Бионика

Основные разделы бионики
Биокоммуникация
Нейробионика. Сенсоры. (Нейронные сети,нейрокомпьютеры, биоэлектроника, биосенсоры)
Системы ориентации, локации и навигации
Наземные локомоции(органы движения животных и человека, экзоскелетоны, манипуляторы, ползающие и шагающие машины)
Биогидродинамика (Гидродинамика животных, моделирование механизмов адаптации к быстрому плаванию, действующие системы)
Биоаэродинамика (Приспособления к полету у птиц, приспособления к полету у насекомых. Теория машущего полета, действующие системы)
Механика биологических жидкостей и газов
Биомеханика естественных и искусственных органов (Биомеханика естественных органов, биомеханика искусственных органов, механика ортопедических устройств)
Механические аспекты биоматериалов (Механика, реология)
Биотехнические системы (Технические решения для инвалидов, биоэлектрическое управление, протезы, искусственные органы, биоэнергетические системы)
Прикладные вопросы бионики (Архитектура, дизайн)

Движение тел в жидкости
Осборн Рейнольдс
1842-1912
- ламинарный
- турбулентный
100 000 000
3 000 000
1 000 000
100 000
200 000
5 000
800
100 000 000
0,1
0,000 001
100 000 000

Планирующий полет
Поиски путей
Отто Лилиенталь
1848-1896
Первый полет
1891
Альбатрос

Планирующий полет
Поиски путей
Орвилл Райт
1871-1948
Уилбер Райт
1867-1912
Первый полет - 1903
Планер
Первый самолет

Планирующий полет
Пути разошлись
Полет орла
Полет А-380

Управление движением
Устойчивое «панцирь»-крыло
Панцирные рыбы
Появление – 100 000 000 лет
Транспортный космический корабль Х-33 (США)

Управление движением
Гидродинамические рули
Акула (хордовые)
Сверхзвуковой истребитель

Управление движением
Активные рули
Окунь (костистоперые)
Установка для маневрирования
в космосе MMU (США)

Управление движением
Механизация крыла
и реверс тяги
Голубь
в полете
Голубь
«идет на
посадку»
Двигатель с реверсом тяги

Управление движением
Зависание и маневрирование
Вертолет
Конвертоплан
СВВП

Машущий полет
Полет стрекозы
(Яндекс-видео)

Машущий полет
Полет саранчи (Вейс-Фо и Йенсен)
Угол отклонения крыла (рад)
от времени (мс)
1 – заднее крыло
2 – переднее крыло
1 – взмах вверх
2 – взмах вниз
Угол закрутки средней хорды крыла
и его прогиб за один период

Машущий полет
Полет саранчи (Вейс-Фо и Йенсен)
A
B
A
B
А – два передних крыла
В – два задних крыла
Подъемная сила (в долях от среднего
значения) в зависимости от долей
периода одного цикла
Тяга (в долях от среднего значения)
в зависимости от долей периода
одного цикла

Машущий полет
Система регулирования
Р
ИМ
ОР
ПС
Нервная
система
Мышцы
Корпус
стрекозы
Рецепторы
Мозг
x
x
y
z
φ
w
ОР
ИМ
ПС
Р + «Гироскоп»
Р - регулятор
ИМ – исполнительный механизм
ОР – объект регулирования
ПС – преобразователь сигнала
Y – кодированный нервный импульс
Z – форма, амплитуда, и координация крыла
φ – угол отклонения корпуса относительно головы
Х – кодированный нервный импульс
W – задающий сигнал (намерение стрекозы)
v
V – возмущающее воздействие (ветер)

Ограничения использования бионики
Махолет (по сравнению с альбатросом)
Более высокие числа Рейнольдса
Отсутствие рецепторов к местным потокам и нагрузкам крыла
Сложность использования нулевой статической балансировки
Закон «квадрата-куба-пятой степени» (линейный размер аппарата - площадь крыла и подъемная сила – масса – момент инерции)
Махолет Ильина «Икар-1»
1958
Если муху увеличить в 200 раз
(до размера человека), то увеличатся:
площадь крыльев в 40 000 раз,
масса в 8 000 000 раз
Фрагмент крыла
стрекозы

Применение результатов исследований бионики
Искусственное ухо
Микрофон – процессор –
имплантированные электроды –
слуховой нерв

Применение результатов исследований бионики
Искусствен-
ное зрение

Применение результатов исследований бионики
Протезирование конечностей

Применение результатов исследований бионики