Prečo sa objavil vedecký smer bioniky. Bionika: Príroda vie najlepšie

26.10.2021 | Platová karta

Bionika je veda, ktorá študuje živú prírodu s cieľom využiť získané poznatky v praktickej činnosti človeka. Problémy bioniky: štúdium zákonitostí stavby a funkcie jednotlivých častí živých organizmov (nervový systém, analyzátory, krídla, koža) s cieľom vytvoriť na tomto základe nový typ počítačov, lokátorov, lietajúcich, plaveckých zariadení atď. .; štúdium bioenergie na vytvorenie ekonomických motorov, ako sú svaly; štúdium procesov biosyntézy látok s cieľom rozvoja zodpovedajúcich odvetví chémie. Bionika úzko súvisí s technickými (elektronika, komunikácie, námorné záležitosti atď.) a prírodovednými (medicína) disciplínami, ako aj s kybernetikou (pozri).

Bionika (anglicky bionics, od bion - živá bytosť, organizmus; grécky Bioo - žijem) je veda, ktorá študuje divokú prírodu s cieľom využiť získané poznatky v praktickej činnosti človeka.

Pojem bionika sa prvýkrát objavil v roku 1960, keď odborníci rôznych profilov, zhromaždení na sympóziu v Daytone (USA), predložili slogan: "Živé prototypy sú kľúčom k novej technológii." Bionika bola akýmsi mostom spájajúcim biológiu s matematikou, fyzikou, chémiou a technikou. Jedným z najdôležitejších cieľov bioniky je vytvoriť analógie medzi fyzikálno-chemickými a informačnými procesmi vyskytujúcimi sa v technike a zodpovedajúcimi procesmi v živej prírode. Špecialistu na bioniku priťahuje všetka rozmanitosť „technických nápadov“, ktoré živá príroda vyvinula počas mnohých miliónov rokov evolúcie. Osobitné miesto medzi úlohami bioniky má vývoj a návrh riadiacich a komunikačných systémov založených na využití poznatkov z biológie. Toto je bionika v užšom zmysle slova. Bionika má veľký význam pre kybernetiku, rádioelektroniku, letectvo, biológiu, medicínu, chémiu, materiálové vedy, stavebníctvo a architektúru atď. Bionika učí umeniu racionálneho kopírovania živej prírody, hľadaniu technických podmienok na účelné využitie biologických objektov, procesov a javov.

Jedným z možných spôsobov je tu funkčné (matematické, resp. softvérové) modelovanie, ktoré spočíva v štúdiu štruktúrneho diagramu procesu, funkcií objektu, číselných charakteristík týchto funkcií, ich účelu a zmien v čase. Tento prístup umožňuje študovať proces záujmu matematickými prostriedkami a implementovať technickú implementáciu modelu, keď je v zásade stanovená jeho efektívnosť a zostáva preveriť ekonomické, energetické a iné možnosti konštrukcie takéhoto modelu s dostupné technické prostriedky. Existuje aj iný spôsob - fyzikálno-chemické modelovanie, keď odborník v oblasti bioniky študuje biochemické a biofyzikálne procesy s cieľom študovať princípy transformácie (vrátane rozkladu a syntézy) látok vyskytujúcich sa v živom organizme. Táto cesta najužšie súvisí s problémami chemického inžinierstva a otvára nové možnosti vo vývoji energetiky a chémie polymérov. Tretím prístupom, ktorý vyvinula bionika, je priame využitie živých systémov a biologických mechanizmov v technických systémoch. Tento prístup sa zvyčajne nazýva metóda inverzného modelovania, pretože v tomto prípade bionický špecialista hľadá možnosti a podmienky na prispôsobenie živých systémov na riešenie čisto inžinierskych problémov, inými slovami, snaží sa simulovať technické zariadenie alebo proces na biologickom objekte. Bionika, ktorá vznikla ako reakcia na požiadavky z praxe, slúžila ako začiatok výskumu založeného na aplikácii biologických poznatkov vo všetkých oblastiach techniky. Jeho hlavným výsledkom je vytvorenie prvých ciest pre neustále sa zvyšujúce technické zvládnutie biológie.

Bionika, ktorá sa objavila vo vedeckých kruhoch v druhej polovici dvadsiateho storočia? Bionika obsahuje vo svojom jadre materiály pozorovania prírodných prírodných systémov pre vytváranie moderných technológií na ich základe.

Slovo "bionika" v preklade z angličtiny znamená "poznanie živých organizmov". Jeho hlavnou úlohou (ako už bolo spomenuté vyššie) je identifikácia zákonitostí živej prírody a ich aplikácia v systéme ľudskej činnosti. Prvýkrát boli problémy bioniky, jej ciele a funkcie identifikované na Daytonskom sympóziu v USA. Potom, v roku 1960, bolo odvážne predložené vyhlásenie, že iba biologické mechanizmy môžu byť skutočnými prototypmi technického rozvoja.

