Биониката в човешкия живот

Казват, че веднъж на всеки век на Земята се ражда гений. Такъв гений беше Леонардо да Винчи. 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. Леонардо да Винчи е първият, който предложи да се заимства най-доброто от природата, за да се разширят човешките възможности. През 1485 г. той създава механична летателна машина - орнитоптел, чийто принцип на действие копира от птиците. И въпреки че тогава човекът не успява да се научи да лети, това поставя началото на нова наука – биониката. Биониката е симбиоза на биология и технология.

Ако историята на Земята - 4,5 милиарда години - се представи като един ден, тогава се оказва, че Хомо сапиенс се е появил на планетата преди по-малко от минута. Буквално част от секундата е минала и той вече си представя себе си като творец и вече не може да създаде нищо. по-лошо от природата. Доскоро, когато измисляха нещо ново, хората нямаха представа, че то вече съществува. Трябва само да видите и приложите. 99% научни откритиячовекът е шпионирал природата. Всичко, което ни заобикаля, има своя природен аналог.

бионика(от Βίον - жив ) - приложено по молба в технически средстваи системи от принципи на организация, свойства, функции и структури . Просто казано, биониката е връзка И . Дата на раждане на биониката: 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 за биониката ще проникне там, където никой не е прониквал преди, и ще види това, което никой не е виждал досега.

Човекът винаги е мечтал да завладее небето. Но беше достъпен 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 смели идеи, като тези на Леонардо да Винчи, човечеството щеше да остане приковано към земята за много векове напред. Изследването на птиците, структурата на крилата и опашката им, доведе до изобретяването на самолета. Структурата на човешкото око постави основата на фотографския обектив, а структурата на слънчогледовото съцветие даде началото на слънчевите панели. Докато разресвал съцветия от репей и козината на кучето си след разходка, известният дизайнер изобретил велкро закопчалки. Насекомите дадоха на учените идеята за хеликоптери. Рибите вдъхновяват създаването на подводници. MercedesBenz Corporation разработи бионик превозно средство, копиран от тропическа рибка. Въпреки куфароподобната си форма, машината има изключително ниско въздушно съпротивление.

Всеки ден се натъкваме на бионични изобретения, без дори да го знаем. Най-често принципите, възприети от природата, се срещат в архитектурата. Например в дизайна на известните Айфеловата кулалежи структурата на човешката бедрена кост. На главата на костта има много опорни точки, благодарение на които натоварването върху ставата се разпределя равномерно. Това позволява на извитата бедрена кост да се поддържа голямо теглотела. Същите референтни точки могат да бъдат намерени в основата на Айфеловата кула. Неговият дизайн се счита за архитектурен еталон за устойчивост.

Друга кула Останкино също има естествен аналог. нея строен силуетразпознаваем. 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. Естествени прототипи архитектурни структуристават риби, птици, растения и дори човешко тяло.

Биониката не стои неподвижна. Тази наука създава истинска революция. Обикновеното наблюдение и моделиране могат да направят много.Бъдещата ми професия е свързана с машиностроенето. Машиностроителната 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. Те се използват за извършване на различни технологични процесис цел повишаване ефективността на предприятието.

Дизайнът на робота може да съдържа един или повече манипулатори, докато самият манипулатор може да има различна товароносимост, точност на позициониране и 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. Проектиран е на принципа на крайниците на членестоногите. Колкото повече оси, толкова повече универсален дизайнпри робота.Подредбата и гъвкавостта на връзката на осите на робота са внимателно направени според човешкия модел (съединителна връзка). Осите на манипулатора се регулират с помощта на 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 за дивата природа“? Имайки 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 заобикаляща средав условия, благоприятни за живота на целия живот на Земята, − спешен проблем, и ключът към по-нататъшното развитие на човечеството.

Най-съвършените форми както от гледна точка на красотата, така и от гледна точка на организацията и функционирането са създадени от самата природа и са се развили в процеса на еволюцията. Дълго време човечеството е заимствало структури, елементи и конструкции от природата, за да реши своите технологични проблеми. В момента техногенната цивилизация завладява все по-големи територии от природата, а околните райони са доминирани от правоъгълни форми, стомана, стъкло и бетон и живеем в така наречената градска джунгла.

И всяка година все по-осезаема става човешката потребност от естествена, хармонична жизнена среда, изпълнена с въздух, зеленина и природни елементи. Ето защо екологичните проблеми стават все по-актуални в градското планиране и. В тази статия ще се запознаем с примери за бионика - интересно модерна посокав областта на архитектурата и интериорния дизайн.

Примери за бионика в архитектурата. Научен и художествен подход

Биониката е преди всичко научна посока, а след това творческа. Когато се прилага към архитектурата, това означава използването на принципи и методи за организиране на живи организми и формите, създадени от живи организми при проектирането и изграждането на сгради. Първият архитект, работещ в бионичния стил, е А. Гауди. Известните му творби все още се възхищават от света (Casa Batllo, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Güell и др.).

Каса Мила Антонио Гауди в Барселона
Национална опера в Пекин

Съвременната бионика се базиравърху нови методи, използващи математическо моделиране и широк набор от софтуер за изчисления и 3D визуализация. Основната му задача е да изучава законите на образуване на тъканите на живите организми, тяхната структура, физични свойства, характеристики на дизайнас цел да преведе това знание в архитектурата. Живите системи са примери за структури, които работят въз основа на принципите за осигуряване на оптимална надеждност, формиране на оптимална форма при спестяване на енергия и материали. Именно тези принципи са в основата на биониката. На сайта са представени известни примери за бионика.

Операта в Сидни
Плувен комплекс в Пекин

Ето някои от най-великите базирани на бионика структури в света:

• Айфеловата кула в Париж (повтаря формата на пищяла)
• Стадион Лястовиче гнездо в Пекин (външен метална конструкцияповтаря формата на птиче гнездо)
• Аква небостъргач в Чикаго (външно прилича на поток от падаща вода, а формата на сградата също наподобява нагъната структура от варовити отлагания по бреговете на Големите езера)
• Жилищна сграда "Наутилус" или "Раковина" в Наукалпан (дизайнът й е взет от естествена структура - черупка на мекотело)
• Операта в Сидни (имитира разтворени листенца от лотос върху водата)
• Плувен комплекс в Пекин (дизайнът на фасадата се състои от „водни мехурчета“, повтаря кристалната решетка, позволява ви да акумулирате слънчева енергия, използвана за нуждите на сградата)
• Националната опера в Пекин (имитира капка вода)

Биониката включва и създаването на нови материали за строителство, чиято структура е подсказана от законите на природата. Днес вече има много примери за бионика, всеки от които се отличава с невероятната сила на структурата си. По този начин е възможно да се получат нови допълнителни възможности за изграждане на конструкции с различни размери.

Скулптура Cloud Gate в Чикаго
Примери за бионика в интериорния дизайн

Характеристики на интериорен дизайн в бионичен стил с примери

Бионичният стил се появи и в интериорния дизайн: както в жилищни помещения, така и в помещения от сектора на услугите, социални и културни цели. Примери за бионика могат да се видят в модерни паркове, библиотеки, център за пазаруване, ресторанти, изложбени центрове и др. Какво е характерно за това модерен стил? Какви са неговите характеристики? Както в случая с архитектурата, интериорната бионика използва естествени форми в организацията на пространството, в планирането на помещенията, в дизайна на мебели и аксесоари и в декора.

Дизайнерите черпят идеите си от познати структури на живата природа:

• Восъкът и пчелната пита са основата за създаване на необичайни структури в интериора: стени и прегради, мебелни елементи, декор, стенни елементи и таванни панели, прозоречни отвории т.н.
• Паяжината е необичайно лек и икономичен мрежест материал. Често се използва като основа в дизайна на прегради, дизайн на мебели и осветителни тела, хамаци.
• Външни или вътрешни стълби могат да бъдат направени под формата на спирални или необичайни конструкции, създадени от комбинирани естествени материали, които повтарят гладки естествени форми. При проектирането на стълби бионичните художници най-често изхождат от растителни форми.
• Цветното стъкло също се използва в бионични примери за създаване на интересно осветление.
• IN дървени къщиКато носещи колони могат да се използват стволове на дървета. Като цяло дървото е един от най-разпространените интериорни материали в бионичния стил. Използват се още вълна, кожа, лен, бамбук, памук и др.
• Огледалните и лъскави повърхности са взети от повърхността на водата и хармонично се вписват в нея.
• Отлично решение е използването на перфорация за намаляване на теглото на отделните конструкции. За създаване често се използват порести костни структури интересни мебели, като същевременно спестява материал, създавайки илюзията за ефирност и лекота.

Лампите имитират и биологични структури. Красиво и оригинално изглеждат лампи, които имитират водопад, светещи дървета и цветя, облаци, небесни тела. морски обитателии т.н. Често се използват примери за бионика естествени материали, които са екологични. ХарактеристикиТази посока се счита за гладки линии и естествени цветове. Това е опит да се създаде атмосфера, близка до естествената природа, без да се премахват удобствата, придобити от човека с развитието на технологиите. Електрониката е интегрирана в дизайна по такъв начин, че да не се забелязва.

Небостъргачът Aqua в Чикаго е пример за бионика в интериорния дизайн на стадиона Лястовиче гнездо в Пекин

В примери за бионика в интериора можете да разгледате аквариумите, интересни необичайни дизайнии уникални форми, които, както в природата, не се повтарят. Можем да кажем, че в биониката няма ясни границии зониране на пространството, някои стаи плавно „преливат“ в други. Не е задължително естествените елементи да се отнасят за целия интериор. В момента много често се срещат проекти с отделни елементи на биониката - мебели, които следват структурата на тялото, структурата на растенията и други елементи на живата природа, органични вложки, декор от естествени материали.

Заслужава да се отбележи, че ключова характеристикабиониката в архитектурата и интериорния дизайн е имитация на природни форми, като се вземат предвид научните познания за тях. Създаване на екологично безопасна среда за живот, благоприятна за хората, използвайки нови енергоефективни технологииможе да се превърне в идеална посока за градско развитие. Следователно биониката е нова бързо развиваща се посока, завладяваща умовете на архитекти и дизайнери.

Невъзможно е да се каже точно кога се е родила науката за биониката, тъй като човечеството винаги е черпило вдъхновение от природата; известно е например, че преди около 3 хиляди години са правени опити да се копира създаването на коприната, както правят насекомите. Разбира се, подобни опити не могат да се нарекат разработки, едва след като се появиха съвременните технологии, човек имаше много реална възможност да копира естествени идеи, да възпроизвежда изкуствено за няколко часа всичко, което се ражда в естествени условия в продължение на години. Например учените знаят как да отглеждат синтетични камъни, които не са по-ниски по красота и чистота от естествените, по-специално като аналог на диамантите.

Най-известното визуално въплъщение на биониката е Айфеловата кула в Париж. Тази конструкция се основава на изследването на бедрената кост, която, както се оказа, се състои от малки кости. Те спомагат за идеалното разпределение на тежестта, така че главата на бедрената кост може да издържи на по-големи натоварвания. Същият принцип е използван за създаването на Айфеловата кула.

Може би най-известният "" на биониката, който направи огромен принос за нейното развитие, е Леонардо да Винчи. Например, той наблюдава полета на водно конче и след това се опитва да прехвърли движенията му, когато създава самолет.

Значението на биониката за други научни области

Не всеки приема биониката като наука, считайки я за знание, родено в пресечната точка на няколко дисциплини, докато самото понятие бионика е широко, обхваща няколко научни направления. По-специално това Генното инженерство, дизайн, медицинска и биологична електроника.

Може да се говори за неговия изключително приложен характер, но модерен софтуерправи възможно симулирането и внедряването на всякакви природни решения в реалност и следователно изследването и сравнението на природните феномени с човешките възможности става все по-актуално. Когато създават съвременна роботика, инженерите все по-често се обръщат за помощ към бионичните учени. В края на краищата именно роботите ще улеснят значително човешкия живот в бъдеще, а за това те трябва да могат да се движат правилно, да мислят, да прогнозират, анализират и т.н. Така учени от Станфордския университет създадоха робот въз основа на наблюдения на хлебарки ; тяхното изобретение е не само гъвкаво и органично, но и много функционално. В близко бъдеще този робот може да стане незаменим помощникза тези, които не могат да се движат самостоятелно.

С помощта на биониката в бъдеще ще бъде възможно да се създават колосални технологични разработки. Сега на човек ще му отнеме само няколко години, за да създаде аналог на природни явления, докато самата природа ще прекара хилядолетия в това.

Как се правят открития, как се създават различни изобретения - накратко всичко, Какво движи човечеството напред?Разбира се, за това са необходими знания, талант, постоянство и работоспособност. Но това не е всичко.

Истинският учен се отличава с остра наблюдателност, съчетана със сила творческо въображение. Комбинацията от тези качества прави възможно създаването на промишлени аналози на естествени структури.

Според патенти на природата

От 60-те години на ХХ век съществува нов срок- бионика, наука, която използва знанията за живата природа за решаване на технически проблеми.Значението на тази наука не може да бъде надценено. В крайна сметка природата създава своите творения с максимална ефективност.

Най-простият пример за създаване на такъв създаден от човека аналог са велкро и ципове, използвани като закопчалки на якета за обувки и т.н. Но човекът е заимствал това просто, но много удобно изобретение от природата. Бодлите на репея лесно се залепват различни материали, образувайки доста силна връзка и когато попадне върху косата, те причиняват много проблеми.

Учените са събрали огромен брой интересни идеи от изучаването на морския живот:

• Така, усъвършенстван от хиляди години еволюция, той служи като прототип за проектиране на подводници и морски кораби. И проучването направи възможно създаването на напълно уникален ламинформационен материал. Обшивката на подводната част на корабите от този материал увеличава скоростта им с 15–20%.

• Вероятно сте виждали някой да се разпростира морска вода, подобно на желирано месо. Изучавайки този обитател на дълбокото море, учените откриха много интересни неща за нея. Знаете ли как се движи медузата? Тя изтласква със сила вода от пипалата си и така се придвижва напред. на същия принцип. Горещи газове избухват от дюзата му с голяма скорост, избутвайки ракетата в обратната посока.

• Но медузата е подготвила друга изненада за хората. Оказва се, че тези хора могат да „чуят“ шума от приближаваща буря. И преди буря отиват далеч в морето, за да не бъдат изхвърлени на брега от морските вълни. Учените успяха да проучат тази характеристика на медузите. Благодарение на това откритие беше създадено устройството „Ухо на медуза“, което оттогава служи на хората много надеждно. Позволява ви да предвидите приближаването на буря 12-15 часа преди да започне. През това време моряците и рибарите могат да се подготвят за посрещане на бушуващата стихия. Благодаря ти, медузи!
• Рибата с четири очи живее в резервоарите на Бразилия. Всъщност тя има само две очи, но всяко от тях е разделено на две части. Горната половина следи ситуацията над повърхността на водата, а долната ви позволява да се предпазите от хищници, посегнали на тази красавица с очи на буболечки. Същият принцип е в основата на бифокалните очила. Техните лещи се състоят от две половини с различна оптична сила. Горна частслужи за далечно виждане, долната за четене.
• Забележителният френски изследовател на морските дълбини Жак-Ив Кусто наблюдаваше с интерес буболечката, която тревожно дърпаше мехурче въздух във водата. Това даде на учения идеята да създаде водолазно оборудване.

Списъкът с патенти, заимствани от морския живот, далеч не е изчерпан, но все още трябва да се запознаем с интересни изобретения, които човечеството е шпионирало при птици и летящи насекоми.

Гледайки бързи бързеи или величествени орли, които гледат плячката си отгоре, хората мечтаеха да се реят спокойно над земята. скицирал полети и дори разработил летяща машина, на която не било съдено да излети.

Въпреки това, идеи, заимствани от природата, все още се използват от изобретателите на самолети:

• Дизайнът на крилото на самолета е възможно най-близо до формата на крилата на големите птици.
• Дълго време изпитателите на високоскоростни самолети се сблъскват с феномена флатер - силна вибрация. Възможно е да се отървете от него чрез удебеляване на предния ръб на крилата на самолета. Оказа се, че природата отдавна е измислила готово инженерно решение на този проблем – подобно удебеляване има и по крилете на водните кончета.
• Водното конче „вдъхнови” дизайнерите да създадат хеликоптер.
• Предвижда се като дрон да се използва живо водно конче. „Раница“ със система за управление и слънчеви панелиза храна. По този начин ще може да се контролират насекомите, насочвайки ги за по-добро опрашване на културите. Възможно е те да се използват за проследяване на човек.
• Способността на прилепите да се ориентират с помощта на ултразвук послужи като прототип за ехолокация. Тя ви позволява да изучавате топографията на морското дъно, да намирате потънали кораби, да откривате места, където се натрупва търговска риба и т.н. Възможно е дори да се проектира бастун за слепи хора, в които са монтирани ултразвуков източник и приемник, което значително подобрява качеството им на живот.
• Оказа неоценима помощ на науката. Изучавайки един от мистериозните му органи (халтер), учените създадоха много важно навигационно устройство на този принцип - вибрационен жироскоп.

• Това непривлекателно насекомо „предложи“ друго интересна идея. Очите на мухата й позволяват да получава много изображения на един и същи обект наведнъж. Това й позволява да определи скоростта на движението му с висока степен на точност. Използвайки този принцип, учените създадоха устройство, наречено „око на муха“. Сега се използва за определяне на скоростта на самолетите.
• В продължение на хиляди години усъвършенстваната способност на животните да се маскират и променят цвета си, за да съответства на цвета на околната среда, беше използвана за разработването на материала - хамелеона. Приложените към него електрически импулси му позволяват да формира фалшив образ. Военната техника, покрита с такъв материал, става невидима за дроновете, тъй като се слива с терена.
• Оказва се, че идеята за бинарно оръжие е заимствана от бръмбара бомбардир. Природата му предостави оригинални оръжия за самоотбрана. Две жлези, работещи автономно, произвеждат две безвредни субстанции, които ядосаната буболечка едновременно изхвърля от корема. На мястото на свързването им температурата достига 100 °C! Двойните снаряди са оборудвани с камера, разделена от преграда на две части. Те съдържат две вещества, които не представляват опасност поотделно. Но по време на експлозия те се комбинират, образувайки мощен отровен газ.
• Пътуването из залите на патентната библиотека на природата е към своя край. Но нека отворим друга папка, която преди беше маркирана като „Строго секретно“.

Бъдещето на биониката

През последните години в биониката се появи отделен раздел - невробионика.Той изучава приликите между компютрите и нервна системаживотни. Една от най-важните задачи на тази наука е да направи управлението на компютърните технологии толкова надеждно и гъвкаво, колкото нервната система.

Първите й успехи включват създаването на екзоскелети и биопротези, които изправят парализирани хора на крака. Следващата стъпка е да управлявате тези устройства със силата на мисълта. Вероятно невробиониката ще стане основа за създаването на изкуствен интелект.

Ако това съобщение е било полезно за вас, ще се радвам да ви видя

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

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

За официална дата на раждане 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 „Живите прототипи на изкуствени системи – ключ към нова технология" От само себе си обаче се разбира, че провеждането на такъв симпозиум стана възможно само защото до този момент бяха натрупани голямо количество данни за принципите на организация и функциониране на живите системи, а също така се появиха възможности за практическо използване на придобитите знания. за решаване на редица проблеми. текущи въпроситехнология.
име " бионика“ идва от старогръцкия корен „бион” – елемент на живота, клетка на живота или по-точно елементи на биологична система.
Веднага възниква емблема и мото, носещи символично изображение на научната същност на биониката - да синтезира знанията, натрупани в различни науки. Присъщи на 20 век. интензивният процес на отделяне и фрагментация на научните дисциплини, изключителната степен на спецификация 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 усложнява знанието и има спешна необходимост от интегриране на резултатите научно изследванеосновани на общи, 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 техните връзки.
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 интегрален 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, появили се през ХХ век. Много експерти смятат биониката за нов клон на кибернетиката, други я приписват на биологичните науки, но очевидно онези, които разграничават биониката като независима наука, са най-прави.
Обръщайки се към най-утвърдената дефиниция, можем да кажем това бионика- е наука, която изучава принципите на изграждане и функциониране на биологичните системи и техните елементи и използва получените знания за радикално подобряване на съществуващите и създаване на принципно нови машини, инструменти, апарати, строителни конструкциии технологични процеси. Биониката може да се нарече и наука за конструиране 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 живата природа, които могат да бъдат 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.
Сферата на дейност на техническата бионика е прилагането на математически модели или други аспекти на дейността на живите организми, често получени в хода на изследванията в биологичната и теоретичната бионика, с цел подобряване на съществуващите и създаване на напълно нови. технически средстваи системи, превъзхождащи в своите технически спецификациивече създадени по-рано и работещи на биологичен принцип.
В процеса на дълга еволюция природата е създала безброй живи организми на Земята, много от които с право могат да бъдат класифицирани като „живи“ инженерни системи", функциониращ много точно, научно и икономично, отличаващ се с невероятна точност, експедитивност, способност да реагира на фините промени в многобройни фактори на околната среда, да запомни и вземе предвид тези промени и да реагира на тях с различни адаптивни реакции.
Нека разгледаме използването 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, дори в древни времена, помогнаха за решаването на редица технически проблеми. Например, когато са извършвали очни операции, арабските лекари преди много стотици години са придобили разбиране за пречупването на светлинните лъчи при преминаване от една прозрачна среда в друга. Изследването на лещата на окото подтикна древните лекари да мислят за използването на лещи от кристал или стъкло за увеличаване на изображението и след това за коригиране на зрението.
Когато по време на едно от пътуванията си Джералд Даръл беше принуден да се съгласи на облог, чийто смисъл беше да назове четири изключителни изобретения и да докаже, че принципът, който е в основата им, е бил използван от животни, преди хората да се сетят за това, едно от изобретенията беше използването на анестезия от оси. Когато пътните оси „подготвят“ храна за бъдещи ларви, 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 осидо появата на ларви от съединителя, за който е приготвена тази храна.

2. Аналози на естествени форми в медицината

много медицински инструментиимат прототип сред представители на живия свят. Иглата за скарификатор, която се използва 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 на принцип, който напълно повтаря структурата на резеца на зъба на прилеп, чието ухапване, от една страна, е различно безболезнено, а от друга страна, винаги е придружено от доста силно кървене.
Познатата бутална спринцовка в много отношения имитира кръвосмучещия апарат на насекоми - комари и бълхи, чието ухапване е гарантирано познато на всеки човек. Игла, използвана по време на операция, която се използва за зашиване вътрешни органии човешка тъкан, в продължение на няколко века не е променила първоначалната си форма - формата на ребрените кости големи риби, а скалпелът все още следва формата на тръстиково листо с естествения си режещ ръб.
Но това са само най-много прости примери, които са достигнали до нас буквално от незапомнени времена, а съвременното развитие на биониката засяга много високоразвити медицински технологии. Типичен пример е модерна технологиявъзстановяване и удължаване на зъбния емайл, което е един от „китовете“ на съвременната стоматология и технологията за удължаване на ноктите и косата, използвана в козметологията. В основата на тези технологии е принципът на изграждане на морски гъби, както и техниката на изграждане на гнезда на бързолети. И двата принципа на конструиране се основават на химио-втвърдяване и светлинно втвърдяване.

3. Принципи на биониката в услуга на медицината

Също толкова важно постижение на биониката в медицината е използването на биотокове. Когато в края на 18в. Италианският физиолог Луиджи Галвани, като страничен продукт от експерименти с дисекция на жаби, откри биотокове, възникващи в мускулите по време на движение; бъдещата употреба на биотокове изглеждаше изключително ограничена. Резултатите от съвременните изследвания обаче твърдят точно обратното. Мозъкът, командващ движенията на ръката, продължава да изпраща биотокове - слаб електрически сигнал - към мускулите на ръката, дори когато долният сегмент на ръката е ампутиран. Разбира се, в този случай няма движение, тъй като импулсите, влизащи в нервното окончание на пресечения мускул на пънчето, дават само усещане за определени движения, а материалният субстрат на движенията (мускулите) отсъства.
Първият модел на изкуствена ръка, управлявана от биопотенциал, е произведен 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, показващи с каква сила трябва да се направи движението. Опитът да поздравите човек с такава „желязна ръка“ неизбежно ще завърши с нараняване.
Усъвършенстването на протезите, управлявани от биотокове, наистина напредваше с големи скокове и още през лятото на 1960 г. участниците в Първия международен конгрес на Федерацията по автоматично управление, проведен в Москва, видяха как едно момче без ръка взе изкуствена ръкапарче тебешир и написа на дъската ясно и ясно: „Здравейте на участниците в конгреса“. Протезната ръка, която ясно се свиваше и отпускаше, беше контролирана от биотокове. Постигната е яснота на движенията, достатъчна за адекватното функциониране на протезата, а следващата цел на учените е формирането на 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, монтирани на върховете на пръстите, изработени 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 костна вибрация и електрическа костна стимулация, 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 няма адекватно лечение. в момента съществува.
Провеждането на обширни 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 тялото на оперирания с цел 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 неблагоприятни зимни времена. При тези животни хипотермията също е насочена към забавяне на метаболитните процеси в органите и тъканите, което води до по-малка консумация 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 инструментално изследване в гастроскопията.
Връщайки се към протезирането на крайниците, трябва да се отбележи, че друг съвременен вид протези, използвани предимно за протезиране на долните крайници, или по-точно протезите на силиконова основа, също съдържат природен принцип- принципът на хидравличната структура на ходещите крака на паяк, 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, прилагани върху големи повърхности на изгаряне и служещи за предотвратяване на инфекция на рани, почти напълно имитират структурата повърхностни слоевенепокътната човешка кожа, която има бактерицидни свойства и се характеризира с полупропускливост.
Постиженията на биониката в много отношения обещават известно подобрение на състоянието или почти пълна компенсация на качеството на живот на пациенти, чиято ситуация преди това е била считана за почти безнадеждна.
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.
Съвсем наскоро много глухи хора са получили реална възможностчуват с помощта на устройство, създадено на базата най-новото откритиеУчени-физиолози: нискочестотните вибрации, възприемани от човешкото ухо, могат да бъдат възприети от живия нерв на зъба и предадени на мозъка. Радиоинженерите създадоха така наречения „радиозъб“ - система, с помощта на която хората, които преди това не са чували, могат да чуят. За монтирането на такова устройство е необходимо наличието на един жив зъбен нерв, а пълната липса на живи зъбни нерви не е типична дори за напълно засегната устна кухина.
Дизайнът на устройството може да се опише приблизително по следния начин: миниатюрен микрофон, който може да се носи на китката като часовник, е свързан към същия миниатюрен предавател, който преобразува звука в радиосигнали, които се улавят от монтиран приемник в зъба. Приемникът е тънък слой от полупроводникова сплав, нанесен 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. от външен видТози дизайн практически не се различава от металните пломби и корони, които са често срещани в съвременната ортопедична стоматология.
Сигналът на радиопредавателя, получен от такава антена, влиза в пиезоелектричния елемент; в пиезоелектричния елемент възникват вибрации, които, вълнувайки свободните нервни окончания в зъба, се предават под формата на нервни импулси към кортикалните и подкортикалните слухови центрове на мозъка. Така човек, който до този момент е живял в свят без звуци, започва да чува. Разбира се, в Истински животза човек, оборудван с такова устройство, остават значителен брой ограничения, например при използването 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 човека пълна социална рехабилитация.
IN напоследъкВ редица страни изследванията на така наречената квази-слухова идентификация станаха широко разпространени с цел създаване на устройства, които симулират слуховия апарат. Вече са създадени и тествани някои устройства, които възпроизвеждат функциите на слуховите органи. Така в университета в Лайден, във връзка с изследването на механизма на човешкото възприемане на звуците, е разработен електронен модел на ухото (под формата на филтърна система), който възпроизвежда честотните характеристики на ухото. Моделирането даде възможност да се изясни 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 има за цел да анализира зависимостта на интензитета на звука на различни честоти в звуците, произнесени от човек, навреме, за да идентифицира знаци, по които човек разпознава звуци, фонеми и произнесени думи 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

По този начин само от няколко примера можем да заключим за значителната роля на биониката в съвременния научен свят, а не само като абстрактна наука, която не е лишена от малка приложна стойност, а като основна основа на съвременните технологии и технологии. Природата е усъвършенствала своите инженерни умения безброй години, което обяснява детайлното, дори миниатюрно усъвършенстване на функциите и формите на природните обекти. Човекът е придобил инженерни умения сравнително наскоро, което означава, че неговият подход към природните 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. М.: Армадо-прес, 2001.
3. Венчиков А.И. Биотокове. М.: 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. Удивителни неща в света на животните / изд. Константинова А. С., Ларина Н. И. Издателство Сарат. състояние университет, 1970 г.