Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение

поколения, часто называемые биоактивными. Однако лучшим «материалом» для любого человеческого органа остается здоровая живая ткань. Новой философией разработки биоматериалов стала инженерия живых тканей. Она состоит в биологических и технических методах создания функциональных тканей, заменяющих или улучшающих работу больных и патологических частей организма. Практически эту идею реализуют путем выращивания живых клеток на биоматериале в присутствии биоактивных молекул. После этого живые клетки и производимую ими внеклеточную матрицу вместе с подложкой вводят в организм как единую клеточно-биоматериальную структуру. Из-за применения искусственных подложек инженерия живых тканей тесно связана с материаловедением. Термин «заменяющая медицина» был введен Клеменсом ван Блиттерсвийком (Нидерланды) для определения методов лечения, основанных на совместном использовании биоматериалов и выращенных живых тканей. Инженерия живых тканей является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки. Журнал «Тайм» поместил специалистов по инженерии живых тканей в самом верху таблицы «лучших рабочих мест будущего». Особенность инженерии живых тканей состоит в совместной работе биологов, химиков и материаловедов. Интерес к ней подпитывается политикой заботы о здоровье пожилого населения, а также ожиданием огромного воздействия на методику клинического лечения различных болезней.
...
До сих пор в качестве подложки биоматериалов часто использовали биодеградирующие материалы типа полилактида. Их считали идеальными, поскольку желательно, чтобы после имплантации материал постепенно исчезал. До настоящего времени попытки усовершенствовать такие подложки практически не предпринимались, хотя некоторые продукты их распада могут подавлять рост и дифференцирование клеток. Одним из перспективных направлений исследований является разработка биологически модифицированных биоматериалов, поверхность которых несет некую информацию для живых клеток, взаимодействующих с этой поверхностью. Информация может состоять в определении того, где клетки должны и где не должны высаживаться, в определении их ориентации или дифференциации. Ожидается, что подобные разработки обеспечат биоинженерам широкий выбор подложек. Весьма вероятно, что появятся биоматериалы, поверхность которых будет содержать интеллектуальные биодеградирующие слои и биологически активные пептиды или лекарства. Такие работы ведутся, и уже есть примеры модификации поверхности для управления высаживанием определенных клеток. Используя поли(п-изопропилакриламид), Окано с соавторами [30] разработал биоматериал с термически активной поверхностью, которая при температуре выше 32°С гидрофобна, а ниже 32°С - гидрофильна. Таким образом, после роста клеток при температуре 37°С их можно удалить с поверхности, понизив температуру до 32°С. Это свойство, вероятно, будут использовать для снятия выращенной кожи с подложки перед перенесением на рану.
...
поколения, часто называемые биоактивными. Однако лучшим «материалом» для любого человеческого органа остается здоровая живая ткань. Новой философией разработки биоматериалов стала инженерия живых тканей. Она состоит в биологических и технических методах создания функциональных тканей, заменяющих или улучшающих работу больных и патологических частей организма. Практически эту идею реализуют путем выращивания живых клеток на биоматериале в присутствии биоактивных молекул. После этого живые клетки и производимую ими внеклеточную матрицу вместе с подложкой вводят в организм как единую клеточно-биоматериальную структуру. Из-за применения искусственных подложек инженерия живых тканей тесно связана с материаловедением. Термин «заменяющая медицина» был введен Клеменсом ван Блиттерсвийком (Нидерланды) для определения методов лечения, основанных на совместном использовании биоматериалов и выращенных живых тканей. Инженерия живых тканей является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки. Журнал «Тайм» поместил специалистов по инженерии живых тканей в самом верху таблицы «лучших рабочих мест будущего». Особенность инженерии живых тканей состоит в совместной работе биологов, химиков и материаловедов. Интерес к ней подпитывается политикой заботы о здоровье пожилого населения, а также ожиданием огромного воздействия на методику клинического лечения различных болезней.
...
До сих пор в качестве подложки биоматериалов часто использовали биодеградирующие материалы типа полилактида. Их считали идеальными, поскольку желательно, чтобы после имплантации материал постепенно исчезал. До настоящего времени попытки усовершенствовать такие подложки практически не предпринимались, хотя некоторые продукты их распада могут подавлять рост и дифференцирование клеток. Одним из перспективных направлений исследований является разработка биологически модифицированных биоматериалов, поверхность которых несет некую информацию для живых клеток, взаимодействующих с этой поверхностью. Информация может состоять в определении того, где клетки должны и где не должны высаживаться, в определении их ориентации или дифференциации. Ожидается, что подобные разработки обеспечат биоинженерам широкий выбор подложек. Весьма вероятно, что появятся биоматериалы, поверхность которых будет содержать интеллектуальные биодеградирующие слои и биологически активные пептиды или лекарства. Такие работы ведутся, и уже есть примеры модификации поверхности для управления высаживанием определенных клеток. Используя поли(п-изопропилакриламид), Окано с соавторами [30] разработал биоматериал с термически активной поверхностью, которая при температуре выше 32°С гидрофобна, а ниже 32°С - гидрофильна. Таким образом, после роста клеток при температуре 37°С их можно удалить с поверхности, понизив температуру до 32°С. Это свойство, вероятно, будут использовать для снятия выращенной кожи с подложки перед перенесением на рану.
...
поколения, часто называемые биоактивными. Однако лучшим «материалом» для любого человеческого органа остается здоровая живая ткань. Новой философией разработки биоматериалов стала инженерия живых тканей. Она состоит в биологических и технических методах создания функциональных тканей, заменяющих или улучшающих работу больных и патологических частей организма. Практически эту идею реализуют путем выращивания живых клеток на биоматериале в присутствии биоактивных молекул. После этого живые клетки и производимую ими внеклеточную матрицу вместе с подложкой вводят в организм как единую клеточно-биоматериальную структуру. Из-за применения искусственных подложек инженерия живых тканей тесно связана с материаловедением. Термин «заменяющая медицина» был введен Клеменсом ван Блиттерсвийком (Нидерланды) для определения методов лечения, основанных на совместном использовании биоматериалов и выращенных живых тканей. Инженерия живых тканей является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки. Журнал «Тайм» поместил специалистов по инженерии живых тканей в самом верху таблицы «лучших рабочих мест будущего». Особенность инженерии живых тканей состоит в совместной работе биологов, химиков и материаловедов. Интерес к ней подпитывается политикой заботы о здоровье пожилого населения, а также ожиданием огромного воздействия на методику клинического лечения различных болезней.
...
