1.1. Бионика. Биоморфология. Биомеханика.

Изучение законов природы привело к пониманию биологических (природных) объектов как эталонов высокой степени целостных, интегрированных систем. Опора на биологические прототипы и законы их функционирования в настоящее время признается одним из направлений научно-технического прогресса.

Изучение закономерности формообразования организмов для построения по их подобию искусственных объектов обычно однозначно относят к области бионики [новое научное направление конца 50-х годов ХХ ст. Появление этой науки явилось следствием развития кибернетики, биофизики, биохимии, космической биологии, инженерной психологии и др. Симпозиум в Дайтоне (США) в сентябре 1960г. дал название новой науке – бионика (от греческих слов – bios – жизнь и bion – элемент жизни). Лозунг симпозиума: «Живые прототипы – ключ к новой технике» хорошо определяет перспективы развития бионики на многие годы.] В действительности принципы построения биоформ, биоструктур, биофункций с целью их использования при создании технических систем или архитектурных объектов исследует не одна, а несколько биофизических наук.

Строение форм организмов и генезис естественного формообразования рассматривает биоморфология.

Работа природных конструкций и конструктивные свойства органических материалов изучает биомеханика.

Закономерности внутреннего функционирования живых систем анализирует бионика.

Понятие и термин «морфология» введены в научный оборот И.В. Гете. Буквально «морфология» значит «наука о форме».

Из родственных морфологии наук ближе всех стоят к ней семиотика и физиология.

В биологических исследованиях морфологический подход объединен с физиологическим в соответствии с объективным единством формы, структуры и функции организма.

Биоморфология, изучающая форму с точки зрения биологии, в настоящее время развивается как описательная наука. Е.Н. Лазарев предложил включить три науки – бионику, биоморфологию и биомеханику на основании общности объектов и родственного характера задач в биономику – науку о системном изучении принципов структурно-функциональной организации живого с целью использования этих принципов в созидательной практике человека.

Итак, изучение биоморфологических, биомеханических и бионических закономерностей позволит при инженерно-дизайнерской разработке использовать:

1.2. Биодизайн. Предмет и объект биодизайна.

Биодизайн – это течение в дизайне, метод оптимального проектирования биотехнических систем и элементов, обладающих антропоцентрической направленностью, выраженной в их эстетическом совершенстве.

Зародился биодизайн в рамках традиционного дизайна, в период интенсивного бионического проектирования, когда стали появляться работы, в той или иной мере опирающиеся на биологические формы и структуры.

Предмет биодизайна – проектирование аспекта биотехнических систем.

Объект – биоподобные технические устройства – «механоорганизмы».

Сфера объектов биодизайна определяется характером главных направлений в технической бионике и зависит от видов проектируемых структур и функций, от видов создаваемых «механоорганизмов» (схема 1).

1.3. Творчество Л. Колани.

В настоящее время известны отдельные дизайн-концепции и разработки на основе изучения особенностей формообразования объектов природы.

Яркий пример освоения природных аналогов – творчество самого экстравагантного и необычного из дизайнеров итальянца Луиджи Колани (родился в 1928 году в Берлине). Его смелые эксперименты с формой предметов в том числе и автомобилей, многими воспринимается как сумасшествие. Он считает, что пластика природных объектов делает возможными взаимосвязи разнохарактерных изделий друг с другом, с окружающей средой, образуя при этом единый предметно-пространственный комплекс. Колани увлекают занятия по аэродинамике. Его эскизы транспортных средств строго подчинены аэродинамическим законам, перетекающие друг в друга плавные объемы выглядят очень непривычно для современников (ил. 1). Образцом оптимальных, с точки зрения, аэродинамики моделей служат обтекаемые тела морских млекопитающих, о чем свидетельствуют его эскизы – тщательные зарисовки пластических и гидродинамических особенностей тел обитателей водной среды – дельфинов-касаток, зубатых китов и др. (ил. 2).

Для определения этого стиля Колани вводит в обиход термин «биодизайн». В этой новой концепции дизайна Колани реализует самые различные предмета быта, одежды, спортивного инвентаря и много другого.

2. Влияние природной морфологии на формообразование подводных транспортных средств.

Эту работу я хочу посвятить рассмотрению подводных транспортных средств, преднамеренно выделив их среди других объектов дизайна, так как такая наука как биоморфология получила здесь наиболее широкое применений. Это выражается в 100% зависимости формы и конструкции подводных транспортных средств от морфологии водных животных (не исключая и использование принципов формообразования представителей флоры и фауны).

Без применения этих знаний в технике невозможно создание и плодотворное функционирование аппаратов в гидросфере. Но прежде, чем перейти к более детальному и конкретному рассмотрению влияния отдельных организмов на формообразование тех или иных аппаратов, аргументируем актуальность развития подводных транспортных средств, их значение для будущего и проанализируем состояние и строение водной среды как необходимого фона и сумы факторов, влияющих на жизнедеятельность организмов.

2.1. Проблематика развития подводных транспортных средств и их значение для будущего.

Освоение человечеством Мирового океана велось еще с незапамятных времен, но к сожалению, процесс познания имел своей единственной целью добиться военного превосходства над ближним. Поэтому история появления и развития подводных транспортных средств связана со становлением сил специальных операций на море. Долгое время подводные транспортные средства (в дальнейшем подводные средства движения) не представляли особого интереса для дизайнера, так как в процессе их разработки и создания конструкторами не рассматривалась эстетическая сторона вопроса – развитие первых подводных лодок шло по пути увеличения тактических и эксплуатационных характеристик. Они должны были устрашать врага своей громоздкостью, сверхмощностью подводного оружия.