Hlavné problémy a úlohy bioniky

Pozorovaním a štúdiom funkcií a charakteristík jednotlivých systémov a orgánov živých organizmov (napríklad nervovej sústavy, srdca alebo kože) využiť získané poznatky ako základ pre tvorbu najnovších technických výdobytkov: vozidiel, výpočtov a pod.
Štúdium bioenergetického potenciálu živých organizmov vytvárať na ich základe motory, ktoré môžu pôsobiť ako svaly, aby sa tým ušetrila energia.
Skúmanie procesov biochemickej syntézy pre rozvoj odvetví chémie na výrobu nových detergentov a liečiv.

Vzťah bioniky k iným oblastiam ľudského poznania

"Bionika je považovaná za prepojenie medzi mnohými technickými (elektronika, doprava, informačné technológie) a prírodnými vedami (medicína, biológia, chémia)."

Odborníci tvrdia, že zjednotenie súboru existujúcich poznatkov do určitej jednoty za účelom ich racionálneho praktického uplatnenia je pre moderný svet tým najpotrebnejším procesom. Bionika sa objavila, keď sa zvýšila špecializácia určitých odvetví poznania, čím sa veda zbavila životnej jednoty.

Bionika v biológii je teda nevyhnutnou zložkou, ktorá umožňuje aplikovať získané poznatky v ich kvalitatívnej kombinácii s matematikou, technológiou a chémiou. Vytváranie podobných väzieb medzi informáciami, technickými a prírodnými zdrojmi je neoddeliteľnou súčasťou bionického výskumu.

Ak je bionika vo svojom širokom ponímaní prostriedkom na „vypožičanie“ geniálnych myšlienok z prírody pre najnovší vedecký vývoj, tak v užšom zmysle môžeme o tejto vede hovoriť ako o najužšom spojení biológie s letectvom, kybernetikou, náukou o materiáloch, konštrukciou, náukou o materiáloch a stavebníctve. obchod, medicína, chémia, architektúra a dokonca aj umenie. Bionický špecialista musí mať nadmerné pozorovanie, ako aj analytické myslenie, aby mohol primerane porovnať existujúci a novoobnovený materiál prostredníctvom evolúcie a technických schopností, ktoré poskytuje vývoj ľudstva.

V pokračovaní rozhovoru o úzkom význame bioniky môžeme hovoriť o takej úlohe, ako je vývoj najnovších metód ťažby prírodných zdrojov a minerálov na ich využitie vo výrobe.

Napriek tomu, že bionika je veda o tom, ako lepšie a efektívnejšie využiť to, čo nám príroda dáva, jednou z jej základných funkcií je ochrana prírodného materiálu ako nevyčerpateľného zdroja zdrojov a nápadov pre neustály pokrok spoločnosti. Na to používajú bionici tri hlavné prístupy.

Funkčný matematický programový prístup (štúdium schémy prebiehajúceho procesu, jeho štruktúry, vzniku a výsledkov). Tento prístup umožňuje zostaviť nový model pomocou existujúcich nástrojov.
Fyzikálnochemický prístup (štúdium biochemických procesov). Tento prístup poskytuje výskumníkom schopnosť syntetizovať nové látky pomocou študovaných mechanizmov.
Priama aplikácia biologických systémov na štruktúru technológie, nazývaná inverzné modelovanie. Ak v predchádzajúcich prístupoch išlo o využitie biologického materiálu na tvorbu nových technických prostriedkov, tak tu môžeme hovoriť o riešení problémov a technických problémov hľadaním odpovedí a potrebných zdrojov v biologickom prostredí.

Na otázku, čo študuje veda o bionike, je teda najlepšie odpovedať nasledujúcim spôsobom. Bionika je hľadanie ciest, prostriedkov a možností prepojenia biologických aspektov existencie a technologického pokroku s cieľom zvýšiť vedecký pokrok a zároveň zachovať existujúce prírodné zdroje.

Slogan bioniky: "Príroda vie najlepšie." Čo je to za vedu? Už samotný názov a toto motto nám dáva pochopiť, že bionika je spojená s prírodou. Mnohí z nás sa denne stretávajú s prvkami a výsledkami vedy o bionike bez toho, aby o tom vedeli.

Počuli ste už o bionike?

Biológia je populárny poznatok, s ktorým sa oboznamujeme v škole. Z nejakého dôvodu mnohí veria, že bionika je jednou z podsekcií biológie. V skutočnosti toto tvrdenie nie je úplne presné. V užšom zmysle slova je bionika veda, ktorá študuje živé organizmy. Ale častejšie sme zvyknutí spájať s týmto učením niečo iné. Aplikovaná bionika je veda, ktorá spája biológiu a technológiu.