До сих пор в качестве подложки биоматериалов часто использовали биодеградирующие материалы типа полилактида. Их считали идеальными, поскольку желательно, чтобы после имплантации материал постепенно исчезал. До настоящего времени попытки усовершенствовать такие подложки практически не предпринимались, хотя некоторые продукты их распада могут подавлять рост и дифференцирование клеток. Одним из перспективных направлений исследований является разработка биологически модифицированных биоматериалов, поверхность которых несет некую информацию для живых клеток, взаимодействующих с этой поверхностью. Информация может состоять в определении того, где клетки должны и где не должны высаживаться, в определении их ориентации или дифференциации. Ожидается, что подобные разработки обеспечат биоинженерам широкий выбор подложек. Весьма вероятно, что появятся биоматериалы, поверхность которых будет содержать интеллектуальные биодеградирующие слои и биологически активные пептиды или лекарства. Такие работы ведутся, и уже есть примеры модификации поверхности для управления высаживанием определенных клеток. Используя поли(п-изопропилакриламид), Окано с соавторами [30] разработал биоматериал с термически активной поверхностью, которая при температуре выше 32°С гидрофобна, а ниже 32°С - гидрофильна. Таким образом, после роста клеток при температуре 37°С их можно удалить с поверхности, понизив температуру до 32°С. Это свойство, вероятно, будут использовать для снятия выращенной кожи с подложки перед перенесением на рану.
...
поколения, часто называемые биоактивными. Однако лучшим «материалом» для любого человеческого органа остается здоровая живая ткань. Новой философией разработки биоматериалов стала инженерия живых тканей. Она состоит в биологических и технических методах создания функциональных тканей, заменяющих или улучшающих работу больных и патологических частей организма. Практически эту идею реализуют путем выращивания живых клеток на биоматериале в присутствии биоактивных молекул. После этого живые клетки и производимую ими внеклеточную матрицу вместе с подложкой вводят в организм как единую клеточно-биоматериальную структуру. Из-за применения искусственных подложек инженерия живых тканей тесно связана с материаловедением. Термин «заменяющая медицина» был введен Клеменсом ван Блиттерсвийком (Нидерланды) для определения методов лечения, основанных на совместном использовании биоматериалов и выращенных живых тканей. Инженерия живых тканей является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки. Журнал «Тайм» поместил специалистов по инженерии живых тканей в самом верху таблицы «лучших рабочих мест будущего». Особенность инженерии живых тканей состоит в совместной работе биологов, химиков и материаловедов. Интерес к ней подпитывается политикой заботы о здоровье пожилого населения, а также ожиданием огромного воздействия на методику клинического лечения различных болезней.
...
До сих пор в качестве подложки биоматериалов часто использовали биодеградирующие материалы типа полилактида. Их считали идеальными, поскольку желательно, чтобы после имплантации материал постепенно исчезал. До настоящего времени попытки усовершенствовать такие подложки практически не предпринимались, хотя некоторые продукты их распада могут подавлять рост и дифференцирование клеток. Одним из перспективных направлений исследований является разработка биологически модифицированных биоматериалов, поверхность которых несет некую информацию для живых клеток, взаимодействующих с этой поверхностью. Информация может состоять в определении того, где клетки должны и где не должны высаживаться, в определении их ориентации или дифференциации. Ожидается, что подобные разработки обеспечат биоинженерам широкий выбор подложек. Весьма вероятно, что появятся биоматериалы, поверхность которых будет содержать интеллектуальные биодеградирующие слои и биологически активные пептиды или лекарства. Такие работы ведутся, и уже есть примеры модификации поверхности для управления высаживанием определенных клеток. Используя поли(п-изопропилакриламид), Окано с соавторами [30] разработал биоматериал с термически активной поверхностью, которая при температуре выше 32°С гидрофобна, а ниже 32°С - гидрофильна. Таким образом, после роста клеток при температуре 37°С их можно удалить с поверхности, понизив температуру до 32°С. Это свойство, вероятно, будут использовать для снятия выращенной кожи с подложки перед перенесением на рану.
...
Несмотря на прогресс в описанной области, создание истинно интеллектуальных подложек - это задача будущего. В настоящее время для выращивания определенных тканей не часто удается создать правильную морфологическую и биохимическую окружающую среду для высаживания клеток, их роста и дифференцирования. Для того чтобы использование биоинженерных тканей стало рутиной, необходимо дальнейшее развитие биоматериаловедения, биологии и медицины. В частности, необходим прогресс в технологии выращивания клеток (включая стволовые) и биокультур.
...
Традиционно основными требованиями, предъявляемыми к биоматериалам, были нетоксичность и высокая механическая прочность. Если сто лет назад биоматериалы развивались методом проб и ошибок, то в настоящее время принят более осторожный подход. Угроза судебных тяжб является сильнейшим средством устрашения производителей, предотвращающим «кавалерийский» подход к применению новых биоматериалов и медицинских устройств. Недостатком многих медицинских устройств является недостаточно длительный срок работы. Появление второго поколения биоактивных материалов не только улучшило медицинские устройства, но и изменило стратегию их развития. Современные исследования основаны на попытках получить желательную реакцию живой ткани на биоматериал. Такие разработки позволяют создать медицинские устройства, восстанавливающие или заменяющие больные ткани и органы. Сложность подобных работ состоит в изменении окружающей биологической среды при болезни, что затрудняет успешное оперативное вмешательство. Разработка новых медицинских устройств, биоматериалов и тканей, несомненно, будет играть все более важную роль в лечении болезней. Будущее развитие биоматериалов явится результатом совместных усилий материаловедов, биологов и врачей. Вероятно, новые биоматериалы будут сильно отличаться от биоматериалов прошлого. Они станут намного более интеллектуальными в том смысле, что будут взаимодействовать с биосредой, способствуя восстановлению физиологических функций организма и живых тканей. Окончательной целью лечения будет восстановление здоровой ткани и исчезновение остатков имплантированного биоматериала [31].
...
Глава 9. Интеллектуальные медицинские материалы
...
Существует несколько определений интеллектуального материала. Общим для них является то, что материал (или структура) способен ощущать внешнее воздействие и реагировать на него. Сложности связаны с тем, что имеется несколько масштабных уровней, на которых могут проявляться эти способности, каждый со своей возможностью реагирования. Определение интеллектуального материала подразумевает наличие сенсоров или поступление информации, возможной обработки сигналов и информации, принятия решения и, наконец, действия [1].
...
Основным элементом живых организмов является клетка, и уже на этом уровне организм способен реагировать на внешнее воздействие. Наиболее важным элементом передачи и обработки информации в клетке является мембрана.
...