Сегодня, когда развитие техники достигло больших высот, перед человеком открылся сказочный мир возможностей в области исследования морских глубин:

Для обеспечения выполнения этих задач необходимо иметь в наличии подводные транспортные средства «гражданского» назначения. Здесь и открывается неограниченное поле деятельности для дизайнеров.

И кто знает, может в недалеком будущем человек выберет гидросферу, на данный момент несколько чуждую и неизведанную область земли –                        terra incognita – своим местом постоянного проживания. Первые шаги уже сделаны. Еще в 60-е годы испытывались довольно успешно конструкции подводных домов (подводная лаборатория «Силаб-2», подводные лаборатории        Ж. Кусто «Преконтинент-І», «Преконтинент-ІI», «Преконтинент-ІII»); строительство подводного тоннеля под Ла Маншем.

Особого упоминания заслуживает высказывание замечательного французского ученого, давнего энтузиаста идеи «заселения» морских глубин – Жака-Ива Кусто. «Рано или  поздно, - говорит Кусто, - человечество поселится на дне моря. Наш опыт – начало большого вторжения» Эти слова, сказанные много лет назад, оказались пророческими. Все больший размах приобретают исследования морских глубин во многих странах, все больше специалистов и научных коллективов вовлекаются в это дерзновенное предприятие.

И если принесет успех попытка Ж. Кусто создать возможность все время жить в глубине  океана, путем отказа от акваланга вообще и получения кислорода через специальный аппарат типа «жабер», хирургическим путем подключенный к кровеносному руслу, насыщающий кровь человека кислородом, минуя ненужные при этом легкие, то в скором времени эпизоды фантастических фильмов станут реальностью – перед нами откроется чудесный мир морского царства, где человек и обитатели подводных глубин будут сосуществовать в гармонии, не нанося вреда друг другу. Очень хочется в это верить

Сейчас, по мере возможности, нужно делать все, чтобы наше технократическое начало не подавляло духовное (это может быть масса экопроектов, направленных на оказание помощи себе и окружающим нас организмам – избавление от удушающих смогов промышленных предприятий, от громадных свалок мусора, путем его переработки, который, если мы не опомнимся, будет составлять единственную достопримечательность нашей планеты; от вредных стоков, которые убивают все живое, от захоронений в Мировом океане вредных отходов. Будем стремиться направлять технику настоящего и будущего в доброе, позитивное русло.

2.2. Анализ особенностей водной среды, ее влияния на формообразование организмов.

Анализ системы средовых условий позволяет уменьшить число факторов, влияющих на формо- и структурообразование природных объектов, исключить малоэффективные или случайные факторы, а также позволяет выявит средства и приемы, которыми «пользуется» природа для формообразования организмов, наилучшим образом отражающих влияние факторов сред обитания. Именно эти приемы и средства возможно реализовать в искусственном объекте.

Итак, вода является средой, по существу, для всех химических процессов, происходящих в биосфере. Содержание воды в тканях организмов примерно в 5 раз больше, чем во все реках земного шара.

Особенности водной массы: огромный объем, перемешиваемость, теплоемкость, идеальная способность растворять самые различные химические соединения, наличие солей (25 минеральных солей), насыщенность жизнью, химическими и биологическими процессами, остатками и продуктами жизнедеятельности живых организмов.

         В воде содержится строго ограниченное количество кислорода, необходимого животным для дыхания. Этого кислорода достаточно лишь для химических преобразований, сопутствующих росту, и для движения животных в поисках пищи. На любой глубине морским организмам нужно меньше энергии, чтобы жить и двигаться, чем представителям живой фауны. Плотность морских животных и растений очень близка к плотности воды, в которой они живут. Лишь редкие живые организмы обитают на поверхности: гораздо удобнее жить в среде, которая, поддерживая животное, избавляет его от необходимости делать постоянные усилия для того, чтобы не всплыть и не затонуть. Только у очень немногих обитателей водной среды плотность тела точно соответствует плотности воды. Существуют, однако, различные способы, при помощи которых таким животным удается регулировать свою плавучесть так, чтобы без особых усилий оставаться в воде во взвешенном состоянии.

         Кроме поваренной соли морская вода содержит также целый ряд других химических соединений.

         В воде растения (как и на суше) служат основой для всех других форм жизни, поэтому крайне необходимо, чтобы в поверхностных слоях воды, где сосредоточена водная растительность, имелся постоянный запас нитратов, фосфатов, кальция и кремния. Все процессы и явления в водной среде взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Одним из фундаментальных принципов, которому подчиняется формообразующий процесс, является симметрия. Симметрия порождающей среды как бы накладывается на симметрию тела, образующегося в этой среде. Получившаяся в результате форма тела сохраняет только те элементы своей собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды.

Заменим организмы упрощенной статичной моделью и спроецируем на нее воздействие факторов водной среды. Изотропность, как один из этих факторов обеспечит этой модели форму шара, а три взаимно перпендикулярные плоскости симметрии придадут шару форму овалоида, или трехосного эллипсоида. Такова форма морской гальки – окатанных волнами камней.