Predmet a objekt bionického výskumu

Čo študuje bionika? Na zodpovedanie tejto otázky je potrebné zvážiť štrukturálne členenie samotného vyučovania.

Biologická bionika skúma prírodu takú, aká je, bez pokusu o zasahovanie. Predmetom jej štúdia sú procesy prebiehajúce vo vnútri

Teoretická bionika sa zaoberá štúdiom tých princípov, ktoré boli zaznamenané v prírode, a na ich základe vytvára teoretický model, ktorý sa ďalej uplatňuje v technike.

Praktická (technická) bionika je aplikácia teoretických modelov v praxi. Takpovediac praktické uvedenie prírody do technického sveta.

Kde sa to všetko začalo?

Otec bioniky sa volá veľký Leonardo da Vinci. V záznamoch tohto génia možno nájsť prvé pokusy o technické stelesnenie prírodných mechanizmov. Da Vinciho kresby ilustrujú jeho túžbu vytvoriť lietadlo, ktoré dokáže pohybovať krídlami ako vták počas letu. Kedysi boli takéto nápady príliš odvážne, aby sa stali žiadanými. Prinútili vás upútať pozornosť oveľa neskôr.

Prvý, kto uplatnil princípy bioniky v architektúre, bol Antoni Gaudí y Cournet. Jeho meno je pevne zapísané v histórii tejto vedy. Architektonické stavby navrhnuté veľkým Gaudím boli pôsobivé v čase ich výstavby a o mnoho rokov neskôr spôsobujú rovnakú radosť medzi modernými pozorovateľmi.

Ďalším, ktorý podporil myšlienku symbiózy prírody a technológie, bol Pod jeho vedením sa začalo rozsiahle uplatňovanie bionických princípov pri navrhovaní budov.

K schváleniu bioniky ako samostatnej vedy došlo až v roku 1960 na vedeckom sympóziu v Daytone.

Rozvoj výpočtovej techniky a matematického modelovania umožňuje moderným architektom oveľa rýchlejšie a s väčšou presnosťou stelesniť stopy prírody v architektúre a iných odvetviach.

Prirodzené prototypy technických vynálezov

Najjednoduchším príkladom vedy o bionike je vynález pántov. Každý pozná držiak, založený na princípe otáčania jednej časti konštrukcie okolo druhej. Tento princíp využívajú mušle na ovládanie svojich dvoch dverí a v prípade potreby ich otváranie alebo zatváranie. Tichomorské obrovské srdcové laloky dosahujú veľkosť 15-20 cm.Princíp závesu v spojení ich schránok je jasne viditeľný voľným okom. Malí predstavitelia tohto druhu používajú rovnaký spôsob upevnenia ventilov.

V každodennom živote často používame rôzne pinzety. Prirodzeným analógom takéhoto zariadenia je ostrý a kliešťovitý zobák vretena. Tieto vtáky používajú tenký zobák, zapichujú ho do mäkkej pôdy a vyťahujú malé chrobáky, červy atď.

Mnohé moderné prístroje a zariadenia sú vybavené prísavkami. Používajú sa napríklad na zlepšenie dizajnu nôh rôznych kuchynských pomôcok, aby sa zabránilo pošmyknutiu počas prevádzky. Prísavky sa tiež používajú na vybavenie špeciálnej obuvi pre čističe okien vo výškových budovách, aby sa zabezpečila ich bezpečná fixácia. Toto jednoduché zariadenie je tiež požičané z prírody. Rosnička, ktorá má na nohách prísavky, je neobyčajne obratná na hladkých a klzkých listoch rastlín a chobotnice ich potrebuje na blízky kontakt s korisťou.

Takýchto príkladov sa dá nájsť veľa. Bionika je práve veda, ktorá pomáha človeku preberať technické riešenia pre svoje vynálezy od prírody.

Kto je prvý - príroda alebo ľudia?

Niekedy sa stane, že ten či onen vynález ľudstva má už dávno „patentovaný“ prírodou. To znamená, že vynálezcovia, ktorí niečo vytvárajú, nekopírujú, ale prichádzajú s technológiou alebo princípom fungovania sami, a neskôr sa ukáže, že v prírodnej prírode to už dávno existuje a dalo by sa to jednoducho špehovať a adoptovať.

Stalo sa to s bežným suchým zipsom, ktorý ľudia používajú na zapínanie oblečenia. Je dokázané, že háčiky sa používajú aj na vzájomné prichytenie tenkých protihrotov, podobných tým, ktoré nájdeme na suchom zipse.

V štruktúre továrenských rúr existuje analógia s dutými stonkami obilnín. Pozdĺžna výstuž použitá v rúrach je podobná sklerenchymálnym prameňom v stonke. Oceľové krúžky tuhosti - internódiá. Tenká koža na vonkajšej strane stonky je analógom špirálovej výstuže v štruktúre rúr. Napriek kolosálnej podobnosti štruktúry vedci nezávisle vynašli práve takúto metódu výstavby továrenských komínov a až neskôr videli identitu takejto štruktúry s prírodnými prvkami.