Следует иметь в виду, что биологические организмы очень сложны, и поэтому примеры, иллюстрирующие работу их органов чувств, приходится выбирать с большой осторожностью. В клетке происходит большое количество жизненных процессов. Однако при выборе биологи-
...
ческой модели желательно иметь более простую систему, исполняющую преимущественно одну функцию, что типично для больших организмов, в которых клетки специализированы. В пределе, чувствительность рецепторов биообъекта ограничена квантовыми эффектами [2]. Поэтому в принципе к биосистемам желательно применять квантовый подход. Во многих случаях имеются специфические требования, предъявляемые к механизмам выделения, обработки и усиления сигнала рецеп-торных клеток. Чтобы выяснить принцип работы рецептора, необходимо знать биологические особенности организма. Принципы функционирования биообъектов гораздо сложнее созданных человеком изделий, и поэтому слепое копирование биологических механизмов является ошибкой. К сожалению, часто нам не удается выявить принципы работы многофункционального биоорганизма, и мы не понимаем принципов его работы.
...
Механические рецепторы членистоногих исследовались довольно внимательно, но до сих пор их искусственные аналоги используются не слишком часто. Механорецепторы насекомых состоят из кутикул,
...
Рис. 10.1. Схематическое изображение рецепторного волосика насекомого, иллюстрирующее его деформацию при изгибе [5].
...
ческой модели желательно иметь более простую систему, исполняющую преимущественно одну функцию, что типично для больших организмов, в которых клетки специализированы. В пределе, чувствительность рецепторов биообъекта ограничена квантовыми эффектами [2]. Поэтому в принципе к биосистемам желательно применять квантовый подход. Во многих случаях имеются специфические требования, предъявляемые к механизмам выделения, обработки и усиления сигнала рецеп-торных клеток. Чтобы выяснить принцип работы рецептора, необходимо знать биологические особенности организма. Принципы функционирования биообъектов гораздо сложнее созданных человеком изделий, и поэтому слепое копирование биологических механизмов является ошибкой. К сожалению, часто нам не удается выявить принципы работы многофункционального биоорганизма, и мы не понимаем принципов его работы.
...
Механические рецепторы членистоногих исследовались довольно внимательно, но до сих пор их искусственные аналоги используются не слишком часто. Механорецепторы насекомых состоят из кутикул,
...
Рис. 10.1. Схематическое изображение рецепторного волосика насекомого, иллюстрирующее его деформацию при изгибе [5].
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
Волос насекомого не похож на волос млекопитающих. Он представляет собой длинный полый сужающийся усеченный конус, состоящий из кутикулы (рис. 10.1) и установленного в гнездо из резилина, эластичной формы кутина,
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Трихоботрии (рис. 10.3) представляют собой довольно необычные волосы, чувствующие движение воздуха. На лапках взрослой особи паука cupiennius salei имеется 936 трихоботрии. Длина трихоботрии равна 100-1400 мкм, а диаметр в основании - 5-15 мкм. Многие из них согнуты в направлении тела. Похожие на перья поверхностные наросты увеличивают силу взаимодействия с воздухом без значительного увеличения массы и, как следствие, возрастает чувствительность рецептора. Обычно трихоботрии состоят из кластеров по 2-30 штук, причем их длина увеличивается по направлению к кончику лапки. В зависимости от длины резонансная частота их колебаний равна 40-600 Гц. Поскольку при увеличении длины волоса изменяется и чувствительность, объединение трихоботрии в группу позволяет получить информацию об интенсивности и частоте возмущающего воздействия, а в некоторых случаях и направлении на источник. Толщина граничного слоя колеблющегося воздуха у лапки изменяется от 2600 мкм при частоте 10 Гц до 600 мкм при 950 Гц, что близко к длине трихоботрии. В качестве рецепторов скорости короткие трихоботрии не хуже длинных, но имеют более высокую чувствительность для регистрации ускорения [9]. С помощью системы трихоботрии паук может обнаружить гудящую муху на расстоянии приблизительно 20 см [10]. Подобно трихоботриям, антенны мужских особей москитов являются датчиками звукового сигнала, но имеют больший размер и более высокую чувствительность. Антенна покрыта длинными щетинками, которые видны невооруженным глазом, и, в отличие от рецепторных волосиков, жестко соединена с ее основанием. В основании антенны имеется выпуклость (рис. 10.4), названная органом Джонстона, по имени открывшего ее ученого. Эта выпуклость содер-
...
Трихоботрии (рис. 10.3) представляют собой довольно необычные волосы, чувствующие движение воздуха. На лапках взрослой особи паука cupiennius salei имеется 936 трихоботрии. Длина трихоботрии равна 100-1400 мкм, а диаметр в основании - 5-15 мкм. Многие из них согнуты в направлении тела. Похожие на перья поверхностные наросты увеличивают силу взаимодействия с воздухом без значительного увеличения массы и, как следствие, возрастает чувствительность рецептора. Обычно трихоботрии состоят из кластеров по 2-30 штук, причем их длина увеличивается по направлению к кончику лапки. В зависимости от длины резонансная частота их колебаний равна 40-600 Гц. Поскольку при увеличении длины волоса изменяется и чувствительность, объединение трихоботрии в группу позволяет получить информацию об интенсивности и частоте возмущающего воздействия, а в некоторых случаях и направлении на источник. Толщина граничного слоя колеблющегося воздуха у лапки изменяется от 2600 мкм при частоте 10 Гц до 600 мкм при 950 Гц, что близко к длине трихоботрии. В качестве рецепторов скорости короткие трихоботрии не хуже длинных, но имеют более высокую чувствительность для регистрации ускорения [9]. С помощью системы трихоботрии паук может обнаружить гудящую муху на расстоянии приблизительно 20 см [10]. Подобно трихоботриям, антенны мужских особей москитов являются датчиками звукового сигнала, но имеют больший размер и более высокую чувствительность. Антенна покрыта длинными щетинками, которые видны невооруженным глазом, и, в отличие от рецепторных волосиков, жестко соединена с ее основанием. В основании антенны имеется выпуклость (рис. 10.4), названная органом Джонстона, по имени открывшего ее ученого. Эта выпуклость содер-
...
