Примери за биологично инженерство. Съвременни примери за бионика в архитектурата и интериорния дизайн. Аналози на естествени форми в медицината

Биониката е наука, която изучава дивата природа, за да използва получените знания в практическата човешка дейност. Проблеми на биониката: изследване на закономерностите на структурата и функцията на отделни части на живите организми (нервна система, анализатори, крила, кожа), за да се създаде на тази основа нов тип компютри, локатори, самолети, плувни апарати и др.; изучаването на биоенергетиката за създаване на икономични двигатели като мускул; изучаване на процесите на биосинтеза на веществата с цел развитие на съответните клонове на химията. Биониката е тясно свързана с техническите (електроника, комуникации, морско дело и др.) И естествените науки (медицина) дисциплини, както и с кибернетиката (виж).

Бионика (англ. bionics, от bion - живо същество, организъм; гръц. Bioo - живея) е наука, която изучава дивата природа с цел използване на получените знания в практическата човешка дейност.

Терминът бионика се появява за първи път през 1960 г., когато специалисти от различни области, които се събират на симпозиум в Дейтона (САЩ), излагат мотото: „Живите прототипи са ключът към новите технологии“. Биониката беше своеобразен мост, който свързваше биологията с математиката, физиката, химията и технологиите. Една от най-важните цели на биониката е да установи аналогии между физикохимичните и информационните процеси, срещани в технологиите, и съответните процеси в живата природа. Специалистът по бионика е привлечен от цялото разнообразие от "технически идеи", разработени от живата природа в продължение на много милиони години еволюция. Специално място сред задачите на биониката заема разработването и проектирането на системи за управление и комуникация, основаващи се на използването на знания от биологията. Това е бионика в тесния смисъл на думата. Биониката е от голямо значение за кибернетиката, радиоелектрониката, аеронавтиката, биологията, медицината, химията, материалознанието, строителството и архитектурата и др. Задачите на биониката включват също разработването на биологични методи за добив, технологии за производство на сложни вещества от органична химия, строителни материали и покрития, които използват дивата природа. Биониката учи изкуството за рационално копиране на живата природа, намиране на технически условия за подходящо използване на биологични обекти, процеси и явления.

Един от възможните начини тук е функционалното (математическо или софтуерно) моделиране, което се състои в изучаване на блоковата схема на процеса, функциите на обекта, числените характеристики на тези функции, тяхното предназначение и промени във времето. Този подход дава възможност да се изследва процесът, който ни интересува, с математически средства и да се извърши техническата реализация на модела, когато по принцип е установена неговата ефективност и остава да се проверят икономическите, енергийните и други възможности за изграждане на такъв модел с наличните технически средства. Има и друг начин - физико-химично моделиране, когато специалист в областта на биониката изучава биохимични и биофизични процеси, за да изучи принципите на трансформация (включително разлагане и синтез) на вещества, протичащи в живия организъм. Този път най-вече се присъединява към химичните и технологичните проблеми и открива нови възможности в развитието на енергетиката и химията на полимерите. Третият подход, разработен от биониката, е директното използване на живи системи и биологични механизми в техническите системи. Този подход обикновено се нарича метод на обратно моделиране, тъй като в този случай бионичен специалист търси възможностите и условията за адаптиране на живи системи за решаване на чисто инженерни проблеми, с други думи, той се опитва да симулира техническо устройство или процес върху биологичен обект. Възникнала в отговор на изискванията на практиката, биониката послужи като начало на изследвания, основани на прилагането на биологичните знания във всички области на технологията. Основният му резултат е създаването на първите пътища за все по-голямо техническо развитие на биологията.

Биониката в човешкия живот

Казват, че веднъж на век на Земята се ражда гений. Леонардо да Винчи беше такъв гений. Най-великият художник, скулптор, математик, инженер и анатом Леонардо да Винчи се стреми да намери истината, да я познае и опише.

„Взех природата за свой ментор, учител на всички учители.“

Защо този велик учен е взел природата за свой учител?

Животът в най-примитивната му форма е възникнал на Земята преди около 2 милиарда години. Милиони векове продължи безмилостен естествен подбор, в резултат на който оцеляха най-силните и най-съвършените. Заемете най-доброто от природата, за да дадете възможност първо на човека и предложи Леонардо да Винчи. През 1485 г. той създава механичен летателен апарат - орнитоптел, чийто принцип копира от птиците. И въпреки че тогава човек не успя да се научи как да лети, това постави основите на нова наука - биониката. Биониката е симбиоза от биология и технология.

Ако историята на Земята - 4,5 милиарда години - се представи като един ден, тогава се оказва, че разумен човек се е появил на планетата преди по-малко от минута. Минаха буквално части от секундата и той вече си представи, че е творец и вече може да твори не по-лошо от природата. Доскоро, когато измислят нещо ново, хората не осъзнават, че то вече съществува. Трябва само да видите и приложите. 99% от научните открития човекът е шпионирал природата. Всичко, което ни заобикаля, има своя естествен двойник.

бионика(от Βίον - жив ) - приложено върху приложението в техническите устройства и системи на принципите на организация, свойства, функции и структури . Просто казано, биониката е връзка и . Дата на раждане на Bionics: 13 септември 1960 г.Биониката има символ: кръстосан скалпел, поялник и интегрален знак. Този съюз на биология, технология и математика ни позволява да се надяваме, че науката бионика ще проникне там, където никой все още не е проникнал, и ще види това, което никой досега не е виждал.

Човекът винаги е мечтал да завладее небето. Но беше достъпно само за птици. И именно птиците дадоха на хората идеята за полет.

Мечтите за летене и реалното им осъществяване са много различни неща. И въпреки смелите идеи, като тези на Леонардо да Винчи, човечеството щеше да остане приковано към земята за много векове напред. Изследването на птиците, структурата на техните крила и опашка доведе до факта, че човекът е изобретил самолета. Структурата на човешкото око постави основата на фотографския обектив, структурата на слънчогледовото съцветие - на слънчевите панели. Разресвайки съцветия от репей и косата на куче бухал след разходка, известният дизайнер изобретил велкро закопчалки. Насекомите дадоха на учените идеята за хеликоптери. Рибите подтикнаха създаването на подводници. MercedesBenz Corporation разработи бионично превозно средство, копирано от тропическа риба. Въпреки куфарната си форма, машината има изключително ниско въздушно съпротивление.

Всеки ден се сблъскваме с бионични изобретения, без дори да го знаем. Най-често възприетите от природата принципи се срещат в архитектурата. Например, в дизайна на известната Айфелова кула се крие структурата на човешката бедрена кост. На главата на костта има много референтни точки, благодарение на които натоварването на ставата се разпределя равномерно. Това позволява на извитата бедрена кост да поддържа голямо телесно тегло. Същите референтни точки могат да бъдат намерени в основата на Айфеловата кула. Неговият дизайн се счита за архитектурен еталон за устойчивост.