Bionika a medicína

Využitie bioniky v medicíne umožňuje zachrániť životy mnohých pacientov. Bez zastavenia sa pracuje na vytvorení umelých orgánov, ktoré dokážu fungovať v symbióze s ľudským telom.

Prvý mal to šťastie otestovať Dána Dennisa Aaba. Prišiel o polovicu ruky, no teraz má pomocou vynálezu lekárov schopnosť vnímať predmety hmatom. Jeho protéza je spojená s nervovými zakončeniami postihnutej končatiny. Umelé snímače prstov sú schopné zbierať informácie o dotyku predmetov a prenášať ich do mozgu. Dizajn ešte nie je dokončený, je veľmi objemný, čo sťažuje jeho používanie v bežnom živote, no už teraz môžeme túto technológiu označiť za skutočný objav.

Celý výskum v tomto smere je úplne založený na kopírovaní prírodných procesov a mechanizmov a ich technickej výkonnosti. Toto je lekárska bionika. Recenzie vedcov hovoria, že čoskoro ich práca umožní zmeniť opotrebované živé ľudské orgány a namiesto nich použiť mechanické prototypy. Toto bude skutočne najväčší medicínsky prielom.

Bionika v architektúre

Architektonická a stavebná bionika je špeciálnym odvetvím bioniky, ktorej úlohou je organické znovuzjednotenie architektúry a prírody. V poslednej dobe sa pri navrhovaní moderných štruktúr čoraz častejšie obracajú na bionické princípy požičané od živých organizmov.

Dnes sa architektonická bionika stala samostatným architektonickým štýlom. Zrodilo sa z jednoduchého kopírovania formulárov a teraz sa úlohou tejto vedy stalo osvojiť si princípy, organizačné prvky a technicky ich realizovať.

Niekedy sa tento architektonický štýl nazýva eko-štýl. Je to preto, že základné pravidlá bioniky sú:

hľadať optimálne riešenia;
princíp šetrenia materiálov;
zásada maximálnej šetrnosti k životnému prostrediu;
princíp úspory energie.

Ako vidíte, bionika v architektúre nie sú len pôsobivé formy, ale aj progresívne technológie, ktoré umožňujú vytvoriť štruktúru, ktorá spĺňa moderné požiadavky.

Charakteristika architektonických bionických štruktúr

Na základe doterajších skúseností v architektúre a stavebníctve môžeme povedať, že všetky ľudské stavby sú krehké a majú krátku životnosť, ak nevyužívajú zákony prírody. Bionické budovy sú okrem úžasných foriem a odvážnych architektonických riešení odolné, schopné odolávať nepriaznivým prírodným javom a katastrofám.

V exteriéri budov postavených v tomto štýle vidieť prvky reliéfov, tvarov, kontúr, umne skopírované dizajnérmi od živých, prírodných objektov a majstrovsky stelesnené architektmi-staviteľmi.

Ak sa vám zrazu pri uvažovaní nad architektonickým objektom zdá, že sa pozeráte na umelecké dielo, s najväčšou pravdepodobnosťou máte pred sebou budovu v bionickom štýle. Príklady takýchto štruktúr možno vidieť takmer vo všetkých hlavných mestách krajín a veľkých technologicky vyspelých mestách sveta.

Výstavba nového tisícročia

Ešte v 90. rokoch vytvoril španielsky tím architektov projekt budovy založený na úplne novom koncepte. Ide o 300-poschodovú budovu, ktorej výška presiahne 1200 m. Pohyb po tejto veži sa má uskutočňovať pomocou štyroch stoviek vertikálnych a horizontálnych výťahov, ktorých rýchlosť je 15 m/s. Krajina, ktorá súhlasila so sponzorovaním tohto projektu, bola Čína. Na stavbu bolo vybrané najľudnatejšie mesto Šanghaj. Realizáciou projektu sa vyrieši demografický problém regiónu.

Veža bude mať plne bionickú štruktúru. Architekti veria, že iba to môže zabezpečiť pevnosť a odolnosť konštrukcie. Prototyp stavby je cyprus. Architektonická kompozícia bude mať nielen cylindrický tvar, podobný kmeňu stromu, ale aj „korene“ – nový typ bionického základu.

Vonkajší plášť budovy je plastový a priedušný materiál, ktorý imituje kôru stromu. Klimatizačný systém tohto vertikálneho mesta bude analogický s funkciou regulácie tepla pokožky.

Podľa prognóz vedcov a architektov takáto stavba nezostane jedinou svojho druhu. Po úspešnej implementácii sa počet bionických štruktúr v architektúre planéty bude len zvyšovať.

Bionické budovy okolo nás

V akých slávnych výtvoroch bola použitá veda o bionike? Príklady takýchto štruktúr sa dajú ľahko nájsť. Vezmime si napríklad proces vytvárania Eiffelovej veže. Dlho sa šuškalo, že tento 300-metrový symbol Francúzska postavili podľa nákresov neznámeho arabského inžiniera. Neskôr bola odhalená jeho úplná analógia so štruktúrou ľudskej holennej kosti.

Okrem Eiffelovej veže možno po celom svete nájsť mnoho príkladov bionických štruktúr:

bol vztýčený analogicky s lotosovým kvetom.
Pekinská národná opera - imitácia kvapky vody.
Plavecký komplex v Pekingu. Navonok opakuje kryštálovú štruktúru vodnej mriežky. Úžasné dizajnové riešenie spája užitočnú schopnosť konštrukcie akumulovať energiu slnka a následne ju využiť na napájanie všetkých elektrospotrebičov prevádzkovaných v budove.
Mrakodrap „Aqua“ vyzerá ako prúd padajúcej vody. Nachádza sa v Chicagu.
Dom zakladateľa architektonickej bioniky Antoniho Gaudího je jednou z prvých bionických stavieb. Dodnes si zachovalo svoju estetickú hodnotu a zostáva jedným z najobľúbenejších turistických miest v Barcelone.

Vedomosti, ktoré potrebuje každý

Stručne povedané, môžeme bezpečne povedať: všetko, čo študuje bionika, je relevantné a potrebné pre rozvoj modernej spoločnosti. Každý by sa mal zoznámiť s vedeckými princípmi bioniky. Bez tejto vedy si nemožno predstaviť technický pokrok v mnohých oblastiach ľudskej činnosti. Bionika je naša budúcnosť v úplnom súlade s prírodou.

Bionika (z gréckeho biōn - prvok života, doslova - život), veda na hranici medzi biológiou a technológiou, ktorá rieši inžinierske problémy na základe analýzy štruktúry a životnej činnosti organizmov. Biológia úzko súvisí s biológiou, fyzikou, chémiou, kybernetikou a inžinierstvom – elektronikou, navigáciou, komunikáciou, námornými záležitosťami a inými.

Myšlienka využitia vedomostí o voľne žijúcich živočíchoch na riešenie technických problémov patrí Leonardovi da Vincimu, ktorý sa pokúsil postaviť lietadlo s mávajúcimi krídlami, ako ornitoptéra u vtákov. Vznik kybernetiky, ktorá uvažuje o všeobecných princípoch riadenia a komunikácie v živých organizmoch a strojoch, sa stal podnetom pre širšie štúdium štruktúry a funkcií živých systémov s cieľom objasniť ich zhodu s technickými systémami, ako aj využitie. získané informácie o živých organizmoch na vytváranie nových zariadení, mechanizmov, materiálov atď. V roku 1960 sa v Daytone (USA) konalo prvé sympózium o biológii, ktoré oficiálne potvrdilo zrod novej vedy.

Hlavné oblasti práce v biológii zahŕňajú tieto problémy: štúdium nervového systému ľudí a zvierat a modelovanie nervových buniek — neurónov — a neurónových sietí pre ďalšie zlepšovanie výpočtovej techniky a vývoj nových prvkov a zariadení pre automatizácia a telemechanika (neurobinika); výskum zmyslových orgánov a iných systémov vnímania živých organizmov s cieľom vyvinúť nové senzory a detekčné systémy; štúdium zásad orientácie, polohy a navigácie u rôznych zvierat na využitie týchto zásad v technike; štúdium morfologických, fyziologických a biochemických charakteristík živých organizmov pre rozvoj nových technických a vedeckých myšlienok.

Štúdie nervového systému ukázali, že má množstvo dôležitých a cenných vlastností a výhod oproti všetkým najmodernejším výpočtovým zariadeniam. Tieto vlastnosti, ktorých štúdium je veľmi dôležité pre ďalšie zdokonaľovanie elektronických výpočtových systémov, sú nasledovné: 1) Veľmi dokonalé a flexibilné vnímanie vonkajších informácií bez ohľadu na formu, v akej prichádzajú (napríklad z rukopisu, písmo, farba textu, kresby, zafarbenie atď. iné vlastnosti hlasu atď.). 2) Vysoká spoľahlivosť, ktorá výrazne prevyšuje spoľahlivosť technických systémov (tieto zlyhajú, keď sa jedna alebo viac častí v reťazci zlomí; keď z miliárd nervových buniek, ktoré tvoria mozog, odumrú milióny nervových buniek, systém zostane funkčný). 3) Zdrobnenosť prvkov nervovej sústavy: pri počte prvkov 1010-1011 je objem ľudského mozgu 1,5 dm3. Tranzistorové zariadenie s rovnakým počtom prvkov by zaberalo objem niekoľko stoviek, ba až tisícov m3. 4) Efektívnosť práce: spotreba energie ľudským mozgom nepresahuje niekoľko desiatok wattov. 5) Vysoký stupeň sebaorganizácie nervového systému, rýchle prispôsobenie sa novým situáciám, zmenám v programoch činnosti.

Pokusy o simuláciu nervového systému ľudí a zvierat začali konštrukciou analógov neurónov a ich sietí. Boli vyvinuté rôzne typy umelých neurónov (obr. 1). Boli vytvorené umelé „neurónové siete“, schopné samoorganizácie, teda návratu do stabilných stavov, keď sú vyvedené z rovnováhy. Štúdium pamäte a iných vlastností nervového systému je hlavným spôsobom vytvárania „mysliacich“ strojov na automatizáciu zložitých výrobných a riadiacich procesov. Štúdium mechanizmov, ktoré zabezpečujú spoľahlivosť nervového systému, je pre techniku veľmi dôležité, pretože vyriešenie tohto primárneho technického problému poskytne kľúč k zabezpečeniu spoľahlivosti množstva technických systémov (napríklad vybavenia lietadla obsahujúceho 105 elektronických prvkov).

Výskum systémov analyzátorov. Každý analyzátor zvierat a ľudí, vnímajúci rôzne podnety (svetlo, zvuk atď.), pozostáva z receptora (alebo zmyslového orgánu), dráh a mozgového centra. Ide o veľmi zložité a citlivé útvary, ktoré nemajú medzi technickými zariadeniami obdobu. Miniatúrne a spoľahlivé senzory, ktoré nie sú podradné v citlivosti, napríklad oko, ktoré reaguje na jednotlivé kvantá svetla, teplotne citlivý orgán štrkáča, ktorý rozlišuje zmeny teploty o 0,001 °C, alebo elektrický orgán rýb, ktorý sníma potenciál v zlomkoch mikrovoltu, by mohol výrazne urýchliť rýchlosť technického pokroku a výskumu.

Cez najdôležitejší analyzátor – vizuálny – sa väčšina informácií dostáva do ľudského mozgu. Z technického hľadiska sú zaujímavé nasledujúce vlastnosti vizuálneho analyzátora: široký rozsah citlivosti - od jednotlivých kvánt až po intenzívne svetelné toky; zmena jasnosti videnia od stredu k periférii; nepretržité sledovanie pohybujúcich sa objektov; prispôsobenie sa statickému obrazu (pre pozorovanie nehybného predmetu oko robí malé oscilačné pohyby s frekvenciou 1-150 Hz). Na technické účely je zaujímavý vývoj umelej sietnice. (Sietnica je veľmi zložitý útvar, napr. ľudské oko má 108 fotoreceptorov, ktoré sú spojené s mozgom pomocou 106 gangliových buniek.) Jeden z variantov umelej sietnice (podobne ako sietnica oka žaby) pozostáva z 3 vrstiev: prvá obsahuje 1800 fotoreceptorových buniek, druhá - "neuróny", ktoré vnímajú pozitívne a inhibičné signály z fotoreceptorov a určujú kontrast obrazu; tretia vrstva obsahuje 650 "buniek" piatich rôznych typov. Tieto štúdie umožňujú vytvárať sledovacie zariadenia na automatické rozpoznávanie. Štúdium pocitu hĺbky priestoru pri videní jedným okom (monokulárne videnie) umožnilo vytvoriť determinant hĺbky priestoru pre analýzu leteckých snímok.

Pracuje sa na napodobňovaní sluchového analyzátora ľudí a zvierat. Tento analyzátor je tiež veľmi citlivý - ľudia s akútnym sluchom vnímajú zvuk pri kolísaní tlaku vo zvukovode asi 10 mikrónov / m2 (0,0001 dyna / cm2). Technicky zaujímavé je aj štúdium mechanizmu prenosu informácií z ucha do sluchovej oblasti mozgu. Študujú čuchové orgány zvierat, aby vytvorili „umelý nos“ – elektronické zariadenie na analýzu malých koncentrácií pachových látok vo vzduchu alebo vo vode [niektoré ryby cítia koncentráciu látky niekoľko mg/m3 (μg/ l)]. Mnohé organizmy majú analytické systémy, ktoré ľudia nemajú. Napríklad kobylka na 12. segmente antén má tuberkulózu, ktorá sníma infračervené žiarenie, žraloky a raje majú kanály na hlave a v prednej časti tela, ktoré snímajú zmeny teploty o 0,1 ° C. Slimáky a mravce sú citlivé na rádioaktívne žiarenie. Ryby zjavne vnímajú bludné prúdy spôsobené elektrifikáciou vzduchu (svedčí o tom odchod rýb do hĺbky pred búrkou). Komáre sa pohybujú po uzavretých cestách v rámci umelého magnetického poľa. Niektoré zvieratá vedia dobre vnímať infra- a ultrazvukové vibrácie. Niektoré medúzy reagujú na infrazvukové vibrácie, ktoré sa vyskytujú pred búrkou. Netopiere vyžarujú ultrazvukové vibrácie v rozsahu 45-90 kHz, zatiaľ čo nočné motýle, ktorými sa živia, majú orgány citlivé na tieto vlny. Sovy majú aj „ultrazvukový prijímač“ na detekciu netopierov.

Pravdepodobne sľubné je zariadenie nielen technických analógov zmyslových orgánov zvierat, ale aj technických systémov s biologicky citlivými prvkami (napríklad oči včely - na detekciu ultrafialových lúčov a oči švábov - na detekciu infračervených lúčov) .

Veľký význam v technickom prevedení majú tzv. perceptróny sú „samoučiace sa“ systémy, ktoré vykonávajú logické funkcie identifikácie a klasifikácie. Zodpovedajú mozgovým centrám, kde sa spracovávajú prijaté informácie. Väčšina štúdií sa venuje rozpoznávaniu vizuálnych, zvukových alebo iných obrazov, teda vytváraniu signálu alebo kódu, ktorý jednoznačne zodpovedá objektu. Rozpoznávanie by sa malo vykonávať bez ohľadu na zmeny v obraze (napríklad jeho jas, farba atď.) pri zachovaní jeho základnej hodnoty. Takéto samoorganizujúce sa kognitívne zariadenia fungujú bez predchádzajúceho programovania s postupným školením ľudským operátorom; prezentuje obrazy, signalizuje chyby, posilňuje správne reakcie. Vstupným zariadením perceptrónu je jeho vnímacie, receptorové pole; pri rozpoznávaní zrakových predmetov je to súbor fotobuniek.

Po období „učenia“ sa perceptrón môže samostatne rozhodovať. Na základe perceptrónov sa vytvárajú zariadenia na čítanie a rozpoznávanie textu, kresieb, analýzu oscilogramov, röntgenových difrakčných obrazcov atď.

Štúdium systémov detekcie, navigácie a orientácie u vtákov, rýb a iných zvierat je tiež jednou z dôležitých úloh B. miniatúrne a presné systémy na vnímanie a analýzu, ktoré pomáhajú zvieratám navigovať, nájsť korisť, migrovať tisíce kilometrov (pozri Migrácia zvierat), môžu pomôcť zlepšiť nástroje používané v letectve, námorných záležitostiach atď. Ultrazvuková lokalizácia sa našla u netopierov, mnohých morských živočíchov (ryby, delfíny). Je známe, že morské korytnačky plávajú do mora niekoľko tisíc km a vždy sa vracajú, aby nakladali vajíčka na to isté miesto na brehu. Predpokladá sa, že majú dva systémy: orientáciu na dlhú vzdialenosť podľa hviezd a orientáciu na krátku vzdialenosť podľa pachu (chémia pobrežných vôd). Samček motýľa pávieho hľadá samičku na vzdialenosť až 10 km. Včely a osy sa dobre orientujú podľa slnka. Štúdium týchto mnohých a rôznorodých detekčných systémov má technológii čo ponúknuť.

Štúdium morfologických znakov živých organizmov tiež poskytuje nové nápady pre technický dizajn. Štúdium štruktúry kože vysokorýchlostných vodných živočíchov (napríklad koža delfína nie je zmáčaná a má elasticko-elastickú štruktúru, ktorá zabezpečuje elimináciu turbulentných vírov a kĺzania s minimálnym odporom) umožnilo zvýšiť rýchlosť lodí. Bola vytvorená špeciálna koža - umelá koža "laminflo" (obr. 2), ktorá umožnila zvýšiť rýchlosť námorných plavidiel o 15-20%. Hmyz dvojkrídlovcov má prívesky - ohlávky, ktoré nepretržite vibrujú spolu s krídlami. Pri zmene smeru letu sa smer pohybu ohlávky nemení, stopka spájajúca ich s telom sa natiahne a hmyz dostane signál na zmenu smeru letu. Na tomto princípe je zostrojený zirotron (obr. 3) - vidlicový vibrátor, ktorý zabezpečuje vysokú stabilizáciu smeru letu lietadla pri vysokých rýchlostiach. Lietadlo s pásom môže byť automaticky vyradené z vývrtky. Let hmyzu je sprevádzaný nízkou spotrebou energie. Jedným z dôvodov je špeciálna forma pohybu krídla, ktorá vyzerá ako osmička.

Veterné mlyny s pohyblivými lopatkami vyvinuté na tomto princípe sú veľmi ekonomické a môžu pracovať pri nízkych rýchlostiach vetra. Nové princípy letu, bezkolesový pohyb, konštrukcia ložísk, rôzne manipulátory atď. sú vyvinuté na základe štúdia letu vtákov a hmyzu, pohybu skákajúcich zvierat, stavby kĺbov atď. Analýza štruktúry kosti, ktorá zabezpečuje jej väčšiu ľahkosť a zároveň pevnosť, môže otvoriť nové možnosti v stavebníctve atď.

Nová technológia založená na biochemických procesoch prebiehajúcich v organizmoch je v podstate tiež problémom B. V tomto smere má veľký význam štúdium procesov biosyntézy a bioenergie. energeticky biologické procesy (napríklad svalová kontrakcia) sú mimoriadne ekonomické. Súčasne s pokrokom techniky, ktorý je zabezpečený úspechom biológie, prospieva aj samotnej biológii, keďže pomáha aktívne chápať a modelovať určité biologické javy alebo štruktúry.

O aplikácii v technických zariadeniach a systémoch princípov organizácie, vlastností, funkcií a štruktúr živej prírody, teda foriem živých vecí v prírode a ich priemyselných analógov.

Rozlíšiť:

biologické bionika, ktorá študuje procesy prebiehajúce v biologických systémoch;
teoretické bionika, ktorá vytvára matematické modely týchto procesov;
technické bionika, ktorá aplikuje modely teoretickej bioniky na riešenie inžinierskych problémov.

pozri tiež

Literatúra

Modelovanie v biológii, prekl. z angličtiny, vyd. N. A. Bernshtein, M., 1963.
Parin V.V. a Baevsky R.M., Kybernetika v medicíne a fyziológii, M., 1963.
Problémy bioniky. So. čl., otv. vyd. M. G. Haase-Rapoport, M., 1967.
Marteka V., Bionika, prekl. z angličtiny, M., 1967.
Kraizmer L.P., Sochivko V.P., Bionika, 2. vydanie, M., 1968.
Braines S.N., Svechinský V.B., Problémy neurokybernetiky a neurobioniky, M., 1968.
Bibliografický register o bionike, M., 1965.
Ignatiev M. B. "Artonics" Článok v slovníkovej príručke "Systémová analýza a rozhodovanie" ed. Vysoká škola, M., 2004.
Muller, T., Biomimetika: National Geographic Rusko, máj 2008, s. 112-135.
Lakhmi C. Jain; N.M. Martin Fúzia neurónových sietí, fuzzy systémov a genetických algoritmov: priemyselné aplikácie. - CRC Press, CRC Press LLC, 1998
Emelyanov V.V., Kureichik V.V., Kureichik V.N. Teória a prax evolučného modelovania. - M: Fizmatlit, 2003.
Architektonická bionika. Upravil Yu. S. Lebedev.-M.: Stroyizdat, 1990.269 s.
G.V. Vasiľkov. Evolučná teória životného cyklu mechanických systémov. Teória štruktúr.-M. Vydavateľstvo LCI, 2008.320.

Poznámky (upraviť)

Odkazy

Nadácia Wikimedia. 2010.

Synonymá:

Schwartz, Alexander Ľvovič
Majstrovstvá ruských otvorených obchodných hier

Pozrite sa, čo je „Bionics“ v iných slovníkoch:

BIONIKA- [Slovník cudzích slov ruského jazyka

BIONIKA- [z bio ... a (elektronická) prezývka], veda, ktorá študuje živé organizmy s cieľom využiť výsledky poznávania mechanizmov ich fungovania pri konštrukcii strojov a tvorbe nových technických systémov. Napríklad bionické údaje získané pomocou ... ... Ekologický slovník

bionika- Etymológia. Pochádza z gréčtiny. bio život. Kategória. Vedecká disciplína. Špecifickosť. Štúdium princípov fungovania živých systémov pre ich využitie v oblasti inžinierskej praxe. Začala sa formovať v 60-tych rokoch. XX storočia Hlavná metóda ... ... Veľká psychologická encyklopédia

BIONIKA- BIONIKA, smer v biológii a kybernetike; študuje vlastnosti štruktúry a života organizmov s cieľom vytvoriť nové zariadenia, mechanizmy, systémy a zlepšiť existujúce. Vznikla v 2. polovici 20. storočia. Pre riešenia…… Moderná encyklopédia

BIONIKA- študuje vlastnosti štruktúry a života organizmov s cieľom vytvoriť nové zariadenia, mechanizmy, systémy a zlepšiť existujúce. Sľubné smery: štúdium nervového systému ľudí a zvierat, zmyslových orgánov, princípov ... ... Veľký encyklopedický slovník

Bionika- veda, ktorá sa začala formovať v 60. rokoch. XX storočia a štúdium princípov fungovania živých systémov metódou modelovania preniesť ich do oblasti inžinierskej praxe. Významné úspechy sa dosiahli najmä pri vývoji ... ... Psychologický slovník