Трихоботрии (рис. 10.3) представляют собой довольно необычные волосы, чувствующие движение воздуха. На лапках взрослой особи паука cupiennius salei имеется 936 трихоботрии. Длина трихоботрии равна 100-1400 мкм, а диаметр в основании - 5-15 мкм. Многие из них согнуты в направлении тела. Похожие на перья поверхностные наросты увеличивают силу взаимодействия с воздухом без значительного увеличения массы и, как следствие, возрастает чувствительность рецептора. Обычно трихоботрии состоят из кластеров по 2-30 штук, причем их длина увеличивается по направлению к кончику лапки. В зависимости от длины резонансная частота их колебаний равна 40-600 Гц. Поскольку при увеличении длины волоса изменяется и чувствительность, объединение трихоботрии в группу позволяет получить информацию об интенсивности и частоте возмущающего воздействия, а в некоторых случаях и направлении на источник. Толщина граничного слоя колеблющегося воздуха у лапки изменяется от 2600 мкм при частоте 10 Гц до 600 мкм при 950 Гц, что близко к длине трихоботрии. В качестве рецепторов скорости короткие трихоботрии не хуже длинных, но имеют более высокую чувствительность для регистрации ускорения [9]. С помощью системы трихоботрии паук может обнаружить гудящую муху на расстоянии приблизительно 20 см [10]. Подобно трихоботриям, антенны мужских особей москитов являются датчиками звукового сигнала, но имеют больший размер и более высокую чувствительность. Антенна покрыта длинными щетинками, которые видны невооруженным глазом, и, в отличие от рецепторных волосиков, жестко соединена с ее основанием. В основании антенны имеется выпуклость (рис. 10.4), названная органом Джонстона, по имени открывшего ее ученого. Эта выпуклость содер-
...
Колоколообразный орган является сенсором деформации. Он представляет собой отверстие в кутикуле, закрытое
...
как показано на рис. 10.5. Этот орган позволяет насекомому измерять смещение в плоскости кутикулы за счет ее податливости. Отверстие в кутикуле увеличивает деформацию и приводит к ее движению вверх или вниз. Таким образом, появляется деформация в перпендикулярном направлении, которая
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
измеряется клеткой, находящейся на эпидерме кутикулы. Колоколооб-разный орган размещается в области максимальной нагрузки, где наиболее вероятно разрушение крыла или лапки. Таким образом, у насекомого ослаблены области, которые, казалось бы, требуют усиления. Эта страннность указывает на то, что мы столкнулись с чем-то интересным. Разрушение происходит, когда деформация достигает некоторого значения, являющегося характеристикой материала. Коэффициент концентрации напряжения вблизи отверстия характеризует величину вызываемого им снижения прочности. Влияние кол околообразного органа моделировали при помощи ряда отверстий в пластине из композиционного материала [13]. Отверстия высверливали (в результате чего волокна были разрушены) или получали в процессе формования композита (в этом случае волокна изгибались и оставались целыми). Получали как круглые, так и эллипсообразные отверстия, как показано на рис. 10.6. Концентрация напряжения максимальна вблизи края отверстия в плоскости симметрии, перпендикулярной оси растяжения. Исключением является случай формованного (несверленого) эллиптического отверстия, ориентированного вдоль оси нагружения. В этом случае концентрация напряжения максимальна на главной оси эллипса. Вблизи сверленых отверстий концентрация напряжения выше, чем в случае несверленых отверстий. Худшим случаем является эллиптическое сверленое отверстие, ориентированное перпендикулярно направлению нагружения. В этом случае коэффициент концентрации напряжения равен примерно четырем. В формованном несверленом композите концентрация напряжения приблизительно в полтора раза ниже, чем в сверленом. Распределение напряжения в случае несверленых отверстий также более однородное, чем в случае сверленых отверстий.
...
Рис. 10.6. Модель для вычисления методом конечных элементов напряжения вблизи овального отверстия, высверленного в пластине из волокнистого композиционного материала (а) и впрессованного в пластину (Ь). Волокна и нагружающая сила направлены вдоль главной оси овала [14].
...
измеряется клеткой, находящейся на эпидерме кутикулы. Колоколооб-разный орган размещается в области максимальной нагрузки, где наиболее вероятно разрушение крыла или лапки. Таким образом, у насекомого ослаблены области, которые, казалось бы, требуют усиления. Эта страннность указывает на то, что мы столкнулись с чем-то интересным. Разрушение происходит, когда деформация достигает некоторого значения, являющегося характеристикой материала. Коэффициент концентрации напряжения вблизи отверстия характеризует величину вызываемого им снижения прочности. Влияние кол околообразного органа моделировали при помощи ряда отверстий в пластине из композиционного материала [13]. Отверстия высверливали (в результате чего волокна были разрушены) или получали в процессе формования композита (в этом случае волокна изгибались и оставались целыми). Получали как круглые, так и эллипсообразные отверстия, как показано на рис. 10.6. Концентрация напряжения максимальна вблизи края отверстия в плоскости симметрии, перпендикулярной оси растяжения. Исключением является случай формованного (несверленого) эллиптического отверстия, ориентированного вдоль оси нагружения. В этом случае концентрация напряжения максимальна на главной оси эллипса. Вблизи сверленых отверстий концентрация напряжения выше, чем в случае несверленых отверстий. Худшим случаем является эллиптическое сверленое отверстие, ориентированное перпендикулярно направлению нагружения. В этом случае коэффициент концентрации напряжения равен примерно четырем. В формованном несверленом композите концентрация напряжения приблизительно в полтора раза ниже, чем в сверленом. Распределение напряжения в случае несверленых отверстий также более однородное, чем в случае сверленых отверстий.
...
Рис. 10.6. Модель для вычисления методом конечных элементов напряжения вблизи овального отверстия, высверленного в пластине из волокнистого композиционного материала (а) и впрессованного в пластину (Ь). Волокна и нагружающая сила направлены вдоль главной оси овала [14].
...
измеряется клеткой, находящейся на эпидерме кутикулы. Колоколооб-разный орган размещается в области максимальной нагрузки, где наиболее вероятно разрушение крыла или лапки. Таким образом, у насекомого ослаблены области, которые, казалось бы, требуют усиления. Эта страннность указывает на то, что мы столкнулись с чем-то интересным. Разрушение происходит, когда деформация достигает некоторого значения, являющегося характеристикой материала. Коэффициент концентрации напряжения вблизи отверстия характеризует величину вызываемого им снижения прочности. Влияние кол околообразного органа моделировали при помощи ряда отверстий в пластине из композиционного материала [13]. Отверстия высверливали (в результате чего волокна были разрушены) или получали в процессе формования композита (в этом случае волокна изгибались и оставались целыми). Получали как круглые, так и эллипсообразные отверстия, как показано на рис. 10.6. Концентрация напряжения максимальна вблизи края отверстия в плоскости симметрии, перпендикулярной оси растяжения. Исключением является случай формованного (несверленого) эллиптического отверстия, ориентированного вдоль оси нагружения. В этом случае концентрация напряжения максимальна на главной оси эллипса. Вблизи сверленых отверстий концентрация напряжения выше, чем в случае несверленых отверстий. Худшим случаем является эллиптическое сверленое отверстие, ориентированное перпендикулярно направлению нагружения. В этом случае коэффициент концентрации напряжения равен примерно четырем. В формованном несверленом композите концентрация напряжения приблизительно в полтора раза ниже, чем в сверленом. Распределение напряжения в случае несверленых отверстий также более однородное, чем в случае сверленых отверстий.
