «подозреваемые области», для определения существующих причин и смысл температурной разницы. Так же термографию применяют при диспансеризации, в таких случаях термография используется для выявления субклинический проблем [2].

Рассмотрим отдельные интересные методики ветеринарного применения тепловизионных камер.

Тепловые снимки позволяют определить состояние зубов животного. Температура зуба может указывать на состояние нервной ткани внутри зуба. Предположительно, зубы со здоровыми тканями нерва имеют более высокую температуру, чем зубы с поврежденной нервной тканью.

На снимках, сделанных с помощью камерой T200 (разрешение 200х150 пикселей) отчетливо видно, что повязка наложена слишком туго, что приводит к снижению циркуляции крови. Ослабив повязку, происходит восстановление нормального кровотока.

Большинство животных стараются скрывать свою слабость и демонстрируют боль, только когда она становится невыносимой. Как правило, для определения наличия боли врачу приходится надавливать на те места, где предполагается источник боли, и внимательно отслеживать реакцию животного. Тепловизионные камеры позволяют решить данные проблемы – они не требуют прикосновения к животным и позволяют отчетливо видеть отклонения в схеме распределения тепла. Если на тепловом изображении одна лапа теплее, чем остальные, это может указывать на травму лапы, при которой увеличение кровотока в поврежденных тканях вызывает повышение температуры. Однако травмированной может оказаться и противоположно расположенная или соседняя лапа. Животное может реже наступать на больную лапу, отчего другая лапа будет использоваться чаще, что приведет к увеличению в ней кровотока и соответствующему повышению температуры.

Тепло от лап передается на поверхность пола и отражается на тепловых снимках в виде отпечатков лап прошедшего по нему животного. По температуре и расположению отпечатков можно определить то, как животное распределяет вес при ходьбе. Если на одну из лап оно опирается меньше, это указывает на наличие боли.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Большая медицинская энциклопедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://doktorland.ru - Заглавие с экрана .-( Дата обращение : 02.04.2016).

2. Термография [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org.-Заглавие с экрана .- ( Дата обращение : 04.04.2016).

Резюме

Summary

УДК 658.562.64