Друга кула, Останкинская, също има естествен аналог. Стройният й силует е разпознаваем. Прототипът на Останкинската кула е стрък пшеница. Способността му да не се счупи под тежестта на съцветието формира основата на кулата.

Архитектите все повече се обръщат към принципите на функциониране на живите организми. За да разбере как работи, дизайнерът трябва да изучава биология. Риби, птици, растения и дори човешкото тяло стават естествени прототипи на архитектурни структури.

Биониката не стои неподвижна. Тази наука създава истинска революция. Обикновеното наблюдение, моделирането е способно на много.Бъдещата ми професия е свързана с машиностроенето. Инженерната индустрия е най-роботизираната. За първи път практическото му приложениеиндустриални роботиполучена благодарение на американските инженери Д. Девол и Д. Енгелберг в края на 50-те и началото на 60-те години на ХХ век. С тях се извършват различни технологични процеси с цел повишаване ефективността на предприятието.

Конструкцията на робота може да съдържа един или повече манипулатори, като самият манипулатор може да има различна товароносимост, точност на позициониране, степен на свобода. При създаването на индустриален робот активно се използват бионични модели. Манипулаторът на промишлен робот се състои от определен брой подвижни връзки (оси), свързани помежду си. Устроен е на принципа на членестоноги крайници. Колкото повече оси, толкова по-гъвкав е дизайнът на робота.Разположението и гъвкавостта на връзката на осите на робота е внимателно направено според човешкия модел (свързване на ставите). Осите на манипулатора се управляват от сензори. Те са подобни на сетивните органи и реагират на светлина, позиция в пространството

Природата все още пази много мистерии, хармонията на нейните творения винаги е изненадвала и ще продължава да изненадва човешкия свят. Но въпросът е: „Ще имаме ли време да използваме останалите „патенти на дивата природа“? Като се има предвид скоростта, с която растенията и животните изчезват от лицето на земята, а статистиката неумолимо гласи: годишно - един вид животни и дневно - един вид растения, поставеният въпрос звучи много тревожно. В тази връзка опазването на редки и застрашени видове животни и растения, поддържането на околната среда в условия, благоприятни за живота на целия живот на Земята, е неотложен проблем и гаранция за по-нататъшното развитие на човечеството.

Лозунгът на биониката: „Природата знае най-добре“. Що за наука е това? Самото име и подобно мото ни карат да разберем, че биониката е свързана с природата. Много от нас ежедневно се сблъскват с елементите и резултатите от дейността на науката бионика, без дори да го знаят.

Чували ли сте за такава наука като бионика?

Биологията е популярно знание, с което се запознаваме в училище. По някаква причина мнозина смятат, че биониката е един от подразделите на биологията. Всъщност това твърдение не е съвсем точно. Всъщност в тесния смисъл на думата биониката е наука, която изучава живите организми. Но по-често сме свикнали да свързваме нещо друго с това учение. Приложната бионика е наука, която съчетава биология и технологии.

Предмет и обект на бионичните изследвания

Какво изучава биониката? За да се отговори на този въпрос, е необходимо да се разгледа структурното разделение на самата доктрина.

биологична бионикаизследва природата такава, каквато е, без да се опитва да се намесва. Обектът на неговото изследване са процесите, протичащи вътре в биологичните системи.

Теоретична бионикасе занимава с изследване на тези принципи, които са забелязани в природата, и на тяхна основа създава теоретичен модел, който по-нататък се прилага в технологиите.

Практическа (техническа) бионикае прилагането на теоретичните модели в практиката. Така да се каже, практическото въвеждане на природата в техническия свят.

Откъде започна всичко?

Бащата на биониката се нарича великият Леонардо да Винчи. В записите на този гений могат да се намерят първите опити за техническо въплъщение на природни механизми. Чертежите на Да Винчи илюстрират желанието му да създаде самолет, способен да движи крилата си като птица в полет. Едно време подобни идеи бяха твърде смели, за да бъдат търсени. Те принудиха да привлекат вниманието към себе си много по-късно.

Първият, който прилага принципите на биониката в архитектурата, е Антони Гауди и Кърнет. Името му е здраво запечатано в историята на тази наука. Архитектурните структури, проектирани от великия Гауди, са били впечатляващи по време на тяхното изграждане и предизвикват същата наслада много години по-късно сред съвременните наблюдатели.

Следващият, който подкрепи идеята за симбиоза на природата и технологиите, беше Под негово ръководство започна широкото използване на бионичните принципи в проектирането на сгради.

Утвърждаването на биониката като независима наука се случи едва през 1960 г. на научен симпозиум в Дейтона.

Развитието на компютърните технологии и математическото моделиране позволяват на съвременните архитекти да въплъщават уликите на природата много по-бързо и с по-голяма точност в архитектурата и други индустрии.

Естествени прототипи на технически изобретения

Най-простият пример за проявлението на науката бионика е изобретяването на пантите. Познат монтаж, базиран на принципа на въртене на една част от конструкцията около друга. Този принцип се използва от раковините, за да контролират двете си крила и, ако е необходимо, да ги отварят или затварят. Тихоокеанските гигантски петелчета достигат размери 15-20 см. Принципът на свързване на черупките им е ясно видим с просто око. Малките представители на този вид използват същия метод за фиксиране на клапаните.

В ежедневието често използваме различни пинсети. Острият и подобен на кърлежи клюн на бога се превръща в естествен аналог на такова устройство. Тези птици използват тънък клюн, забиват го в мека почва и изваждат малки бръмбари, червеи и др.

Много съвременни уреди и тела са оборудвани с вендузи. Например, те се използват за подобряване на дизайна на краката на различни кухненски уреди, за да се предотврати приплъзването им по време на работа. Също така специалните обувки за почистващи препарати за прозорци на високи сгради са оборудвани с вендузи, за да се гарантира безопасното им фиксиране. Това просто устройство също е заимствано от природата. Дървесната жаба, която има смукала на краката си, необичайно сръчно се държи на гладки и хлъзгави листа на растенията, а октоподът се нуждае от тях за близък контакт с жертвите си.

Могат да се намерят много такива примери. Биониката е само науката, която помага на човек да заимства технически решения от природата за своите изобретения.

Кой е първи - природата или хората?

Понякога се случва това или онова изобретение на човечеството отдавна да е „патентовано“ от природата. Тоест изобретателите, когато създават нещо, не копират, а сами измислят технологията или принципа на работа, а впоследствие се оказва, че това съществува в природата отдавна и човек може просто да надникне и да го възприеме .

Това се случи с обичайното велкро, което се използва от човек за закопчаване на дрехи. Доказано е, че куки, подобни на тези на велкро, също се използват за свързване на тънки бради една към друга.

В структурата на фабричните тръби има аналогия с кухите стъбла на зърнените култури. Надлъжната армировка, използвана в тръбите, е подобна на склеренхимните ленти в стъблото. Стоманени усилващи пръстени - междини. Тънката кожа от външната страна на стъблото е аналог на спиралната армировка в конструкцията на тръбите. Въпреки колосалното сходство на структурата, учените независимо изобретиха точно такъв метод за изграждане на фабрични тръби и едва по-късно видяха идентичността на такава структура с природни елементи.

Бионика и медицина

Използването на биониката в медицината позволява спасяването на живота на много пациенти. Непрекъснато се работи за създаване на изкуствени органи, способни да функционират в симбиоза с човешкото тяло.

Първият имаше късмета да тества датчанина Денис Аабо. Той загуби половината си ръка, но сега има способността да възприема предмети чрез докосване, използвайки изобретението на лекарите. Неговата протеза е свързана с нервните окончания на увредения крайник. Сензорите за изкуствени пръсти са в състояние да събират информация за докосване на обекти и да я предават на мозъка. В момента дизайнът все още не е финализиран, той е много обемист, което затруднява използването му в ежедневието, но дори и сега тази технология може да се нарече истинско откритие.

Всички изследвания в тази насока са изцяло базирани на копиране на природни процеси и механизми и тяхната техническа реализация. Това е медицинска бионика. Прегледите на учените казват, че скоро техните произведения ще позволят да се променят износените живи човешки органи и вместо това да се използват механични прототипи. Това наистина ще бъде най-големият пробив в медицината.

Биониката в архитектурата

Архитектурната и строителна бионика е специален клон на бионичната наука, чиято задача е органичното обединение на архитектурата и природата. Напоследък все по-често при проектирането на съвременни структури се обръщат към бионичните принципи, заимствани от живите организми.

Днес архитектурната бионика се е превърнала в отделен архитектурен стил. Тя се роди от просто копиране на форми и сега задачата на тази наука се превърна в приемането на принципи, организационни характеристики и техническото им прилагане.

Понякога този архитектурен стил се нарича еко-стил. Това е така, защото основните правила на биониката са:

• търсене на оптимални решения;
• принципът на спестяване на материали;
• принципът на максимална екологичност;
• принцип на енергоспестяване.

Както можете да видите, биониката в архитектурата е не само впечатляващи форми, но и напреднали технологии, които ви позволяват да създадете структура, която отговаря на съвременните изисквания.

Характеристики на архитектурните бионични структури

Въз основа на предишен опит в архитектурата и строителството можем да кажем, че всички човешки структури са крехки и краткотрайни, ако не използват законите на природата. Бионичните сгради, освен невероятни форми и смели архитектурни решения, имат издръжливост, способност да издържат на неблагоприятни природни явления и катаклизми.

В екстериора на сградите, построени в този стил, могат да се видят елементи от релефи, форми и контури, умело копирани от дизайнерите от живи, природни обекти и майсторски въплътени от архитекти и строители.

Ако изведнъж, когато съзерцавате архитектурен обект, изглежда, че гледате произведение на изкуството, с голяма вероятност имате сграда в бионичен стил. Примери за такива структури могат да се видят в почти всички столици на държави и големи технологично напреднали градове по света.

Строителството на новото хилядолетие

Още през 90-те години испански екип от архитекти създава проект за сграда, базиран на напълно нова концепция. Това е 300-етажна сграда, чиято височина ще надвишава 1200 м. Предвижда се движението по тази кула да става с помощта на четиристотин вертикални и хоризонтални асансьора, чиято скорост е 15 м/с. Страната, която се съгласи да спонсорира този проект, беше Китай. За строителството е избран най-гъсто населеният град Шанхай. Реализацията на проекта ще реши демографския проблем на региона.

Кулата ще има напълно бионична структура. Архитектите смятат, че само това може да гарантира здравината и издръжливостта на конструкцията. Прототипът на конструкцията е кипарис. Архитектурната композиция ще има не само цилиндрична форма, подобна на ствол на дърво, но и "корени" - нов вид бионична основа.

Външното покритие на сградата е пластмасов и дишащ материал, който имитира кората на дърво. Климатичната система на този вертикален град ще бъде аналогична на топлорегулиращата функция на кожата.

Според прогнозите на учени и архитекти подобна сграда няма да остане единствената по рода си. След успешно внедряване броят на бионичните структури в архитектурата на планетата само ще се увеличи.

Бионични сгради около нас

В кои известни творения е използвана науката бионика? Примери за такива структури са лесни за намиране. Вземете поне процеса на създаване на Айфеловата кула. Дълго време имаше слухове, че този 300-метров символ на Франция е построен по чертежи на неизвестен арабски инженер. По-късно беше разкрита пълната му аналогия със структурата на човешкия пищял.

В допълнение към Айфеловата кула има много примери за бионични структури по целия свят:

• издигнат по аналогия с цветето лотос.
• Пекинската национална опера - имитация на водна капка.
• Плувен комплекс в Пекин. Външно повтаря кристалната структура на водната решетка. Удивително дизайнерско решение съчетава полезната способност на конструкцията да акумулира слънчева енергия и след това да я използва за захранване на всички електрически уреди, работещи в сградата.
• Небостъргачът "Аква" прилича на поток от падаща вода. Намира се в Чикаго.
• Къщата на основателя на архитектурната бионика Антонио Гауди е една от първите бионични структури. И до днес той е запазил своята естетическа стойност и остава един от най-популярните туристически обекти в Барселона.

Знанието, от което се нуждае всеки

Обобщавайки, можем спокойно да кажем: всичко, което изучава биониката, е актуално и необходимо за развитието на съвременното общество. Всеки трябва да се запознае с научните принципи на биониката. Без тази наука е невъзможно да си представим технологичния прогрес в много области на човешката дейност. Биониката е нашето бъдеще в пълна хармония с природата.

1. Биониката като наука - история на развитие, определения, същност
2. Аналози на естествени форми в медицината
3. Принципите на биониката в услуга на медицината
Заключение
Библиография

1. Биониката като наука - история на развитие, определения, същност

За официална рождена дата на една от новите науки, възникнали в съвременния ХХ век, биониката, се смята 13 септември 1960 г. - денят на откриването на първия американски национален симпозиум на тема „Живи прототипи на изкуствени системи – ключ към новата технология." От само себе си обаче се разбира, че провеждането на такъв симпозиум стана възможно само защото по това време бяха натрупани голямо количество данни за принципите на организация и функциониране на живите системи, както и имаше възможности за практическо използване на придобитите знания. за решаване на редица актуални технически проблеми.
име " бионика” идва от древногръцкия корен “бион” – елемент на живота, клетка на живота или по-точно елементи на биологична система.
Веднага възникват емблема и мото, носещи символично изображение на научната същност на биониката - да синтезира знанията, натрупани в различни науки. присъщи на ХХ век. интензивният процес на отделяне, фрагментацията на научните дисциплини, крайната степен на конкретизация на целите и задачите на отделните науки доведоха до появата на повече от една и половина хиляди клона на знанието. За доста дълъг период от време такава диференциация на знанието допринесе за успешното развитие на повечето клонове на науката и технологиите, но в момента тясната специализация на учените затруднява познаването и има спешна необходимост от интегриране на резултатите на научни изследвания на базата на единни, всеобхватни принципи.
Първият опит за ново обединение беше кибернетиката, чийто основен интеграционен принцип беше универсалността на методите за управление на живите и неживите същества и тяхната връзка.
бионикав много отношения тя е логично продължение на кибернетиката, но елиминира противоречията, произтичащи от специализацията на науките и тяхното разделяне, и интегрира разнородната информация в съответствие с единството на живата природа или биологичния принцип. Следователно емблемата на биониката е скалпел и поялник, свързани с неразделен знак, а мотото е „Живите прототипи – ключът към новите технологии“.
Все още няма консенсус относно съдържанието на биониката, може би най-популярната от младите науки, възникнали през 20 век. Много експерти смятат биониката за нов клон на кибернетиката, други я отнасят към биологичните науки, но очевидно тези, които отделят биониката като независима наука, са най-прави.
Позовавайки се на най-утвърдената дефиниция, можем да кажем, че бионика- това е наука, която изучава принципите на изграждане и функциониране на биологичните системи и техните елементи и прилагането на получените знания за фундаментално подобряване на съществуващи и създаване на принципно нови машини, инструменти, апарати, строителни конструкции и технологични процеси. Биониката може да се нарече и наука за изграждане на технически устройства, чиито характеристики са възможно най-близки до характеристиките на живите системи.
Както повечето науки, структурата на биониката е разнородна. В момента е обичайно да се разграничават три методологични области на биониката: биологична, математическа (теоретична) и техническа.
биологична бионикасе основава на различни клонове на биологията и медицината, използва техните постижения, за да идентифицира определени принципи на дивата природа, които могат да бъдат използвани като основа за решаване на определени инженерни проблеми.
Съдържанието на теоретичната бионика е разработването на математически апарат за биологично моделиране, както и математически модели на явления и процеси, протичащи в живи организми, живи системи или дори в общества от организми.
Областта на дейност на техническата бионика е прилагането на математически модели или други аспекти на дейността на живите организми, често получени в хода на изследванията на биологичната и теоретичната бионика, с цел подобряване на съществуващите и създаване на напълно нови технически средства и системи, които превъзхождат по своите технически характеристики вече създадените по-рано и работят на биологичен принцип.
В хода на дълга еволюция природата е създала безброй живи организми на Земята, много от които с право могат да бъдат класифицирани като "живи инженерни системи", които функционират много точно, научно и икономично, отличават се с удивителна точност, целесъобразност и способност да реагира на най-фините промени в множество външни фактори, среда, да запомни и вземе предвид тези промени, да отговори на тях с различни адаптивни реакции.
Помислете за приложението на методите и решенията на биониката в медицината - този клон на биологичните науки, с който всеки човек се сблъсква повече от веднъж в живота си.
Много от "изобретенията" на природата в древността са помогнали за решаването на редица технически проблеми. Така например, когато извършваха очни операции, арабските лекари преди много стотици години получиха представа за пречупването на светлинните лъчи по време на прехода от една прозрачна среда към друга. Изследването на лещата на окото подтикна лекарите от древността да използват лещи от кристал или стъкло, за да увеличат изображението и след това да коригират зрението.
Когато в едно от своите скитания Джералд Даръл беше принуден да се съгласи на облог, чийто смисъл беше да назове четири изключителни изобретения и да докаже, че принципът, заложен в тях, е бил използван от животните, преди хората да се сетят за него, едно от изобретения се нарича използването на анестезия от оси. Когато „приготвят“ храна за бъдещи ларви от пътни оси, те използват методи, които всеки лекар може да нарече методи за проводна анестезия - ухапване с инжектиране на невроплегично (нервно паралитично) вещество в областта на големите нервни стволове напълно парализира, но не убива паяка, който лежи неподвижно в гнездо на оси до появата на ларви от съединителя, за който е приготвена тази храна.

2. Аналози на естествени форми в медицината

Много медицински инструменти имат прототип сред представители на живия свят. Игла за скарификатор, използвана за събиране на периферна кръв (например за извършване на общ кръвен тест, който многократно се предписва на всеки от нас от лекари от всички профили), е проектирана според принципа, който напълно повтаря структурата на прилепа резец, ухапването на което, от една страна, е различно безболезнено, а от друга страна, винаги е придружено от доста силно кървене.
Познатата бутална спринцовка до голяма степен имитира кръвосмучещия апарат на насекоми - комари и бълхи, с чието ухапване всеки човек гарантирано е запознат. Иглата, използвана по време на хирургическа операция, използвана за зашиване на човешки вътрешни органи и тъкани, не е променила първоначалната си форма от няколко века - формата на ребрените кости на големи риби, а скалпелът все още повтаря формата на тръстиково листо с неговата естествен режещ ръб.
Но това са само най-простите примери, дошли до нас буквално от дълбините на вековете, а съвременното развитие на биониката засяга много високоразвити медицински технологии. Типичен пример е съвременната технология за възстановяване и удължаване на зъбния емайл, която е един от „китовете” на съвременната стоматология и технологията за удължаване на ноктите и косата, използвани в козметологията. Основата на тези технологии е принципът на изграждане на морските гъби, както и техниката на изграждане на гнезда на бързолети-салангани. И двата принципа на изграждане се основават на техники за химио-втвърдяване и светлинно втвърдяване.

3. Принципите на биониката в услуга на медицината

Не по-малко значимо постижение на биониката в медицината е използването на биотокове. Когато в края на XVIIIв. италианският физиолог Луиджи Галвани, като страничен резултат от експерименти върху анатомията на жабите, откри биотокове, които възникват в мускулите по време на движение, бъдещата употреба на биотокове изглеждаше ограничена. Резултатите от съвременните изследвания обаче говорят точно обратното. Мозъкът, командващ движенията на ръката, продължава да изпраща биотокове към мускулите на ръката - слаб електрически сигнал - дори когато долният сегмент на ръката е ампутиран. Разбира се, в този случай няма движение, тъй като импулсите, попадащи в нервното окончание на пресечения мускул на пъна, дават само усещане за определени движения, а материалният субстрат на движенията (мускулите) отсъства.
Първият модел на изкуствена ръка, управлявана от биопотенциал, е направен през 1957 г. Той има електромагнитно задвижване и много тромава система за усилване и преобразуване на биоелектрични сигнали, взети от всеки мускул. Първата изкуствена ръка възприемаше само общи сигнали като „стиснете пръсти“, „отпуснете пръсти“ и най-простото редуване на тези команди, без да възприема сигнали от регулаторен тип, които казват с каква сила трябва да се направи движението. Опитът да се поздрави човек с такава „желязна ръка“ неизбежно ще завърши с нараняване.
Усъвършенстването на протезите, контролирани от биотокове, беше наистина „с скокове и граници“ и още през лятото на 1960 г. участниците в Първия международен конгрес на Федерацията за автоматично управление, проведен в Москва, видяха как едно момче, което нямаше ръка взе парче тебешир с изкуствена ръка и написа на дъската ясно и ясно: „Здравейте на участниците в конгреса“. Четката на протезата, която беше ясно компресирана и разхлабена, се управляваше от биотокове. Постигната е яснота на движенията, достатъчна за адекватното функциониране на протезата, а следващата цел на учените е да установят обратна връзка, способността да се усеща протезата.
Малко по-късно, на конференция по бионика, проведена в Баку, беше демонстриран модел на ръка с чувствителни на натиск сензори, прикрепени към върховете на пръстите, направени от проводима гума или тънка жица. Под въздействието на натиск върху сензорите, сигналите от тях променят честотата на вибрациите на зумера, който е монтиран на ръката близо до нерва, отиващ към мозъка. Понастоящем сензорите, използващи костни вибрации и електро-костни стимули, изглеждат най-обещаващи, но за изясняване на параметрите на сигналите, както и дизайна на въздействащите елементи, все още е необходимо значително време, изпълнено с експерименти и изследователска работа.
Друг аспект на използването на биотокове в медицината е използването им при лечение на парези и парализи, корекция на редица патологични състояния по време на бременност и евентуално за облекчаване на състоянието на пациенти с полиомиелит и церебрална парализа, за които в момента има няма адекватно лечение.
Провеждането на най-обширните и сложни операции на сърцето и мозъка стана възможно благодарение на въвеждането в медицинската практика на метода на контролирана хипотермия (т.е. съзнателна хипотермия на оперираното тяло за забавяне на метаболитните процеси в тъканите и органите). Но малко хора знаят, че хипотермията е в основата на анабиозата и паробиозата - състояние на дълбок хибернация - на много насекоми и някои дребни гризачи в неблагоприятно зимно време. При тези животни хипотермията също е насочена към забавяне на метаболитните процеси в органите и тъканите, което води до по-малко потребление на енергийни субстрати, отколкото в активно състояние.
Методът на движение на някои протозои стана прототип за създаването на автоматична стомашно-чревна сонда, която е най-интересната и обещаваща перспектива за инструментални изследвания в гастроскопията.
Връщайки се към протезирането на крайниците, трябва да се отбележи, че друг модерен тип протези, използвани главно за протезиране на долните крайници, или по-скоро протези на основата на силикон, също съдържат естествен принцип - принципа на хидравличната структура на ходещите крака на паяка , чиито движения се основават на прехода на състоянието на биологичен колоид според типа "гел-зол".
До известна степен постиженията на биониката в областта на медицината се основават на структурата на самия човек. По този начин перфузионните филми, нанесени върху обширни повърхности на изгаряне и използвани за предотвратяване на инфекция на рани, почти напълно имитират структурата на повърхностните слоеве на непокътната човешка кожа, която има бактерицидни свойства и се характеризира с полупропускливост.
Постиженията в биониката в много отношения дават надежда за известно подобрение на състоянието или почти пълна компенсация за качеството на живот на пациенти, чието положение преди това е било считано за практически безнадеждно.
Една от първите стъпки по този път е създаването на устройства, способни да чуват. Загубата на слуха е значителна и опасна за човека и води до пълна или почти пълна инвалидност. Този проблем остава един от изключително сложните и практически неразрешими проблеми на медицината.
Сравнително наскоро много глухи хора получиха реална възможност да чуят с помощта на апарат, създаден въз основа на най-новото откритие на физиолозите: нискочестотните вибрации, възприемани от човешкото ухо, могат да се възприемат от живия нерв на зъба и да се предават към мозъка. Радиоинженерите създадоха така наречения "радиозъб" - система, чрез която хората, които преди това не чуваха, могат да чуват. За установяване на такова устройство е необходимо наличието на един жив зъбен нерв, а пълната липса на живи зъбни нерви не е характерна дори за напълно засегната устна кухина.
Дизайнът на устройството може да бъде описан приблизително по следния начин: миниатюрен микрофон, който може да се носи на ръката като часовник, е свързан към същия миниатюрен предавател, който преобразува звука в радиосигнали, които се улавят от приемник, монтиран в зъба. Приемникът е тънък слой от полупроводникова сплав, насложен върху свободните нервни окончания, разположени в зъбния канал. Тази полупроводникова сплав образува пиезоелектричен елемент, покрит със слой от злато или сребро, който служи като антена. На външен вид този дизайн практически не се различава от металните пломби и корони, познати в съвременната ортопедична стоматология.
Сигналът на радиопредавателя, получен от такава антена, влиза в пиезоелектричния елемент; в пиезоелектричния елемент възникват трептения, които, стимулирайки свободните нервни окончания в зъба, се предават под формата на нервни импулси към кортикалните и субкортикалните слухови центрове на мозъка. Така човек, който до този момент е живял в свят без звуци, започва да чува. Разбира се, в реалния живот за човек, оборудван с такова устройство, остава значителен брой ограничения, например при използването на мобилни телефони, както и при работа с така наречените генератори на шум, но какво означават тези ограничения в сравнение с пълната глухота, която не дава на човек пълна социална рехабилитация.
Напоследък в редица страни широко разпространени са изследванията на така нареченото квази-слухово разпознаване с цел създаване на устройства, които симулират слухов апарат. Вече са създадени и тествани някои устройства, които възпроизвеждат функциите на слуховите органи. Така, във връзка с изследванията на механизма на човешкото възприемане на звуците, в университета в Лайден е разработен електронен модел на ухото (под формата на филтърна система), възпроизвеждащ честотните характеристики на ухото. Моделирането даде възможност да се усъвършенства моделът на слуха и по-специално да се комбинират такива явления като възприемането на тембър и звуци в тяхната динамика.
Моделът на американските учени W. Caldwell, E. Glener, J. Stewart е предназначен да анализира зависимостта на интензивността на звучене на различни честоти в звуци, произнесени от човек, навреме, за да идентифицира признаци, по които човек разпознава звуци, фонеми и думи, произнесени от различни хора. Тези изследвания могат да служат както за медицински цели по отношение на създаването на по-модерни слухови апарати, така и за подобряване на компютърните технологии.

Заключение

Така вече от няколко примера можем да заключим, че биониката играе важна роля в съвременния научен свят, и то не само като абстрактна наука, която не е лишена от малка приложна стойност, а като основна основа на съвременното инженерство и технологии. Природата е усъвършенствала своите инженерни умения безброй години, което обяснява детайлното, дори миниатюрно съвършенство на функциите и формите на природните обекти. Човек притежава инженерни умения сравнително наскоро, което означава, че призивът му към природни обекти е фундаментално правилен и обещава много интересни и неочаквани неща в бъдещето и следователно определя развитието на една от новите науки - биониката.

Библиография

1. Березин Ф. Б. Психологическа и психофизическа адаптация на човек. Л.: Наука, 1988.
2. Джералд Даръл. По целия свят. Зелена серия. Москва: Armado-press, 2001.
3. Венчиков А. И. Биотокове. Москва: Медиз, 1962.
4. Матюхин В. А., Разумов А. Н. Екологична човешка физиология и възстановителна медицина. М.: GOETAR "Медицина", 1999.
5. Пуговкина Н. А. Обща биология. М .: "Просвещение", 1990 г.
6. История на медицината: Сборник есета. Издателство Волгоград. пчелен мед. акад., 1994г.
7. Удивително в света на животните / изд. Константинова A.S., Larina N.I. Издателство Сарат. състояние ун-та, 1970 г.

бионика. И нейните постижения

Завършено:

Степин К.С.

Учител:
Пономарева О.Н.

Въведение_________________________________________________ 3

Първи приложения на биониката_________________________________ 4

Класически примери:

Вътрешният строеж на стъблото на тревисто растение ............................................ ...... 5

Разпространение на плодове и семена ............................................. ..................... ................. 5

Клас насекоми. Отряд двукрили ................................................. ............ 7

Структурата и функциите на мозъчните области ............................................. .... .6

Съвременни открития:

Скелет на дълбоководни гъби ............................................ ................... ...................... осем

Рояци термити, в полза на обществото ................................................ ..... .................. 9

Бягащи и скачащи роботи .............................................. ................ .................. 9

Заключение______________________________________________ 10

Приложение_______________________________________ 11

Използвана литература _______________________________________ 15

Въведение

бионика(от гръцки biōn - елемент на живота, буквално - жив) - приложна наука за прилагане в технически устройства и системи на принципите, свойствата, функциите и структурите на дивата природа. Идеята за използване на знанията за дивата природа за решаване на инженерни проблеми принадлежи на Леонардо да Винчи, който се опита да построи самолет с махащи крила като птици: орнитоптер.

Изследването на моделите на формиране на организми за изграждане на изкуствени обекти по тяхно подобие обикновено недвусмислено се приписва на областта на биониката [ново научно направление от края на 50-те години на XX век. Възникването на тази наука е следствие от развитието на кибернетиката, биофизиката, биохимията, космическата биология, инженерната психология и др. Симпозиум в Дейтона (САЩ) през септември 1960г. дава името на новата наука – бионика. Лозунгът на симпозиума: „Живите прототипи – ключът към новите технологии“ добре определя перспективите за развитие на биониката в продължение на много години.] Всъщност принципите на конструиране на биоформи, биоструктури, биофункции с цел използването им в създаването на технически системи или архитектурни обекти се изследват не от една, а от няколко биофизични науки.

Разграничаване:

Биологична бионика, която изучава процесите, протичащи в биологичните системи;

Теоретична бионика, която изгражда математически модели на тези процеси;

Техническа бионика, която използва модели на теоретичната бионика за решаване на инженерни проблеми.

Биониката е тясно свързана с биологията, физиката, химията, кибернетиката и инженерните науки: електроника, навигация, комуникации, морско дело и други.

Възникването на кибернетиката, която разглежда общите принципи на управление и комуникация в живите организми и машини, се превърна в стимул за по-широко изследване на структурата и функциите на живите системи, за да се изясни тяхната прилика с техническите системи, както и използват получената информация за живите организми за създаване на нови устройства, механизми, материали и др.

Основните области на работа в биониката обхващат следните въпроси:

à изследване на нервната система на хора и животни и моделиране на нервни клетки (неврони) и невронни мрежи за по-нататъшно усъвършенстване на компютърните технологии и разработването на нови елементи и устройства за автоматизация и телемеханика (невробионика);

à изследване на сетивните органи и други възприемащи системи на живи организми с цел разработване на нови сензори и системи за откриване;

à изучаване на принципите на ориентация, местоположение и навигация при различни животни, за да се използват тези принципи в технологиите;

à изследване на морфологичните, физиологичните, биохимичните характеристики на живите организми, за да се представят нови технически и научни идеи.

Първи приложения на биониката

Почти всеки технологичен проблем, пред който са изправени дизайнерите или инженерите, отдавна е успешно решен от други живи същества. Например, производителите на безалкохолни напитки непрекъснато търсят нови начини за опаковане на своите продукти. В същото време едно обикновено ябълково дърво отдавна реши този проблем. Една ябълка е 97% вода, опакована не в дървен кашон, а в ядивна кора, достатъчно апетитна, за да привлече животни, които ядат плодовете и разпространяват зърната.

Експертите по бионика твърдят по този начин. Когато са изправени пред инженерен или дизайнерски проблем, те търсят решение в „научната база“ с неограничен размер, принадлежаща на животни и растения.

Гюстав Айфел, който през 1889 г. изгражда чертеж на Айфеловата кула, прави нещо подобно. Тази структура се смята за един от най-ранните ясни примери за използването на биониката в инженерството.

Дизайнът на Айфеловата кула се основава на научната работа на швейцарския професор по анатомия Херман фон Майер. Четиридесет години преди построяването на парижкото инженерно чудо, професорът изследва костната структура на главата на бедрената кост в мястото, където тя се огъва и навлиза под ъгъл в ставата. И в същото време по някаква причина костта не се счупва под тежестта на тялото. Фон Майер открива, че главата на костта е покрита със сложна мрежа от миниатюрни кости, благодарение на които натоварването се преразпределя по удивителен начин върху костта. Тази мрежа имаше строга геометрична структура, която професорът документира (Приложение Фиг. № 1).

През 1866 г. швейцарският инженер Карл Кулман предоставя теоретична основа за откритието на фон Майер, а 20 години по-късно естественото разпределение на натоварването с помощта на извити дебеломери е използвано от Айфел (Приложение Фиг. № 2).

Друго известно заимстване е направено от швейцарския инженер Жорж де Местрал през 1955 г. Той често се разхождаше с кучето си и забеляза, че някакви неразбираеми растения постоянно се придържат към козината й. Уморен от постоянно почистване на кучето, инженерът решил да разбере причината, поради която плевелите се придържат към козината. След като изследва феномена, дьо Местрал установява, че това е възможно благодарение на малките кукички на плодовете на куклата (това е името на този плевел). В резултат на това инженерът осъзнава важността на своето откритие и осем години по-късно патентова удобното велкро, което сега се използва широко в производството не само на военни, но и на цивилни облекла (Приложение Фиг. № 3).

Класически примери

"Вътрешната структура на стъблото на тревисто растение"

Напречните части на стъблата на тревните растения имат различна структура в сравнение с дървесните. Например, в напречно сечение, стъблото на пухкаво растение (приложение

ориз. № 5 -б) има формата на кръг. Стъблото на пухоносното растение е кухо и в него има въздушни кухини 2, предназначени за циркулация на въздуха. Склеренхимните нишки 1 дават сила на растението, когато са изложени на натоварване от вятър. Peel 3 предпазва стъблото от атмосферни и климатични явления. Сърцевината на стъблото расте по-бързо от кожата. Последното изглежда задържа растежа му. Сърцевината е опъната, кожата е компресирана. В резултат на това се създават вътрешни напрежения в структурата на стъблото. Това придава еластичност на стъблото.

Биониката, изучаваща моделите на формиране на природата, създава оригинални, икономични строителни конструкции. Фабричният комин (Приложение фиг. No 5-в) в напречен разрез е подобен по структура на стъблото на пухкавото растение. Надлъжната армировка 1 му придава здравина като нишките в стеблото, празнините 2 улесняват конструкцията. Централният кръгъл отвор в секцията е комин, спирални фитинги 3. За производството на тръбата, чийто дизайн е заимстван от природата, са използвани по-малко строителни материали, отколкото ако е монолитна, изразходван е по-малко физически труд. Устойчивостта на вятърни натоварвания на такава тръба не е по-лоша от естествената й аналогия.

„Разпространение на плодове и семена“

Модел за формата на крилата на австрийския самолет „Таубе” (прил. фиг. No 6-а) в зората на самолетостроенето е било летящото семе на пълзящото растение зенония (прил. фиг. No 6-б). Наподобява тиквено семе с извити краища. Благодарение на ниското си тегло, семето има отлични летящи качества. Именно това обстоятелство привлече вниманието на изобретателя Етрих от Бохемия. През 1904 г. той построява първия си планер без опашка. Размах на крилата 6 м. Планерът може да носи полезен товар от 25 кг. През следващите години Етрих, заимствайки природни аналогии, създава нови модели планери, подобрява ги, подобрявайки летателните качества.

Прашецът на житните растения има две обвивки, пълни с въздух, чиято плътност е по-малка от плътността на околния въздух. Това създава повдигане на прашеца и така той пътува на дълги разстояния във въздуха.

Принципът на подемната сила, реализиран в природата, е използван от човека в първия създаден от него самолет: балон, пълен с горещ въздух, в аеростат, дирижабъл. Падащият волан в бадминтона прилича на плод на парашут от глухарче. Може би той или подобен плод-парашут е предложил на Леонардо да Винчи идеята за парашут.

„Клас насекоми. Отряд двукрили »

Нека обърнем внимание на наличието на хеморецептори на краката на домашната муха - вид миниатюрни биологични сензори. Мухата има четири вида: някои анализират състава на водата, други определят захарта, трети изследват различни соли, а четвърти показват наличието на протеинови храни. Същите рецептори са в нейния хобот. Благодарение на тях мухата винаги знае какво точно има под краката й: храна, напитки или нещо негодно за консумация. Хоботът на мухата автоматично реагира на индикациите на кожните рецептори. Той се протегна - и мухата започва да пие или да яде. Чрез изправяне на хоботчето може да се прецени какви вещества и в какви концентрации улавя насекомото. Анализът на веществото се извършва за няколко секунди. Така природата се сдоби с най-съвършените методи за химичен анализ. Физиците и химиците могат да се възползват от тях, като разгадаят методите, използвани от мухата.

В лабораторията по геофизика на Института по топлообмен и масопренос на Академията на науките на БССР от силициев прах беше създадено лепкаво вещество с вискозитет на вазелин. Ако се нанесе върху колело в електромагнитно поле, то се втвърдява моментално. Колелото е здраво залепено към опорната повърхност. Когато магнитното поле се премахне, веществото придобива предишното си вискозно състояние. Инженерите създадоха ходещ робот (Приложение Фиг. № 7). Той търси дефекти по метална повърхност. Шест крака 4 са прикрепени към тялото 5 и всеки от тях има две задвижвания (двигател с предавки). Един за хоризонтално и един за вертикално движение. Кракът завършва с обувка с възглавница 3, импрегнирана с лепкава субстанция. Подава се от резервоара към кухите опори за крака. Шестте крака на робота са комбинирани в две групи, по три във всяка. Роботът ходи едновременно с една група крака, докато другата е залепена за опорната повърхност. Алтернативно електрически ток се подава към обувките на едната или другата група крака - и подложките на краката се залепват към опорната повърхност.

Роботът има око - телевизионна камера 1, маркуч 2 с електрически кабел и тръба за подаване на сгъстен въздух към пневматичните изпълнителни механизми.

"Структурата и функциите на мозъка"

Да се ​​разкрият принципите на мозъка, които все още до голяма степен остават загадка, означава да се намери ключът към проектирането на компютъра на бъдещето. Нова наука - неврокибернетиката се занимава с изграждането на изкуствен мозък. Първият компютър е назначен да извършва аритметични операции. С развитието на компютърните технологии компютърът започна да извършва по-сложни операции, да работи по-бързо, размерът му намаля (Таблица, стр. 8).

Настроики	човешки мозък	компютър
Информационен носител	Нервна възбуда	Електричество
Скорост на въвеждане	По-малко от 1 bit/s дължина	Над 106 bps
образувания в паметта	физическа памет
Време на работа	Цял живот	Милиарди операции в секунда
Предимства	Изключително фокусиране	Фокусирайте се по-малко
	труден	сложни функции в
	функции в изключение	много повече
	много малък обем.	сила на звука. ниска степен
	Висока степен на ко-	съвършенство на електричеството
	съвършенството на физиологията	тронен неврон
	логически процеси в неврона
Зависимост	Зависи	Не зависи
минания индивид
ал особено
стабилен и емоционален
състояние
Капацитет на паметта	Теоретичен макси-	107 бита в момента
	мама 108-1010 бита в	ченге
	хода на живота
Тип памет	Смесени	Смесени
Характеристики па-	Запомняне на osmys-	Запаметяване на механиката
бръчка	мързелив	логично
Вид обработка	Паралелен	Последователен
стъпаловидно информиран-
мация
Филтриране на информация	Много ефикасно	беден
мация
Време за съхранение в-	непостоянен	постоянен
образувания в паметта
Извличане от па-
изсечете необходимите въ-
образувания:
наскоро въведен	Бързо	Бързо
въведен отдавна	Бавен	бърз
При повреда	Върши работа	Не работи
Възприемане на информация	Чрез много канали: във форма, цвят,	Един канал
	сянката на обекта,
	шрифт, почерк,
	мирис, допир,
	гласов тембър, в-
	нация, план и др.
Тегло	1,2-1,3 кг	3-10 пъти повече
		отколкото човешкия мозък

Съвременни открития

Съвременната бионика до голяма степен се свързва с разработването на нови материали, които копират естествените. Същият кевлар се появи благодарение на съвместната работа на генетични биолози и инженери, специалисти по материали.

В момента някои учени се опитват да намерят аналози на органите на човешкото тяло, за да създадат например изкуствено ухо (вече се продава в САЩ) или изкуствено око (в процес на разработка).

Скелет от дълбоководни гъби

Други разработчици се концентрират върху изучаването на природни организми. Например, изследователи от Bell Labs (Lucent Corporation) наскоро откриха висококачествено оптично влакно в тялото на дълбоководни гъби от рода Euplectellas. Изследователи от Bell Labs, подразделение на Lucent Technologies, са открили, че дълбоководните гъби съдържат влакна, които са много подобни по свойства на най-съвременните влакна, използвани в телекомуникационните мрежи. Освен това в някои отношения естествените влакна може да са по-добри от изкуствените(приложение фиг. № 8) .

Според общоприетата днес класификация гъбите образуват самостоятелен тип примитивни безгръбначни. Водят напълно неподвижен начин на живот. Гъбата от рода Euplectella живее в тропическите морета. Достига дължина 15-20 см. Вътрешната му мрежеста рамка е оформена от цилиндрични пръчки от прозрачен силициев диоксид. В основата на гъбата има сноп от влакна, който е оформен като своеобразна корона. Дължината на тези влакна е от 5 до 18 см, дебелината е като на човешки косъм. В хода на изследванията на тези влакна се оказа, че те се състоят от няколко ясно очертани концентрични слоя с различни оптични свойства. Централната част на цилиндъра се състои от чист силициев диоксид, а около него има цилиндри, които съдържат значително количество органична материя.

Учените бяха изумени колко близки са структурите на естествените оптични влакна до тези проби, които са били разработвани в лаборатории в продължение на много години. Въпреки че прозрачността в централната част на влакното е малко по-ниска от тази на най-добрите изкуствени проби, естествените влакна се оказаха по-устойчиви на механични натоварвания, особено при счупване и огъване. Именно тези механични свойства правят оптичните мрежи за пренос на информация уязвими - ако се появят пукнатини или счупвания във влакното, то трябва да се смени, а това е много скъпа операция. Учените от Bell Labs цитират следния факт, който демонстрира изключително високата здравина и гъвкавост на естествените влакна – те могат да се връзват на възел, като в същото време не губят оптичните си свойства. Такива действия с изкуствени влакна неизбежно ще доведат до счупване или най-малкото до образуване на вътрешни пукнатини, което в крайна сметка означава и загуба на функционалните свойства на материала.

Учените все още не знаят как подобно творение на природата може да бъде възпроизведено в лабораторни условия. Факт е, че съвременното оптично влакно се получава в пещи от стопилка при много висока температура, а морските гъби естествено го синтезират в процеса на развитие чрез химическо отлагане при температура на морската вода. Ако е възможно да се симулира този процес, той ще бъде освен всичко друго и икономически изгодно.

Според резултатите от теста се оказа, че материалът от скелета на тези 20-сантиметрови гъби може да предава цифров сигнал не по-лошо от съвременните комуникационни кабели, докато естественото влакно е много по-здраво от човешкото поради наличието на органичен черупка. Втората особеност, която изненада учените, е възможността за образуване на такова вещество при температура около нула градуса по Целзий, докато растенията Lucent използват високотемпературна обработка за тази цел. Сега учените мислят как да увеличат дължината на новия материал, тъй като скелетите на морските гъби не надвишават 15 см.

Рояци термити, в полза на обществото

В допълнение към разработването на нови материали, учените непрекъснато докладват за технологични открития, които се основават на "интелектуалния потенциал" на природата. Например през октомври 2003 г. изследователският център на Xerox Palo Alto разработи нова технология за захранване за копирни машини и принтери.

В устройството AirJet разработчиците копираха поведението на рояк термити, където всеки термит взема независими решения, но в същото време роят се движи към обща цел, като изграждането на гнездо.

Проектирана в Пало Алто, печатната схема е оборудвана с множество въздушни дюзи, всяка от които работи самостоятелно, без команди от процесора, но в същото време те допринасят за цялостната задача за придвижване на хартията. В устройството няма движещи се части, което прави възможно намаляването на производствените разходи. Всяка печатна схема съдържа 144 комплекта от 4 дюзи, насочени в различни посоки, както и 32 хиляди оптични сензора и микроконтролери (Приложение Фиг. No 9).

Бягащи и скачащи роботи

Но най-преданите привърженици на биониката са инженерите, които се занимават с изграждането на роботи. Днес има много популярна гледна точка сред разработчиците, че в бъдеще роботите (повече за роботиката вижте тук) ще могат да работят ефективно само ако са възможно най-сходни с хората. Учените и инженерите изхождат от факта, че те ще трябва да функционират в градски и битови условия, тоест в "човешки" интериор - със стълби, врати и други препятствия с точно определен размер. Следователно, като минимум, те трябва да съответстват на човек по размер и по отношение на принципите на движение. С други думи, роботът трябва да има крака (колела, гъсеници и т.н. не са подходящи за града). Но от кого да копирате дизайна на краката, ако не от животни?

Учени от Станфордския университет са напреднали най-далеч в посоката на създаване на изправени двукраки роботи. Те експериментират почти три години с миниатюрен робот с шест крака, хексапод, изграден от изследване на системата за движение на хлебарка.

Първият хексапод е проектиран на 25 януари 2000 г. (приложение фиг. № 10) Сега дизайнът работи много бързо - със скорост от 55 см (повече от три собствени дължини) в секунда - и също така успешно преодолява препятствия.

Станфорд също така е разработил монопод за скачане с един крак с човешки размер, който е в състояние да поддържа нестабилен баланс чрез непрекъснато скачане. Както знаете, човек се придвижва, като "пада" от един крак на друг и прекарва по-голямата част от времето си на един крак. В бъдеще учените от Станфорд се надяват да създадат двукрак робот със система за човешко ходене (Приложение Фиг. № 11).

Заключение

Концепцията за биониката в никакъв случай не е нова. Например, още преди 3000 години китайците се опитаха да възприемат метода за производство на коприна от насекоми. Но в края на ХХ век биониката получи втори вятър, съвременните технологии позволяват копирането на миниатюрни природни структури с безпрецедентна точност. И така, преди няколко години учените успяха да анализират ДНК на паяците и да създадат изкуствен аналог на копринената мрежа - кевлар. В този материал изброих няколко обещаващи области на съвременната бионика и цитирах най-известните случаи на заимстване от природата.

През последното десетилетие биониката получи значителен тласък за ново развитие. Това се дължи на факта, че съвременните технологии преминават към гига- и нанониво и позволяват копиране на миниатюрни природни структури с безпрецедентна точност. Съвременната бионика се свързва главно с разработването на нови материали, които копират естествени аналози, роботика и изкуствени органи.

Природата разкрива безкрайни възможности за инженерите и учените да заемат технологии и идеи. Преди това хората не можеха да видят какво е буквално пред носа им, но съвременните технически средства и компютърното моделиране помагат да разберете поне малко как работи светът и да се опитате да копирате някои подробности от него за вашите собствени нужди.

Приложение

©2015-2019 сайт
Всички права принадлежат на техните автори. Този сайт не претендира за авторство, но предоставя безплатно използване.
Дата на създаване на страницата: 2016-04-12