...
Рис. 10.6. Модель для вычисления методом конечных элементов напряжения вблизи овального отверстия, высверленного в пластине из волокнистого композиционного материала (а) и впрессованного в пластину (Ь). Волокна и нагружающая сила направлены вдоль главной оси овала [14].
...
измеряется клеткой, находящейся на эпидерме кутикулы. Колоколооб-разный орган размещается в области максимальной нагрузки, где наиболее вероятно разрушение крыла или лапки. Таким образом, у насекомого ослаблены области, которые, казалось бы, требуют усиления. Эта страннность указывает на то, что мы столкнулись с чем-то интересным. Разрушение происходит, когда деформация достигает некоторого значения, являющегося характеристикой материала. Коэффициент концентрации напряжения вблизи отверстия характеризует величину вызываемого им снижения прочности. Влияние кол околообразного органа моделировали при помощи ряда отверстий в пластине из композиционного материала [13]. Отверстия высверливали (в результате чего волокна были разрушены) или получали в процессе формования композита (в этом случае волокна изгибались и оставались целыми). Получали как круглые, так и эллипсообразные отверстия, как показано на рис. 10.6. Концентрация напряжения максимальна вблизи края отверстия в плоскости симметрии, перпендикулярной оси растяжения. Исключением является случай формованного (несверленого) эллиптического отверстия, ориентированного вдоль оси нагружения. В этом случае концентрация напряжения максимальна на главной оси эллипса. Вблизи сверленых отверстий концентрация напряжения выше, чем в случае несверленых отверстий. Худшим случаем является эллиптическое сверленое отверстие, ориентированное перпендикулярно направлению нагружения. В этом случае коэффициент концентрации напряжения равен примерно четырем. В формованном несверленом композите концентрация напряжения приблизительно в полтора раза ниже, чем в сверленом. Распределение напряжения в случае несверленых отверстий также более однородное, чем в случае сверленых отверстий.
...
Рис. 10.6. Модель для вычисления методом конечных элементов напряжения вблизи овального отверстия, высверленного в пластине из волокнистого композиционного материала (а) и впрессованного в пластину (Ь). Волокна и нагружающая сила направлены вдоль главной оси овала [14].
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
Имеется несколько технических способов измерения деформации отверстия, включая и колпачки, как у насекомых. Наиболее простой способ состоит во введении в отверстие прозрачного полимера и использовании метода двулучепреломления света. Еще один способ состоит в измерении длины световой волны, отраженной от дифракционной решетки, нанесенной на область вблизи отверстия. Это позволяет исследовать влияние отверстия методом удаленного контроля, что уменьшает сложность и стоимость измерений.
...
Имеется несколько технических способов измерения деформации отверстия, включая и колпачки, как у насекомых. Наиболее простой способ состоит во введении в отверстие прозрачного полимера и использовании метода двулучепреломления света. Еще один способ состоит в измерении длины световой волны, отраженной от дифракционной решетки, нанесенной на область вблизи отверстия. Это позволяет исследовать влияние отверстия методом удаленного контроля, что уменьшает сложность и стоимость измерений.
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Рис. 10.9. Деформация пластины из перплекса с разрезами, моделирующей органы чувств паука. Силу прикладывали под различными углами к оси вырезов [15].
...
Рис. 10.9. Деформация пластины из перплекса с разрезами, моделирующей органы чувств паука. Силу прикладывали под различными углами к оси вырезов [15].
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
жукам обнаружить удаленный лесной пожар. Отдельная ямка состоит из круглой кутикулы диаметром около 15 мкм. Периферийные процессы возбуждают две клетки плоской формы, которые передают сигнал на нейрон. Этот орган реагирует на инфракрасное излучение продолжительностью 2 мс. Он напоминает основание рецепторных волос, реагирующих на механическое возбуждение, и, вероятно, является результатом их эволюционного развития [13, 17]. Механизм их работы окончательно не выяснен, но интенсивно исследуется и, видимо, будет установлен.
...
Рыбы телеост и акула, а также яйцекладущее млекопитающее утконос (вероятно, и многие другие виды животных) имеют электрорецепторы, ощущающие электрическое поле. Сильнее всего это чувство развито у акул, которые имеют ряды электрорецепторов, имеющих вид углублений (ampullae Lorenzini)
...
жукам обнаружить удаленный лесной пожар. Отдельная ямка состоит из круглой кутикулы диаметром около 15 мкм. Периферийные процессы возбуждают две клетки плоской формы, которые передают сигнал на нейрон. Этот орган реагирует на инфракрасное излучение продолжительностью 2 мс. Он напоминает основание рецепторных волос, реагирующих на механическое возбуждение, и, вероятно, является результатом их эволюционного развития [13, 17]. Механизм их работы окончательно не выяснен, но интенсивно исследуется и, видимо, будет установлен.
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Возможно, сигнал вызывает асимметрия электрического поля при поворотах рыбы. С помощью электрорецепторов и полукруглых каналов, направленных вдоль позвоночника и позволяющих определить ускорение, акула определяет направление движения [18]. Рыбы с более слабой чувствительностью электрорецепторов используют активную электролокацию,
...
Возможно, сигнал вызывает асимметрия электрического поля при поворотах рыбы. С помощью электрорецепторов и полукруглых каналов, направленных вдоль позвоночника и позволяющих определить ускорение, акула определяет направление движения [18]. Рыбы с более слабой чувствительностью электрорецепторов используют активную электролокацию,
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
В результате эволюции появились нервные системы, передающие сигнал с высокой скоростью. Особенностью механизмов передачи сигнала является некоторый избыток информации. Вопрос заключается в том, содержится ли информация исключительно в количестве импульсов каждого нейрона или же она содержится и во взаимном расположении сигналов соседних нервных клеток? Очень важно, как суммируется и анализируется сигнал отдельных нейронов. Если несколько нервных клеток несет сходную информацию, то она избыточна, и полная информация равна информации одной клетки. Если сигналы различных нейронов независимы, их амплитуда возрастает пропорционально количеству нейронов. Если же информация имеется и в корреляции между временем импульсов соседних нейронов, то сигнал является синерге-тическим,
...
При растяжении кожи ориентация основного волокнистого компонента - коллагена может быть значительно увеличена введением трещин или надрезов [22]. В кончике трещины имеется концентрация напряжения, величина которого быстро уменьшается с расстоянием до него. При двуосном растяжении аорты свиньи на одну треть от начального размера влияние напряжения, проявляющееся в ориентации коллаге-новых волокон, перестает наблюдаться на расстоянии 0,5 мм от кончика трещины длиной 5 мм (рис. 10.12). Концентрация напряжений максимальна в направлении, перпендикулярном плоскости трещины, и волокна коллагена ориентируются перпендикулярно плоскости трещины (в направлении Р). Трещина в процессе своего роста пересекает большое количество ориентированных коллагеновых волокон, для чего требуется много энергии. При случайном расположении волокон (точка R) материал первоначально изотропен, и энергия распространения трещины одинакова во всех направлениях. В точке Q коллаген ориентируется параллельно плоскости трещины. Таким образом, кожа ведет себя как интеллектуальный материал. Это свойство кожи обеспечивается гетерогенностью структуры (негибкие волокна в мягкой матрице) и высокой подвижностью волокон. В зависимости от стойкости к распространению трещины и степени начальной ориентации волокон кол-
...
В результате эволюции появились нервные системы, передающие сигнал с высокой скоростью. Особенностью механизмов передачи сигнала является некоторый избыток информации. Вопрос заключается в том, содержится ли информация исключительно в количестве импульсов каждого нейрона или же она содержится и во взаимном расположении сигналов соседних нервных клеток? Очень важно, как суммируется и анализируется сигнал отдельных нейронов. Если несколько нервных клеток несет сходную информацию, то она избыточна, и полная информация равна информации одной клетки. Если сигналы различных нейронов независимы, их амплитуда возрастает пропорционально количеству нейронов. Если же информация имеется и в корреляции между временем импульсов соседних нейронов, то сигнал является синерге-тическим,
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
лагена кожа имеет высокое удлинение при разрыве (10-50%). Кривая «напряжение-деформация» имеет растущий J-образный вид, и текущее значение модуля упругости возрастает с ростом деформации. Такой вид кривой деформирования имеет интересные следствия, а именно кожа имеет высокую прочность и вязкость (энергию) разрушения [23].
...
«Интеллектуальность» складчатых структур состоит в их способности реагировать на изменение внешних условий. Очень интересны инженерные подходы, основанные на изучении сворачивания и шарнирного крепления крыльев насекомого. Крыло приводится в действие основа-
...
лагена кожа имеет высокое удлинение при разрыве (10-50%). Кривая «напряжение-деформация» имеет растущий J-образный вид, и текущее значение модуля упругости возрастает с ростом деформации. Такой вид кривой деформирования имеет интересные следствия, а именно кожа имеет высокую прочность и вязкость (энергию) разрушения [23].
...
«Интеллектуальность» складчатых структур состоит в их способности реагировать на изменение внешних условий. Очень интересны инженерные подходы, основанные на изучении сворачивания и шарнирного крепления крыльев насекомого. Крыло приводится в действие основа-
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
нием, а изменение формы обусловлено сворачиванием при упругом поведении материала крыла. Крыло имеет шарнирное соединение в трех точках, и его можно моделировать тремя шарнирно соединенными по краю областями, способными изменять взаимную пространственную и фазовую связь при взмахе. Периферические складки, пересекающие две первичные складки, разграничивают три области, могут активизироваться или подавляться действием первичных складок [24]. Благодаря эластичности и способности к управляемому изменению формы крыло реагирует на изменение условий полета [1, 25]. Это обусловлено аэроупругим поведением крыла при взмахе и управляющим действием приводящих мышц. Очень интересны также механизмы изменения формы, связанные с потерей механической устойчивости [25], однако их анализ является задачей будущего.
...
Механизм аккумулирования энергии упругой деформации, который еще не исследован, но встречается в природе гораздо чаще, чем нам кажется, связан с использованием гидравлического давления для деформирования упругого элемента1. Этот механизм лежит в основе действия ловушки хищной мухи Венеры (рис. 10.13), и, вероятно, некоторых механизмов опыления. Опора пыльцы орхидеи после прикрепления к насекомому изгибается (рис. 10.14), чтобы запасти энергию для прикрепления к женской части следующего цветка, который посетит насекомое [26].
...
1 Плотность энергии упругой деформации описывается формулой р = о2/2£, где а - растягивающее напряжение и Е—
...
нием, а изменение формы обусловлено сворачиванием при упругом поведении материала крыла. Крыло имеет шарнирное соединение в трех точках, и его можно моделировать тремя шарнирно соединенными по краю областями, способными изменять взаимную пространственную и фазовую связь при взмахе. Периферические складки, пересекающие две первичные складки, разграничивают три области, могут активизироваться или подавляться действием первичных складок [24]. Благодаря эластичности и способности к управляемому изменению формы крыло реагирует на изменение условий полета [1, 25]. Это обусловлено аэроупругим поведением крыла при взмахе и управляющим действием приводящих мышц. Очень интересны также механизмы изменения формы, связанные с потерей механической устойчивости [25], однако их анализ является задачей будущего.
...
Механизм аккумулирования энергии упругой деформации, который еще не исследован, но встречается в природе гораздо чаще, чем нам кажется, связан с использованием гидравлического давления для деформирования упругого элемента1. Этот механизм лежит в основе действия ловушки хищной мухи Венеры (рис. 10.13), и, вероятно, некоторых механизмов опыления. Опора пыльцы орхидеи после прикрепления к насекомому изгибается (рис. 10.14), чтобы запасти энергию для прикрепления к женской части следующего цветка, который посетит насекомое [26].
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Энергия упругой деформации запасается в целлюлозе стенок клеток, содержащих жидкость, которая сохраняет свой объем и обеспечивает растяжение упругих элементов. При этом механизме накопления энергии увеличивается мощность устройства, причем энергия запасается постепенно с низкой скоростью, а высвобождается очень быстро.
...
Имеется принцип, что самое простое интеллектуальное биоподражательное устройство, вероятно, будет и самым успешным. Имея это в виду, посмотрим, какие системы в природе имеют простоту и функциональность биметаллической полосы. Достоинством самоорганизованных материалов и структур типа жидкого кристалла является легкость изменения их свойств [27]. Жидкокристаллические структуры часто встречаются в живой природе. Отметим также, что очень легко делаются полимерные блоксополимеры, в которых происходит самопроизвольное разделении фаз и образуется структура [28].
...
Жидкие кристаллы распространены в биологических системах исключительно широко. Жидкие кристаллы «самособираются» из неупорядоченного состояния, в результате чего в неупорядоченной химической системе появляется порядок и морфология. Так как жизнь возникла в результате упорядочивания и разделения химических веществ, имеется большой интерес к механизмам появления упорядоченных структур.
...
Энергия упругой деформации запасается в целлюлозе стенок клеток, содержащих жидкость, которая сохраняет свой объем и обеспечивает растяжение упругих элементов. При этом механизме накопления энергии увеличивается мощность устройства, причем энергия запасается постепенно с низкой скоростью, а высвобождается очень быстро.
...
Имеется принцип, что самое простое интеллектуальное биоподражательное устройство, вероятно, будет и самым успешным. Имея это в виду, посмотрим, какие системы в природе имеют простоту и функциональность биметаллической полосы. Достоинством самоорганизованных материалов и структур типа жидкого кристалла является легкость изменения их свойств [27]. Жидкокристаллические структуры часто встречаются в живой природе. Отметим также, что очень легко делаются полимерные блоксополимеры, в которых происходит самопроизвольное разделении фаз и образуется структура [28].
...
10.2. Биоподражающие интеллектуальные устройства
...
Жидкие кристаллы образуют целый ряд упорядоченных структур из относительно простых молекул, причем возможны переходы от одного типа структуры к другой (рис. 10.15) в ответ на изменение внешних условий (например, концентрации соли, температуры, рН среды и т.д.). Жидкие кристаллы удовлетворяют общему критерию, предъявляемому к биосистемам, а именно их действие достигается с минимальным расходом энергии. Например, энергия перехода из нематической жидкокристаллической структуры (в которой стерж-необразные молекулы ориентированы параллельно) в спиралевидную (в которой стержни расположены слоями, ориентированными под определенным углом друг к другу) при толщине слоев 1 мкм в 105 раз меньше, чем энергия перехода в нематическое состояние из неупорядоченной системы. Образование нематической структуры с энергетической точки зрения часто более выгодно, если молекулы ориентируются перпендикулярно поверхности подложки. В биологии с энергетической точки зрения самоупоряченные системы более выгодны по сравнению с материалами, которые не имеют собственного порядка, и поэтому нуждаются в ферментативном управлении и подводе энергии. Как следствие, жидкокристаллические структуры в биологии распространены чрезвычайно широко. Некоторой проблемой является неисследованность механизмов их появления в биосистемах. Клетка стремится образовать жидкокристаллическую морфологическую структуру, внутренним свойством которой является ее стабильность. Технические жидкокристаллические материалы имеют особые оптические (например, цвет или двулучепреломление), а также диэлектрические и механические свойства (реологические или упругие) и т.д.
...
Схожесть жидкокристаллических структур и кутикулы насекомого впервые заметили зоолог Чарльз Невилл и химик Конмар Робинсон в 1967 году [29]. В частности, похожи их оптические свойства. В кутикуле продольные и спиралевидные волокнистые структуры обладают двулу-чепреломлением подобно жидкокристаллическим нематикам. Различие состоит в том, что в жидком кристалле структура определяется молекулярным уровнем, а в кутикуле насекомого - субмикроуровнем. Разница масштабных уровней составляет по крайней мере два десятичных порядка величины.
...
Некоторые насекомые могут обратимо изменять содержание воды в кутикуле, в результате чего изменяется ее модуль упругости. Кровососущий клоп rhodnius
...
Жидкие кристаллы образуют целый ряд упорядоченных структур из относительно простых молекул, причем возможны переходы от одного типа структуры к другой (рис. 10.15) в ответ на изменение внешних условий (например, концентрации соли, температуры, рН среды и т.д.). Жидкие кристаллы удовлетворяют общему критерию, предъявляемому к биосистемам, а именно их действие достигается с минимальным расходом энергии. Например, энергия перехода из нематической жидкокристаллической структуры (в которой стерж-необразные молекулы ориентированы параллельно) в спиралевидную (в которой стержни расположены слоями, ориентированными под определенным углом друг к другу) при толщине слоев 1 мкм в 105 раз меньше, чем энергия перехода в нематическое состояние из неупорядоченной системы. Образование нематической структуры с энергетической точки зрения часто более выгодно, если молекулы ориентируются перпендикулярно поверхности подложки. В биологии с энергетической точки зрения самоупоряченные системы более выгодны по сравнению с материалами, которые не имеют собственного порядка, и поэтому нуждаются в ферментативном управлении и подводе энергии. Как следствие, жидкокристаллические структуры в биологии распространены чрезвычайно широко. Некоторой проблемой является неисследованность механизмов их появления в биосистемах. Клетка стремится образовать жидкокристаллическую морфологическую структуру, внутренним свойством которой является ее стабильность. Технические жидкокристаллические материалы имеют особые оптические (например, цвет или двулучепреломление), а также диэлектрические и механические свойства (реологические или упругие) и т.д.
...
Схожесть жидкокристаллических структур и кутикулы насекомого впервые заметили зоолог Чарльз Невилл и химик Конмар Робинсон в 1967 году [29]. В частности, похожи их оптические свойства. В кутикуле продольные и спиралевидные волокнистые структуры обладают двулу-чепреломлением подобно жидкокристаллическим нематикам. Различие состоит в том, что в жидком кристалле структура определяется молекулярным уровнем, а в кутикуле насекомого - субмикроуровнем. Разница масштабных уровней составляет по крайней мере два десятичных порядка величины.
...
Некоторые насекомые могут обратимо изменять содержание воды в кутикуле, в результате чего изменяется ее модуль упругости. Кровососущий клоп rhodnius
...
Жидкие кристаллы образуют целый ряд упорядоченных структур из относительно простых молекул, причем возможны переходы от одного типа структуры к другой (рис. 10.15) в ответ на изменение внешних условий (например, концентрации соли, температуры, рН среды и т.д.). Жидкие кристаллы удовлетворяют общему критерию, предъявляемому к биосистемам, а именно их действие достигается с минимальным расходом энергии. Например, энергия перехода из нематической жидкокристаллической структуры (в которой стерж-необразные молекулы ориентированы параллельно) в спиралевидную (в которой стержни расположены слоями, ориентированными под определенным углом друг к другу) при толщине слоев 1 мкм в 105 раз меньше, чем энергия перехода в нематическое состояние из неупорядоченной системы. Образование нематической структуры с энергетической точки зрения часто более выгодно, если молекулы ориентируются перпендикулярно поверхности подложки. В биологии с энергетической точки зрения самоупоряченные системы более выгодны по сравнению с материалами, которые не имеют собственного порядка, и поэтому нуждаются в ферментативном управлении и подводе энергии. Как следствие, жидкокристаллические структуры в биологии распространены чрезвычайно широко. Некоторой проблемой является неисследованность механизмов их появления в биосистемах. Клетка стремится образовать жидкокристаллическую морфологическую структуру, внутренним свойством которой является ее стабильность. Технические жидкокристаллические материалы имеют особые оптические (например, цвет или двулучепреломление), а также диэлектрические и механические свойства (реологические или упругие) и т.д.
...
Схожесть жидкокристаллических структур и кутикулы насекомого впервые заметили зоолог Чарльз Невилл и химик Конмар Робинсон в 1967 году [29]. В частности, похожи их оптические свойства. В кутикуле продольные и спиралевидные волокнистые структуры обладают двулу-чепреломлением подобно жидкокристаллическим нематикам. Различие состоит в том, что в жидком кристалле структура определяется молекулярным уровнем, а в кутикуле насекомого - субмикроуровнем. Разница масштабных уровней составляет по крайней мере два десятичных порядка величины.
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Попытки использовать пластификаторы для изменения формы интеллектуальных устройств пока не предпринимались. Однако легкое изменение формы может быть большим преимуществом. В природе таким образом развивается защитная оболочка яиц акулы [33] и вытягиваются волокна шелкопряда [34]. Одновременно возникают и другие случаи, когда структура должна быть устойчива для несения или создания нагрузки. В этом случае ее форма фиксируется поперечными сшивками материала [35].
...
Морфология жидких кристаллов может изменяться в результате изменения концентрации, температуры, содержания солей, рН системы и т.д. Так как регулярно упакованный жидкий кристалл имеет более высокую плотность и меньшую энергию, чем неупорядоченная жидкость, увеличение давления и снижение температуры способствуют переходу в жидкокристаллическое состояние. Белок защитной оболочки яйца богомола имеет спиралеобразную структуру, если рН среды выше 5, и изотропную, если ниже. Как было убедительно показано, коллаген оболочки яйца акулы имеет жидкокристаллическую структуру [34], однако при изменении солености окружающей воды он изменяет структуру упаковки. Таким образом, имеется множество способов изменения жидкокристаллической структуры. Эти изменения можно использовать для получения информации о состоянии окружающей среды, что является основой создания датчиков. Опрос датчика удобно проводить при помощи поляризованного света методом удаленного контроля. По типу образовавшейся морфологии можно также судить об условиях ее формирования.
...
Биологические системы представляют интерес для создания интеллектуальных структур и робототехники. Поэтому естественно обратиться к природе, чтобы выяснить, как можно использовать приобретенный ею опыт для создания искусственных сенсорных систем. Природа может служить подсказкой не только при создании новых материалов и структур, но и при разработке технологий производства, а также методов их разумного использования.
...
Природные системы самоорганизованы на различных масштабных уровнях. На молекулярном и микроструктурном уровнях это обусловлено жидкокристаллической структурой материала. Но на макроуровне это почти наверняка управляется совокупностью свойств различных элементов конструкции. Это может быть неудобно для инженера (который должен быть уверен, что структура будет надежно нести расчетные нагрузки) и тем более для пользователя (который должен быть уверен в надежности структуры и не знает, кому предъявить судебный иск, если она разрушится!). Вероятно, саморазвиваю-
...
Попытки использовать пластификаторы для изменения формы интеллектуальных устройств пока не предпринимались. Однако легкое изменение формы может быть большим преимуществом. В природе таким образом развивается защитная оболочка яиц акулы [33] и вытягиваются волокна шелкопряда [34]. Одновременно возникают и другие случаи, когда структура должна быть устойчива для несения или создания нагрузки. В этом случае ее форма фиксируется поперечными сшивками материала [35].
...
Морфология жидких кристаллов может изменяться в результате изменения концентрации, температуры, содержания солей, рН системы и т.д. Так как регулярно упакованный жидкий кристалл имеет более высокую плотность и меньшую энергию, чем неупорядоченная жидкость, увеличение давления и снижение температуры способствуют переходу в жидкокристаллическое состояние. Белок защитной оболочки яйца богомола имеет спиралеобразную структуру, если рН среды выше 5, и изотропную, если ниже. Как было убедительно показано, коллаген оболочки яйца акулы имеет жидкокристаллическую структуру [34], однако при изменении солености окружающей воды он изменяет структуру упаковки. Таким образом, имеется множество способов изменения жидкокристаллической структуры. Эти изменения можно использовать для получения информации о состоянии окружающей среды, что является основой создания датчиков. Опрос датчика удобно проводить при помощи поляризованного света методом удаленного контроля. По типу образовавшейся морфологии можно также судить об условиях ее формирования.
...
Биологические системы представляют интерес для создания интеллектуальных структур и робототехники. Поэтому естественно обратиться к природе, чтобы выяснить, как можно использовать приобретенный ею опыт для создания искусственных сенсорных систем. Природа может служить подсказкой не только при создании новых материалов и структур, но и при разработке технологий производства, а также методов их разумного использования.
...
Природные системы самоорганизованы на различных масштабных уровнях. На молекулярном и микроструктурном уровнях это обусловлено жидкокристаллической структурой материала. Но на макроуровне это почти наверняка управляется совокупностью свойств различных элементов конструкции. Это может быть неудобно для инженера (который должен быть уверен, что структура будет надежно нести расчетные нагрузки) и тем более для пользователя (который должен быть уверен в надежности структуры и не знает, кому предъявить судебный иск, если она разрушится!). Вероятно, саморазвиваю-
...
щиеся структуры появится в космосе, где дороговизна полезного груза, отсутствие гравитационных сил и низкая потребность в питательных веществах для поддержания жизни делают такой выбор очень привлекательным. Однако на этом пути остаются проблемы. Например, проблема повторного использования самоощущающих и самовосстанавливающихся структур.
...
Глава 10. Интеллектуальные структуры в природе
...
Компьютерная верстка - В.В. Павлова Корректор - О.Ч. Кохановская Дизайн книжных серий - СЮ. Биричев Ответственный за выпуск - Л.Ф. Соловейчик
...
Диапозитивы изготовлены ООО «Европолиграфик» Отпечатано в ООО «Чебоксарская типография № 1», 428019, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 15
...

Наплавка и напыление
Термическая обработка сплавов: Справочник
Цветные металлы и сплавы: Справочник
Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение
Индукционная наплавка твердых сплавов
Ультразвуковая дефектоскопия: Справ. пособие
Процессы цементации в цветной металлургии

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение