Читайте также:
|
Составил преподаватель Н. В. Заяц
Рассмотрено на заседании ПМК
естественнонаучных дисциплин.
Рекомендовано к использованию на
2013-2014 учебный год
Протокол №__от__________
Председатель ПМК________ Н. В. Заяц
Рабочая программа по курсу «Бионика и бионическое моделирование».
Составитель: С. А. Шаппо. Москва, 2012., 21 с.
Тема 1. ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ИСТОРИИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ
РАЗВИТИЮ БИОНИКИ.
1.Человек в процессе эволюционного развития прошел этапы органичного развития от примата-млекопитающего до человека-разумного и вышел на уровень осмысленного подражания живой природе и деятельности живых организмов.
2. В историческом разрезе развития осмысленной творческой деятельности человека можно выделить несколько хронологических этапов, предшествующих развитию бионики.
3. Первый этап – охватывает период с 1750000 лет назад до 8 –7в.в. до н. э. и заканчивается эпохой неолита. Он характеризуется утилитарно-функциональным подходом к осмысленному созданию вещей и сооружений. В них механически превносились природные формы. Это шалаши, землянки, норы, скорлупы, панцыри животных и т.д.
4. Второй этап – от начала формирования архитектуры и искусства Древнего мира, начиная со второй половины 7-6 в.в. до н.э. и кончая серединой 19 в. Это этап зарождения и упадка многих цивилизаций и культур. Для него характерен основной принцип – это подражание природе с использованием её форм в декоративно-изобразительных целях. Новые конструктивные системы и изделия, подобные природным не могли быть реализованы из-за ограниченности технических возможностей.
5. Третий этап – конец 19 в. – начало 20 в. – начало эпохи технической революции. Это зарождение и упадок стиля «Модерн» и его смена «Функционализмом» и «Конструктивизмом».
6. Четвёртый этап – 30 годы 20 столетия. Бурный расцвет промышленного производства даёт толчок к появлению новых технологий и материалов. Массовое производство вещей, предметов быта, машин и оборудования стимулирует развитие инженерных дисциплин и рекламы. Улучшение внешней формы изделий в рекламных целях с целью сбыта, привели к мягкой форме перехода от декоративности через «стайлинг» к дизайну.
7. Развитие дизайна дало начало появлению его новой мощной формы – био-дизайну или «Бионики». Датой рождения бионики считается 13 сентября 1960 года - день открытия в Дайтоне (штат Огайо) США, первого американского симпозиума на тему: «Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике»
Тема 2. ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Первые упоминания об использовании живой природы с техническими целями встречаются в трудах Витрувия.
2. Арабские врачи делали глазные операции и первыми изучили роль хрусталика глаза, дав толчок к использованию линз из хрусталя в качестве увеличения изображения.
3. Леонардо да Винчи (1452-1519г.г.) делает схемы и рисунки аппаратов с машущими крыльями – прототипами птиц.
4. Немецкий астроном Иоган Кеплер (1576-1630г.г.), в трактате о «шестиугольном снеге», дал ряд рекомендаций по использованию пространства с наибольшей экономией и достижением наибольшей прочности.
5. В 16-17 в.в. по мере накопления материала по естествознанию, появляется интерес к механическим и изолирующим свойствам живых организмов.
6. Галилео Галилей в своих трудах приходит к выводу об идентичности работы живых организмов и предметов техники. Он выводит закон о рациональной конфигурации балок, полых сплошных, дав объяснение работе полых цилиндрических конструкций.
7. В 16в. вопросами целесообразности конструкций в природе занимался английский ботаник Неемия Грю. Он дал объяснение прочности листовых черенков в зависимости от расположения в пространстве листа.
8. Итальянский физиолог Луиджи Гальвани открыл животное электричество и привёл к созданию гальванических элементов – химического источника энергии.
9. 17-18в.в. не дали большого развития инженерно-биологическим исследованиям в живой природе, сводя вопросы физико-механической прочности растений к простому «заякориневанию» в землю.
10. В 1859г. Чарльз Дарвин выпускает труд «О происхождении видов».
11. В 1864г. Герберт Спенсер (английский инженер, философ и биолог) в книге «Основания биологии», приводит мысли, сходные с мыслями Галилео Галилея по поводу роста организма в различных средах. Его постулат: … «естественный отбор благоприятствует наиболее отвесно растущим формам и в природе идёт борьба за укрепление отвесного устойчивого положения». Он даёт понятие спирали как исходной позиции в образовании цилиндра в природе.
12. Швейцарский инженер-биолог Симон Швендер (1829-1889г.г.) становится основателем учения об архитектонике растений. Он пишет о том, что растение строит себя по тем же правилам, что и инженер, строящий изделия, только они тоньше, изящнее и экономичнее.
13. Русский физик Н.А.Умов (1846-1915г.г.) указал на возможность моделирования свойств животных. Он сформулировал теоретические основы кибернетики, указав, что живая материя может быть заменена автоматом.
14. Н.Е.Жуковский (1847-1921г.г.) положил основание в гидро и аэродинамические исследования. В своих исследованиях он использовал метод идеализации, позволивший ему создать теорию движения в воздухе птиц и на этой базе дать возможность развитию воздухоплавания.
15. Бионические принципы на практике впервые во всей своей красоте реализовались в постройках Антонио Гауди и Луиджи Нерви, причём у последнего в более открытой форме.
16. Начиная с 60-х годов бионические исследования начинают носить постоянный упорядоченный характер и бионика формируется как наука.
Тема 3. БИОНИКА В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ.
1. В науке смена лидирующих направлений – закономерность. Механика занимавшая лидирующее положение в естествознании до 15-16в.в.сыграла роль трамплина для других наук.
2. В 19в. на базе законов механики вперёд выходят химия, физика, биология, астрономия и геология.
3. Революция в естествознании началась с проникновения физики в область микромира, поэтому физика более чем на полвека заняла лидирующее положение в естествознании. На этой базе развивались и другие науки, химия, астрономия, биология.
4. В качестве нового лидера после физики выходит биология. Учение Чарльза Дарвина об эволюции организмов путём отбора дало мощный толчок к пониманию развития живой формы в историческом, временном аспекте.
5. Начало взаимодействия математики и биологии привело к развитию кибернетики – науке изучающей процессы передачи информации в технических устройствах.
6. Область исследования традиционных наук и биологии дали жизнь новому научному направлению – “ Бионика”
7. Бионика – это наука занимающаяся, исследованием биологических систем и процессов, происходящих в живой природе на молекулярном, клеточном, организменном, и популяционном уровнях с целью их творческого использования в технике.
8. Название “Бионика” (от слов био-жизнь и электроника) предложено американским учёным Джеком Стилом и принято на 1 симпозиуме по бионике, проходившем в г. Дайтоне (США) в 1960г.
9. К вопросам, решаемым бионикой относятся:
- расширение сырьевой, энергетической и продовольственной базы путём
освоения биосферы, включая мировой океан.
- синтез новых органических материалов.
- продление жизни человека.
- оптимизация трудовой деятельности.
- нормализация среды обитания человека.
- создание искусственного интеллекта.
- разработка технических средств в системе «человек-машина-среда».
- новые системы связи, навигации, транспорта, космические разработки.
- охрана окружающей среды.
- исследования живых организмов и условий их обитания.
10. Бионика отвергает принципы слепого копирования живой природы в технических аналогах. Она базируется на методе «функционального моделирования».
11. Бионика – наука междисциплинарная, в ней отражаются особенности научно-технической революции в форме интеграции различных по своему назначению и методам наук, в число которых входят биология, химия, физика, ботаника, психология, архитектура и т.д. ситезирующие свои знания с методами математического анализа и инженерными дисциплинами.
12. Бионика соединяет разнородные знания в соответствии с законами единства живой природы
13. Структура бионики складывается из трёх крупных направлений: - теории бионики, бионических исследований и бионического моделирования.
Тема 4. ФОРМА И ФУНКЦИЯ.
1. Гармония – это упорядоченное состояние мироздания.
2. Объективное состояние гармонии – неразделимое состояние взаимодействия функции и формы.
3. Гармония функции и формы идентична понятию «системности» и «цельности».
4. Философские категории «содержание» и «форма» родственны понятиям «функция и форма», но не тождественны им.
5. Функция по своей природе динамична, а содержание – статично.
6. Функция подразумевает в конечном итоге цель.
7. Целесообразность действия и связь его с формой является процессом материализации формы.
8. Форма материализуется во взаимодействии трёх состояний: формы, структуры, пространства, при этом форма занимает среднее граничное значение между внешним пространством и внутренней структурой, сливаясь с ними в единое целое.
9. Функция развивается по иерархическому закону от части к целому с постепенным формированием основного назначения предмета, т.е. без функции элементарной единицы не может существовать никакая другая выше её стоящая по иерархии функционирующая система.
10. Возникновение новой функции связано с развитием новых свойств, которые превращаются в новую функцию в том случае, когда они начинают служить сохранению данной системы и выполнению её основной функции, т.е. свойства – потенциал развития функции.
11. Форма консервативнее функции и менее динамична в своём развитии.
12. Функция обладает свойством жить в различных материальных формах, отсюда «универсальность» – отличительная черта существования различных функций.
13. «Специализация» в противовес «универсальности» ведёт к наиболее устойчивым формам.
14. В специализированных системах максимально проявляется статичность формы во времени и закрепление за нею понятия «стиль».
15. Критериями формы служат величина (размерность), фигура (очертание), положение в пространстве.
16. Форма является результатом движения функции.
17. В процессе увеличения (движения) формы начинается её деление на элементы, обусловленное функциональными и конструктивными особенностями.
18. «Малые изменения» несут в себе огромные потенциальные возможности развития форм, к ним относятся: эволюция видов, экономия энергии, регуляция, трансформация, комбинаторика, гармоничность.
19. Влияние на форму пространства осуществляется через поле. Поле является продолжением твёрдого тела.
20. Пространство условно делится на поле и вещество, границей является форма.
21. Все искусственно созданные материальные формы по своему знаковому характеру условно делятся на положительные, отрицательные, нейтральные и смешанные.
22. Пространство существует во многих видах на различных иерархических уровнях существования во времени.
23. Время ввиду своей динамики является функцией, а пространство – формой существования этой функции.
Тема 5. СРЕДСТВА ГАРМОНИЗАЦИИИ ФОРМЫ.
1. Чтобы найти связь между средствами гармонизации формы, необходимо
определить их иерархию в системе организации формы.
2. Объективная сущность любой организационной функционирующей системы
может быть раскрыта через три основные закономерности функциониро -
вания: совместимость функций, принцип их существования и развития,
сосредоточение функций.
3. Закономерности функционирования родственны определённым уровням
развития структуры формы. Совместимости функций соответствует уровень
полимеризации формы, принципам существования и развития функций -
уровень дифференциации формы, сосредоточению функций - уровень
интеграции формы.
4. Уровням развития структуры формы соответствует аналогичная иерархия
средств гармонизации формы.
5. Совместимость функций - это основа взаимодействия элементов любой
сложной динамической равновесной системы в форме простейшей организации - "полимеризации". На этом уровне действует механизм сложения отдельных одинаковых по функции и форме элементов.
6. В период полимеризации преобладает структурный статический момент
организации формы в виде количественного роста элементов на метричес-
кой основе. Нарушение симметрии почти не наблюдается.
7. В системе полимеризации в виде малых изменений заложена возможность
самоорганизации в полифункциональную систему.
8. На уровне полимеризации исследуются метрические, статические и симметричные свойства систем.
9. На первом уровне равновесных систем начинают проявляться первичные объёмно-плоскостные пластические преобразования.
10. Изменение форм на уровне полимеризации связано с действием гравитации на Земле.
11. В космосе взаимодействие форм носит другой характер, ввиду изменений гравитации.
12. Второй принцип функционирования - это рождение новых функций системы, сосредоточенных на выполнении общей цели. Этот принцип осуществляется через дифференциацию ранее однородных элементов, благодаря чему и достигается разнообразие их свойств.
13. Дифференциация отражает динамическую сторону организации системы, необходимость её изменения в интересах сохранения целостности системы и её выживания в условиях изменения среды.
14. Динамизм развития, рождает неоднородность системы, изменение её форм по временному вектору развития.
15. Чередование симметричных и асимметричных состояний, вызванных механизмом сохранения видовых признаков, восстанавливает нарушенную динамикой равновесность системы.
16. На уровне дифференциации, динамика ритмов позволяет вести оценку пропорций и масштабных соотношений элементов ввиду их неоднородности. Обогащается пластика.
17. Третий принцип функционирования - сосредоточение функций. При этом происходит интеграция всех функций системы, направленная на поддержание основной функции.
18. Чрезмерная интеграция может привести к излишнему усложнению формы, поэтому здесь действует принцип целесообразности и экономичности.
19. На уровне интеграции решаются вопросы взаимоотношения частей и целого.
20. Гармония и средства гармонизации вплотную связаны с развитием функциональных систем.
21. Переход от объективных законов гармонии к эстетическим связан с мерой геометрических отношений и их психологическим восприятием.
22. Механизмы, объединяющие средства гармонизации формы, раскрываются и исследуются на базе логического и психологического методов анализа формы.
Тема 6. СИММЕТРИЯ И АСИММЕТРИЯ.
1. Общее представление о симметрии включает в себя толкование её как свойство объектов, как абстрактная система построения, как описание картины мироздания.
2. Симметрия это своего рода эталон, к достижению которого стремится всё, она включает в себя восприятие порядка в видимом хаосе Вселенной.
3. Симметрия, в широком смысле этого слова является идеей, посредством которой человек пытается постичь и создать порядок, красоту и совершенство.
4. Абсолютная симметрия это лишь абстрактный идеал, эталон, с которым мы сверяем окружающую нас реальность.
5. В науке принято следующее определение "симметрии" - это соразмерность, неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований.
6. В точных науках симметрия выступает основным признаком упорядочения предмета исследования и строится в разрезе закона единства и борьбы противоположностей.
7. Одна из фундаментальных основ симметрии - противоположность "правое - левое".
8. Первоначальный смысл симметрии - это гармония, равновесие, соразмер- ность элементов, образующих каркас или структуру произведения.
9. Симметрия также употребляется в виде значения "равновесия", одной из основных потребностей существования живой формы.
10. Стремление к равновесию в композиции это стремление к простоте, но не к упрощению.
11. В неорганической природе не встречаются "платоновые тела" пентагональ- ной структуры, зато в органике они предстают в своём многообразии. Это свидетельствует о неразрывном единстве живого и неживого мира.
12. Упорядочение на низшем уровне полимеризации структуры формы наиболее полно отражается в орнаменте.
13. Симметричные космограммы характерны для многих мировых культур, что говорит о симметрии, как о макрокосмическом показателе формы.
14. Симметрия преследует одну цель - множество сводится к гармоничному единству.
15. Двойственное состояние симметрии характеризуется тем, что оно одновременно может вызывать прямо противоположные чувства: раздражение и покой, подавленность и свободу, равнодушие и восторг.
16. К симметричным закономерностям относятся определённые виды симметричных преобразований на плоскости и в пространстве: это вращение вокруг оси, переносы, зеркальные отражения, сетки и спирали, которые служат исходными данными для важнейших приёмов в композиции.
17. Необходимое условие симметрии геометрического тела - это наличие у него элементов симметрии: осей, плоскостей и центров.
18. Симметрия и асимметрия - это два противоположных приёма построения формы. С точки зрения математики асимметрия - это отсутствие симметрии, а дисимметрия - частичное нарушение симметрии.
19. Единство и равновесие такие же цели асимметричных композиций, однако достигаются они другими путями, тождественность заменяется зрительным равновесием масс.
20. В условиях гравитации вертикальная ось симметрии имеет приоритетное значение.
21. Симметрия считается более общим понятием чем асимметрия.
22. Симметрия является результатом процесса накопления энергии, а асиммет-рия процессом расходования энергии организмом в процессе его активной жизнедеятельности.
23. Симметрия и асимметрия взаимодополняют друг друга, без них невозможен рост и развитие организмов, закрепление наследственности, совершенство форм.
24. Характерным примером единства симметрии и асимметрии в природе является "митоз" - деление клетки.
25. При движении изнутри наружу, от структуры к форме наблюдается постепенное приближение форм к внешне симметричным.
26. В живой природе, искусстве и технике наблюдается несколько видов симметричных форм имеющих ось равновесия: А - зеркально-тождественная, Б - зеркальная, В - зеркально-асимметричная одноосевая, Г -зеркально-асимметричная многоосевая.
27. В мире органическом и неорганическом фактически отсутствует полная зеркально-тождественная симметрия, что свидетельствует о несимметричности жизни. Широко распространены зеркально-симметричные системы левой и правой ориентации и уравновешенные зеркально-асимметричные системы в которых действует закон компенсации нарушения симметрии за счёт массы, очертаний, положения в пространстве, цвета, и т. п.
Тема 7. ПРОЦЕССЫ ВЕТВЛЕНИЯ И СПИРАЛЕОБРАЗОВАНИЯ В ПРИРОДЕ.
1. Ветвление и спиралеобразование - наиболее характерные морфологические характеристики природных систем на всех уровнях развития природных форм.
2. Процесс ветвления характеризуется следующим признаками: а) Разветвлением образуются системы состоящие из одноимённых однородных членов, что говорит об уровне полимеризации структуры формы. б) В результате процесса ветвления возникает новая пространственная система объединённая в единую форму процессами роста в) Процессы ветвления формы несут в себе особенности характеристик случайного и закономерного.
3. Фундаментальная морфологическая характеристика роста особенно ярко выражена в древесных растительных формах на всех уровнях их развития.
4. Рост и ветвление растительных форм и формирование вегетативной системы организма напрямую связано с изменениями в окружающей среде, с концентрацией и интенсивностью света и питательных веществ в результате чего у организма увеличивается поверхностное соприкосновение с окружающей средой.
5. Процесс ветвления носит очаговый характер в узлах и сочленениях, и связан с образованием "метамеров" (от греч.-метамер-расчленение тела)
6. По своим морфологическим характеристикам модели ветвления подразделя-ются на следующие виды. Палка-формирует главную ось. Крючок-даёт изменение направлению роста и развития.
Вилка-позволяет равномерно заполнить объём при развитии поверхностного
соприкосновения со средой с сохранением одинакового расстояния от
основной оси.
Сучок-имеет главную опору, позволяющую достаточно долго расти в
определённом направлении.
Розетка-чаще всего встречается у лишайников, водорослей и цветов.
Мутовка-представляет собой метамеры заложенные одинаково к основанию
главного метамера.
Пучок-это образование метамеров с сильно сближенными основаниями, рас-
тущий в одну сторону.
7. Большинство систем ветвления формируется с преобладанием системы
"сучок" в формировании главной оси до минимального предела, после чего
система несколько раз "вильчато" разделяется и прекращает свой рост.
8. Процессы ветвления аналогичны движению потоков, которые характеризу-
ются следующими отличительными признаками:
а) пространственным ветвлением
б) плотностью ветвления
в) интенсивностью ветвления
г) оптимальной скоростью ветвления
9. Процессы ветвления часто соединяются с процессами спиралеобразования.
10. Спиралевидные образования имеют различную конфигурацию в виде геометрической спирали или винтовой кривой.
11. Геометрическая спираль (от лат. изгиб, извив)-это кривая, которая описывается точкой, движущейся с постоянной скоростью вдоль луча, вра-
щающегося около неподвижной точки с постоянной угловой скоростью.
12. Винт является частным случаем спирали.
13. В зависимости от начальных условий и закономерности движения относительно полюса, различают следующие виды спиральных кривых:
-спираль Архимеда;
-гиперболическая спираль;
-логарифмическая спираль;
-параболическая спираль;
-спираль Корню;
-эвольвента окружности;
-циклоида;
-клотида (кручение, прядь.);
-конусообразный винт и т.д.
14. В физическом отношении спираль-это взаимодействие двух сил: центро-
бежной и притяжения Земли.
15. Большинство природных форм имеют конфигурацию логарифмической
спирали.
16. В зависимости от направления движения спиралевидные формы имеют
левую и правую ориентацию.
17. Спираль проявляется как морфологический стандарт на различных урав-
нях структуры формы: в виде ДНК, раковин малюсков, цветков растений,
волос, полярных шапок на Марсе, спиралевидных галактик.
18. Спираль-это сжатие, концентрация энергии, распрямление её - это отдача
Энергии.
19. Чувство значимости спирали отражено в орнаментах, украшениях, архи-
тектуре, технике, в точных науках.
20. Спираль позволяет протяженную форму сделать компактной, способствует
упрочнению конструкции, обладает энергоёмкостью и мощной динамикой
роста и в конечном итоге стремится к динамичному взаимопроникновению
внутреннего и внешнего пространства.
Тема 8. ПОВТОРЯЕМОСТЬ И КОМБИНАТОРИКА.
1. Свойства повторяемости и комбинаторики лежат в глубоких уровнях
сознания человека т. к. живое формирует себе подобное в огромных ко-
личествах и масштабах на всех уровнях развития структуры формы.
2. Разнообразие форм порождает необходимый процесс систематизации, в про-
тивном случае наступает процесс распада
3. Стандартизация необходима в условиях существования различных систем
для их взаимоувязки, примером тому служат различные международные и отраслевые стандарты.
4. Принципы стандартизации - это расчленение, разрезка, блокировка.
5. На трёх уровнях развития структуры формы стандарт проявляется по разному:
а) на уровне полимеризации стандарт выступает как жёсткая схема при единообразии элементов.
б) на уровне дифференциации стандарт выступает в роли комбинаторики из различных элементов или узлов.
в) на уровне интеграции большой разброс комбинаций из стандартных элементов и узлов заканчивается сборкой в единую моноформу.
6. Стандарт и комбинаторика базируются на модульной координации, которая
бывает метричной, ритмичной и иррациональной. Примером тому служит
"золотое сечение".
7. Живую природу можно в полной мере назвать индустриальной из за её
принципов повторяемости и сборности.
8. Повторяемость однотипных элементов в живой природе связана с необходи-
мостью выживания, замены, экономии, энергетики, с продолжением рода.
9. В живом мире повторяемые элементы образуют функционально - физиологи-
ческую и конструктивную основу организма.
10. Повторяющиеся элементы живого мира по форме могут быть, точечными,
линейными, плоскостными, объёмными и пространственными.
11. Плоскость, равномерно заполняется без зазоров из стандартных элементов
правильной формы лишь трех видов:
а) треугольником;
б) квадратом;
в) шестиугольником.
12. Пространство заполняется целиком из правильных многогранников без за-
зоров лишь кубом. Другие заполнения получаются лишь на базе полупра-
вильных многогранников. Примером тому служит тетракайдекаэдр или
многогранник Кельвина.
13. Размещение повторяющихся элементов в природе осуществляется по пря-
мой, по спирали, концентрически, зеркально, зеркально с поворотом, в ви-
де ковровой мозаики.
14. В целом в природе редко встречаются два абсолютно тождественных эле-
мента. При этом предельная однотипность наблюдается у организмов живу-
щих в постоянной малоизменяющейся среде, к которым относятся морские
организмы.
15. В природе действуют следующие приципы:
а) чем меньше стандартный элемент, тем он более гибок;
б) малые изменения форм значительно повышают их вариантную способ-
ность;
в) многовариантность-это критерий эффективности и целесообразности в су-
ществовании видов.
16. "Конструкции" и "Опорные системы" могут быть стандартными, а живое
вещество в них развивается по законам вида, что позволяет органично взаимодействовать статичным и динамичным элементам.
17. В целом стандарт в природе обеспечивает жизнеспособность существования
организмов, а разнообразие в природе это способ приспособления к жизни.
Тема 9. ТЕКТОНИКА В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ.
1. Тектоника-это объективно-субъективная категория, существующая одновре-
менно в виде природных форм органического и неорганического происхождения, а также в виде эстетического освоения конструкций и форм
человеком.
2. Законченная форма состоит из трёх элементов: функционирующего про-
странства, конструкции и материала, при этом все материальные средства
живой природы направлены на достижение одной цели - оптимального
функционирования.
3. Практически все живые формы тектоничны и являются прекрасными образ-
цами для конструирования.
4. Тектоника - это понятие, выработанное человеком в результате его практи-
ческой деятельности в процессе создания искусственной среды для его оби-
тания.
5. На уровне инженерного конструирования, тектоника выступает как един-
ство конструктивной формы и законов механики, на уровне живой природы
конструкции включаются в систему живого организма, выполняющего
сложные функции, в результате чего возникают новые формы.
6. Строительный материал природных и искусственно созданных форм разли-
чен, т.к. природные формы с момента рождения конструктивны и подвержены динамике роста и развития.
7. Ткани растений подразделяются на:
"образователи роста" - это покровные ткани, кожица, пробковая ткань и кор-
ка;
"проводящие ткани" - это сердцевина, мякоть листьев, плодов, в которых
происходит накопление и образование органических веществ;
"механические ткани" - это склеренхима и каменистые клетки.
8. Механические ткани совместно с мягкими тканями работают на растяжение,
сжатие, изгиб и кручение и обладают высоким пределом прочности на
разрыв.
9. Механические ткани растений в отличии от искусственных материалов со-
четают в себе твёрдость и вязкость, прочность и эластичность, позволяющие универсально реагировать на различные нагрузки.
10. Основным недостатком искусственных материалов является недостаточная
вязкость, связанная с сопротивлением образованию трещин.
11. Ключевым вопросом в создании новых материалов служит вопрос торможе-
ния раскрытию трещин.
11. В древесине раскрытию трещин препятствует органическое соединение
твёрдых и мягких тканей, а также наличие тонких волокон.
12. Роль тонких волокон велика, во первых - чем тоньше волокно, тем оно
обладает большей способностью препятствующей трещинообразованию,
во вторых - соединения с эластичным материалом дают новые покровные
изделия и конструкции, обладающие высокой прочностью.
13. Одним из важнейших составляющих биосистем является вода, доходящая
до 80-90% от массы растения. В живом состоянии материал в сочетании с водой становится тяжелее, одновременно с этим приобретает эластичность
не теряя при этом прочности.
14. В животном мире по аналогии с растительным затвердевшим тканям соот-
ветствуют скелеты, скорлупы и панцири, ещё более прочные чем механические ткани растений и мягкие ткани, которые в сочетании с костным материалом дают ещё более поразительные эффекты прочности.
15. Существуют две противоречивые тенденции развития всего живого мира,
это во первых - непрерывный рост и развитие через механизмы полимери-
зации и дифференциации и во вторых - ограничение роста связанное с эн-
тропийностью т.е. с экономией энергии и стремлением к компактности
реализуемое через механизмы итеграции.
16. Принципы формообразования всего живого строятся на взаимодействии
двух систем: конуса устойчивости и конуса роста и развития, которые явля-
ются следствием действия сил гравитации, ветровых и др. физических на-
грузок.
17. В природных формах отсутствуют резкие острые и прямые углы и соеди-
нения. Переход одной формы в другую идёт через мягкие компенсационные
формы с переливом одной формы в другую.
18. В тектонике форм отражено противоборство действию сил гравитации и
её преодоление. Законченная форма являет собой равнодействующую сил
гравитации и Космоса.
Тема 10. ИСТОРИЯ ПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ.
1. История пропорционирования в своих корнях восходит к Пифагорейцам и носит музыкально-теоретическое происхождение.
2. Основные вехи истории пропорционирования:
Древний Египет дал нам три канона постоянных отношений частей человеческой фигуры.
1 КАНОН - 4-5 династия фараонов (5000 лет до н. э.) даёт членение фигуры
человека до лба на 6 равных частей в одну ступню (фут).
2 КАНОН - 18 династия фараонов делит фигуру человека на 18 (3х18) частей
3 КАНОН - Птоломеевский даёт членение фигуры человека до лба на 7 частей (футов) с делением каждой части на 3. Итого 21(3х7) часть.
3. Диодор даёт членение фигуры человека на 21 1/4 части, где 1/4 часть-лобная.
Это членение наиболее близко подходит к членению фигуры человека на целые части в пропорциях золотого сечения (большая часть-13, меньшая-8).
4. Древний Египет не дал чёткой системы пропорционирования. Он ввёл толь-
ко модуль, как систему отсчёта.
5. Египетский треугольник с соотношением сторон 3:4:5 становится основой
пропорционирования Египетский мастеров.
3-вертикаль - Озирис (мужское начало).
4-горизонталь – Изида (женское начало).
5-диагональ - Горус(третье начало созданное ими).
6. Среди философов Древней Греции Пифагор первый математически отобра-
зил сущность гармонических отношений, связав числами гармонию звуков
октавы. Он создаёт арифметическую, геометрическую и гармоническую про-
порцию, дающую начало закона "золотого сечения".
7. Пентаграмма Пифагора-это вписанный в круг звёздчатый пятиугольник,
построенный по закону "золотого сечения", он становится отличительным
знаком школы Пифагорейцев.
8. Платон особое значение придавал в пропорционировании средней пропор-
циональной, служащей связующим звеном разнородных величин
А: В = В: С и А - В = В - С
9. Аристотель основным требованием красоты считал порядок, симметрию и
и ограничение в размерах.
10. В трактатах римского архитектора Витрувия отразились каноны гармонии
и пропорционирования, повлиявшие на весь ход истории пропорционирова-
ния. Эвритмию, симметрию и пропорционирование он вводит в основу
законов гармонии.
11. У Витрувия человек - мера всех вещей, части его тела находятся в опреде-
лённых постоянных отношениях к его целому (высоте). Центром человеческого тела является пупок, а фигура человека вписывается в круг и
квадрат.
12. Все вещи создаваемые человеком антропометричны:
дюйм - толщина пальца;
фут - длина стопы;
пальма - кисть руки.
13. В эпоху Готики развивалась своя система пропорционирования, носившая
характер франкмассонской тайны. Символы Готики.
а) равносторонний треугольник - мудрость и Троица;
б) квадрат - мир и природа;
в) пентальфа - счастье и здоровье;
г) семиугольник - святость числа 7, семь планет, семь дней сотворения мира;
д) круг - сомвол Вселенной и Божественной силы.
14. В эпоху Возраждения Палладио издаёт труды Витрувия со своими комента-
риями и рисунками.
15. Виньола развил учение Витрувия и получил широкое распространение в
Италии, Франции и в Европе.
16. К наиболее последовательным приверженцам канонов пропорционирования
человеческого тела принадлежали Леонардо да Винчи, Микельанджело
Буонаротти и Дюрер. Все они сходились в одном, что все части тела челове-
ка должны быть согласованы между собой и целым телом.
17.В 19 в. возникли новые идеи пропорционирования, отличные от идей прош-
лого. Это учения Виоле ле Дюка, Пенторна, Тирша и Говштадта о гармонии
геометрических построений на базе подобия частей и целого.
Исследования Генчельмана, Свижановского, Сабанаева и Марутаева о связи
материальных форм и музыкальной гармонии и законы пропорционирова-
ния всеобщие для природы и жизни в учениях Цейзинга, Шмелёва и Ле Корбюзье.
Тема 11. ФЕНОМЕН ЗОЛОТОГО СЕЧЕНИЯ.
1. Феномен золотого сечения обнаруживается в искусстве, математике, в области музыкальной гармонии, в формах живой природы, в архитектуре, в психологии и в технике. Он рассматривается как объективная характеристика и как явление в области восприятия.
2. Золотое сечение это закон пропорциональной связи целого и составляю-
щих его частей.
3. Классическое определение золотого сечения-это среднепропорциональное
отношение, в котором целое так относится к большей своей части, как
большая часть относится к меньшей и выражается численным значением
Ф = 1,618034… и Ф-1 = -0,618034…
4. Ряд чисел, получивших название рядов Фибоначчи обладает свойствами золотого сечения, одно из интересных свойств ряда заключается в том, что каждый член ряда равен сумме двух предыдущих. Золотое сечение является пределом отношения двух соседних чисел ряда Фибоначчи и этот
предел стремится к Ф.
5. Немецкий учёный Цейзинг сделал предположение что все формы, отличающиеся изяществом, обладают свойствами пропорции золотого сечения.
6. В ботанике постоянный угол расположения листьев и ветвей растений, расположенных вдоль стебля или ствола носит название "золотого идеального угла" равного 137о 30/ 28//.
7. Канонизация пропорций человеческой фигуры и построение её модели это
древнейший акт творчества человека. Исследование пропорций человеческой фигуры - это фундаментальная основа решения ряда прикладных задач в технике, архитектуре, дизайне, эргономике, спорте и медицине.
8. Кинематические схемы строения тела высокоорганизованных животных в
том числе и человека основаны на принципе "трёхчления".
9. Существуют два типа морфометрических характеристик человека, постоянные и переменные. К первому типу относятся линейные размеры рук, кисти, предплечья, плеча, таза и ступней ног относительно высоты человеческого тела. Они являются постоянными величинами.
Ко второму типу относятся отношения линейных размеров высоты головы
человека к высоте тела, длины ноги к высоте тела. Эти характеристики подвержены возрастной динамике и становятся устойчивыми только к 21 году.
10. Французский архитектор Ле Корбюзье в 1946г. создаёт "Модулор". Модулор - это всеобщая гармоничная система, построенная на правилах
вписанного прямого угла и золотого сечения. "Красный" и "Синий" ряды
Модулора описываются простыми соотношениями: аn= кфn. вn = 2кфn.
где n - любое число, а к = 1,13
11. Эмпирически найденный коэффициент К = 1,13 является инвариантом зри-
тельных образов, которые реально существуют в окружающем человека про-
странстве.
12. Закономерность листорасположения подчинена правилу двух противона-
правленных спиральных систем в которых число спиральных рядов принимает отношения соответствующие рядам Фибоначчи.
13. Золотое сечение является механизмом гармонического роста и развития
живых организмов и в итоге характеризует их энергетический баланс.
14. Значение золотого сечения как инструмента пропорционирования не следу-
ет преувеличивать, но и не следует игнорировать т. к. пропорции это только одна из составных частей в наборе средств гармонизации формы.
Тема 12. СВЕТ И ЦВЕТ В ПРИРОДЕ.
1. Природа цвета напрямую связана со светом и источником его восприятия -
живым организмом.
2. Цветовое восприятие это реакция организма на световой раздражитель.
3. Видимые и ощущаемые человеком световые лучи составляют лишь небольшую октаву, в пределах от 400 до 700 нанометров (или миллимикрон) в сфере колебаний электромагнитных волн в число которых последовательно входят: космические лучи, радиоактивные лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, световые лучи (видимый свет), инфракрасные лучи, радиоволны ультракороткие, короткие, средние и длинные.
4. В видимый спектр лучей входят растяжки цветов от фиолетового до красного через синий, зелёный, жёлтый и оранжевый.
5. В природе существуют естественные ряды развития цветов от белого (росток) через видимый цветовой спектр к чёрному (гниль). Природа сама ставит цвета в определённый ряд.
6. Атмосфера Земли обволакивает нас и создаёт удивительную среду являющуюся носительницей цвета.
7. Человеческий организм являясь частью природы чутко реагирует на свет и цвет и обладает индивидуальной, присущей только ему шкалой восприятия цвета.
8. Цветовые лучи минуя зрение действуют на нервную систему человека, красный цвет усиливает кровообращение, а синий цвет останавливает воспалительные процессы.
9. Человеческий глаз является уникальной оптической системой, дающей нам возможность различать размеры, форму, фактуру, блеск, прозрачность, мерцание и цвета объектов.
10. Природа света такова, что все тёмные тона находятся внизу, а светлые вверху, что является следствием гравитации.
11. При нормальном освещении наши глаза видят посредством "колбочек", а при слабом освещении посредством "палочек". Палочки дают нам впечатление света, а колбочки цветности.
12. В животном мире наличие колбочек и палочек распределено по разному. К примеру, у кур в наличии имеются только колбочки и они спят вместе с заходом солнца, а у сов, наоборот, в наличии только палочки и они не видят в дневное время.
13. В человеческом глазу в центре сетчатки, в районе центральной ямки, расположены только колбочки. Плотность их очень высока. На площади в 1мм2 располагается 50000 колбочек. Именно этот центр в основном отвечает за измерение цветности в нашем глазу.
14. При сумеречном зрении в работе глаза участвуют как колбочки, так и палочки, благодаря этому идёт резкое смещение восприятия цветности и дать точную характеристику цвета невозможно.
15. В живой природе цвет и свет являются продуктом жизнедеятельности организма в процессе его функционирования.
16. Свечение организмов (биолюминисценция) имеет определённую цель: у медуз это реакция на механическое раздражение, у донных червей-"полихет" это сигнал в период размножения, кальмары и креветки выбрасывают светящуюся слизь, используя её как световую завесу.
17. Помимо желез с фотогенными, рождающими свет клетками, у глубоковод- ных животных имеются специальные светящиеся органы - "фотофоры". Иногда фотофоры снабжены светофильтрами и животное светится радужно.
18. В живых организмах почти вся биохимическая энергия при окислении превращается в свет, тогда как в обычной лампе накаливания 70% энергии уходит на образование тепла, поэтому создание искусственного живого све- та, одно из перспективных направлений бионики.
19. Под влиянием солнечной энергии в листьях растений происходит процесс фотосинтеза т.е. процесс образования органических веществ (сахара и углеводов) из неорганических (воды, углекислого газа и минеральных солей) получаемых из внешней среды.
20. Для лучшего улавливания растениями дневного света в природе созданы различные схемы расположения листьев. Это очерёдное, мутовчатое, моза- ичное, спиралевидное и т. д.
21. Природа наделила многих животных способностью к камуфляжу - измене- нию своей внешней окраски. Это позволяет животным наилучшим образом приспосабливаться в борьбе за выживание.
22. Изменение окраски у животных - это сложный биологический процесс, про- исходящий под влиянием внешних раздражителей, главным образом через зрение. Под кожей животного расположены особые эластичные клетки "хроматофоры", заполненные красящим веществом. По сигналу животного одни хроматофоры растягиваются, а другие сжимаются, в результате чего происходит изменение цветности кожного покрова.
23. Под хроматофорами лежат другие клетки - "иридоцисты", заполненные рядом зеркал и системой призм, преломляющие и разлагающие свет, благодаря чему кожа животных приобретает особый металлический блеск.
24. В дизайн-проектировании общеприняты цвета, обеспечивающие безопас- ность и упорядоченность в символике цвета.
Жёлтый цвет - предупреждающий, обозначает "внимание".
Оранжевый цвет - обозначает внимание, "опасность".
Красный цвет - противопожарный, "запрещающий".
Зелёный цвет - разрешающий, "свободно".
Синий цвет - предписывающий, разъясняющий.
Белый цвет - направление движения, "свободно".
25. По своему психологическому воздействию на человека цвета подразделяют- ся на:
А) Стимулирующие (тёплые цвета), способствующие возбуждению и действующие как раздражители - красный, кармин, киноварь, оранжевый, жёлтый.
Б) Дезинтегрирующие (холодные цвета), приглушающие раздражение - фиолетовый, синий, светло-синий, сине-зелёный.
В) Пастельные (мягкие цвета), приглушающие чистые цвета.
Г) Статичные (уравновешенные цвета), отвлекающие от возбуждающих цветов - зелёный, оливковый, жёлто-зелёный, пурпурный.
Д) Цвета глухих тонов, не вызывающие раздражение и помогающие сосредоточению - на базе серого, белого и чёрного цветов.
Е) Тёплые тёмные цвета, стабилизирующие раздражение и действующие вяло и инертно - охра, коричневые земли, тёмно-коричневый.
Ж) Холодные тёмные цвета, изолирующие и подавляющие раздражение - тёмно-серые, чёрно-синие, тёмно-синие, тёмно-зелёные.
Тема 13. КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ.
1. В живой природе для создания большей устойчивости стебли растений усложняют свою форму закручиваясь вокруг оси, в результате чего возникают трубчатые образования в виде тонкостенных витых оболочек.
2. Конструктивный принцип кручения заложен в формировании скорлуп - оболочек сложной формы носящих название "турбосомы".
3. Стержневые системы существуют в природе в виде стволов деревьев, черенков и нирватур листьев, костей животных. Все эти элементы используются человеком в своей практической деятельности как прямой прототип или объект аналог.
4. Согласно закону "конуса устойчивости" у растений в местах закрепления возникают максимальные напряжения и крутящие моменты, что приводит к увеличению поперечного сечения ствола в котором увеличивается масса затвердевшей ткани, при этом сохраняется пружинистость и эластичность материала способствующие противостоянию действия ветра.
5. Пружинящие волокна стеблей растений проходят по периферии ствола и этот конструктивный принцип часто используется в создании стержневых искусственных систем.
6. "Оболочки-скорлупы" по своей форме это пространственные тонкостен- ные конструкции из жёсткого материала, изогнутые по "форме" и име- ющие как правило незначительную толщину. Рабочее состояние оболочек-это состояние напряжённой мембраны. В сечении оболочек исключаются изгибающие и крутящие моменты. Микроскопическая структура оболочек чаще всего имеет решётчатое строение.
7. Работа по "форме" является ключевым решающим принципом проектирования оболочек-скорлуп.
8. Характерной чертой сетчатых и ребристых конструктивных систем является распределение функций между несущими и несомыми элементами. Наиболее прочный материал сосредотачивается на линиях главных напряжений, образуя сетки, рёбра и решётки которые располагаются криволинейно в изогнутых плоскостях
9. Сетчатые, ребристые и решётчатые системы одни из самых перспективных в конструировании формы, связанной с пространствен- ным принципом работы.
10. Сложной кинематической стержневой системой живой природы являются скелеты животных. Эти подвижные системы благодаря шарнирным соединениям и мышцам переключают свои действия в соответствии с изменением нагрузок. Такие системы могут найти широкое применение в самоуправляемых конструкциях, сбрасывающих неожиданную нагрузку. Это перспективное направление в робототехнике и биомеханике.
11. Стержневые, вантовые, мембранные и тентовые системы разделяются по видам напряжений: стержни работают только на сжатие, а ванты на растяжение. Эти системы получили в конструировании название "мгновенно-жёсткие" системы. Они схожи с работой костно-мышечного аппарата.
12. Вантовые системы - это тонкие нити, работающие только на растяжение и имеющие опорные устои для своего натяжения. В природе они встречаются в виде паутины, склеренхимных и коленхимных нитей в стеблях растений, в виде сухожилий костно-мышечной системы.
13. Вантовые системы обладают упругостью и пружинящей способностью к демпфированию толчков.
14. Тентовые и мембранные системы представлены в природе в виде различ- ных плёнок, плоских мышц, перепонок водоплавающих птиц, плавников рыб, крыльев стрекоз и бабочек.
15. Пневматические системы природных образований представляют собой упругую эластичную систему обтянутую защитной тканью или кожей. Они обладают устойчивостью благодаря внутриклеточному давлению "тургору"
16. Напряжения в клетках и тканях вызванные давлением клеточного сока и протоплазмой относятся к гидродинамическому давлению. Параллельно с этим в клетках под действием газообразных веществ возникает аэродинамическое давление. На их основе формируются пневмо и гидро- конструкции.
17. Формы живой природы оптимально аэрогидродинамичны, это достигается пред напряжённостью клеток водой и воздухом, а также эластичностью живых тканей. Примером тому служат стебли и листья растений, плоды деревьев. Их формы обтекаемы и они формируют себя в зависимости от условий среды обитания и наследственности.
Тема 14. БИОНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ.
1. Слово "модель" произошло от латинского слова "modulus", что означает: мера, образ, способ. Его первоначальное значение было связано со строительством.
2. В настоящее время "модель" употребляется в качестве научного понятия в математических, технических, естественных и социальных науках, в искусстве, архитектуре, бионике и кибернетике.
3. Процесс моделирования идёт в трёх направлениях.
Первое - выражение одной теории через другую, имеющую сходное структурное подобие. Этот вид моделирования характерен для абстрактно- математических методов моделирования.
Второе - отражение объективной реальности в физической подобной форме. Этот вид моделирования характерен для начальных стадий моделирования в форме копирования биологических объектов.
Третье - изображение одной области явления с помощью другой более изученной, а следовательно и лучше понимаемой. Этот вид моделирования носит название аналоговое моделирование.
4. Материалы моделирования служат для дальнейшего их использования в проектной работе и создания образцов.
5. Теория отличается от моделирования тем, что модели, представляют предметную реализацию самой теории.
6. Под биологической моделью подразумевается такая мысленная или реализованная система, которая в конкретно- образной форме отражает и систематизирует законы и принципы формообразования живой природы и техники.
7. Модели делятся на два вида:
- вещественные (материальные):
- идеальные (воображаемые).
8. К вещественным моделям относятся, воплощённые в материале имитации сложных процессов и явлений живой природы. К ним также относятся и живые модели.
9. К идеальным моделям относятся образные системы в которых опускаются частные явления и акцентируется главная структура объекта.
10. Вещественные модели в свою очередь делятся на три разновидности.
Первая разновидность - изобразительные модели (слепки, копии, рисунки).
Они позволяют исследовать эстетические свойства формы, абстрагированные от функции.
Вторая разновидность - действующие, функционирующие модели, предназначенные для проверки моделируемых параметров объекта. Данные модели подобны или тождественны природным и реализуются с изменением пространственной или временной шкалы.
Третья разновидность - смешанные модели, предназначенные главным образом для связи изобразительных и действующих моделей. Они раскрывают законы тектоники, пропорционирования и гармонии форм.
12. Вещественные модели неразрывно связаны с идеальными, при этом идеальные модели предшествуют вещественным и не могут быть реализованы в прямом физическом виде.
13. Идеальные модели делятся на три вида:
- образные модели;
- знаковые модели;
- смешанные образно-знаковые.
14. Идеальные модели наибольшее применение получили в научном мире.
15. Отличие идеальных моделей от вещественных в том, что вещественные модели существуют независимо от субъекта их создавшего, тогда как идеальные существуют лишь в сознании создающего их субъекта. Они более гибки и поддаются быстрым трансформациям
16. Бионические модели являются средством экспериментального исследования. Модель в эксперименте, с одной стороны средство изучения объекта, а с другой стороны предмет его изучения.
Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 94 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Дать сравнительную характеристику эволюционной теории Ч. Дарвина и первого эволюционного учения Ж. Б. Ламарка. | | | МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ |