Бионика в човешкия живот

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

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

Защо този велик учен взе природата в своя учител?

Животът в най -примитивния си вид се е появил на Земята преди около 2 милиарда години. Милиони векове продължи безмилостен естествен подбор, в резултат на което оцеляха най -силните и най -съвършените. Заемането на най -доброто от природата за овластяване на човека е първото, което предлага Леонардо да Винчи. През 1485 г. той създава механична летяща машина - орнитоптел, чийто принцип е копирал от птици. И въпреки че тогава човек не успя да се научи да лети, но това бележи началото на нова наука - бионика. Биониката е симбиоза на биологията и технологиите.

Ако историята на Земята - 4,5 милиарда години - бъде представена като един ден, тогава се оказва, че Homo sapiens се е появил на планетата преди по -малко от минута. Изминаха само част от секундата и той вече си представя, че е създател и вече не може да твори по -лошо от природата... Доскоро, докато измисляше нещо ново, човек не осъзнаваше, че то вече съществува. Просто трябва да видите и да кандидатствате. 99% научни откритиячовек шпионира природата. Всичко, което ни заобикаля, има своя естествен двойник.

Бионика(от Βίον - жив ) - приложен при кандидатстване в технически устройстваи системи от принципи на организация, свойства, функции и структури ... Просто казано, биониката е съединение 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 бионика ще проникне там, където никой още не е проникнал, и ще види това, което никой още не е видял.

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

Мечтите за летене и тяхното реално въплъщение са много различни неща. И въпреки смели идеикато тези на Леонардо да Винчи, човечеството ще остане приковано към земята в продължение на много векове. Изучаването на птиците, структурата на техните крила и опашка, доведе до факта, че човекът е изобретил самолета. Структурата на човешкото око положи основите на фотографския обектив, структурата на слънчогледовото съцветие - за слънчевите батерии. Сресвайки съцветия от репей и козината на куче сова след разходка, известният дизайнер изобретява закопчалките с велкро. Насекомите дадоха на учените идеята за хеликоптери. Рибите подтикнаха към създаването на подводници. MercedesBenz Corporation е разработила бионика превозно средствокопиран от тропическа кутия. Въпреки формата на куфара, машината има изключително ниско въздушно съпротивление.

Всеки ден се сблъскваме с бионични изобретения, без дори да го знаем. Най -често принципите, възприети от природата, се срещат в архитектурата. Например, в дизайна на известния Айфеловата куласе намира структурата на човешката бедрена кост. На главата на костта има много точки за закрепване, благодарение на тях натоварването върху ставата се разпределя равномерно. Това позволява на извитата бедрена кост да поддържа голямо телесно тегло. Същите точки за закрепване могат да бъдат намерени в основата на Айфеловата кула. Дизайнът му се счита за архитектурен еталон за устойчивост.

Друга кула, Останкино, има естествен аналог. Тя тънък силуетразпознаваем. Прототипът на Останкинската кула е стрък жито. Неговата способност да не се счупи под тежестта на съцветия е в основата на кулата.

Архитектите все повече се обръщат към принципите на функциониране на живите организми. За да разбере как работи това, дизайнерът трябва да изучава биология. Естествени прототипи архитектурни структуристават риби, птици, растения и дори човешкото тяло.

Bionics не стои неподвижно. Тази наука създава истинска революция. Простото наблюдение, симулацията може много.Бъдещата ми професия е свързана с машиностроенето. Машиностроенето е най -роботизираното. За първи път в практическото му приложениеиндустриални роботиполучени 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 изпълнение на различни технологични процесис цел подобряване на ефективността на предприятието.

В дизайна роботът 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 бионичните модели се използват активно. Манипулаторът на индустриален робот се състои от определен брой подвижни връзки (оси), свързани помежду си. Той е подреден по принципа на крайниците на членестоноги. Колкото повече оси, толкова повече универсален дизайнроботът.Разположението и гъвкавостта на свързването на оста на робота е внимателно направено по човешкия модел (съвместна връзка). Осите на манипулатора се управляват от сензори. Те са аналогични на сетивата и реагират на светлина, позиция в пространството.

Природата пази много повече мистерии, хармонията на нейните творения винаги е удивлявала и ще удивлява човешкия свят. Но въпросът е: „Ще имаме ли време да се възползваме от останалите„ патенти на дивата природа “? Като се има предвид скоростта, с която растенията и животните изчезват от лицето на земята, и статистиката неумолимо заявява, че всяка година има един вид животни и всеки ден един вид растения, този въпрос звучи много тревожно. В тази връзка запазването на редки и застрашени видове животни и растения, поддръжка заобикаляща средав условия, благоприятни за живота на целия живот на Земята - спешен проблем, и гаранцията за 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 развити в процеса на еволюция. Дълго време човечеството е заемало структури, елементи, конструкции от природата за решаване на своите технологични проблеми. В момента техногенната цивилизация завладява все повече територии от природата, наоколо е доминирана от правоъгълни форми, стомана, стъкло и бетон, а ние живеем в така наречената градска джунгла.

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

Примери за бионика в архитектурата. Научен и художествен подход

Биониката е преди всичко научно направление, а след това и творческо. Когато се прилага към архитектурата, това означава използването на принципите и методите за организиране на живи организми и форми, създадени от живи организми, при проектирането и строителството на сгради. Първият архитект, който работи в бионичния стил, е А. Гауди. Известните му творби все още се възхищават от света (Casa Batlló, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Guell и др.).

Къща на Мила Антони Гауди в Барселона
Националната опера в Пекин

Съвременната бионика се основававърху нови методи, използващи математическо моделиране и широк спектър от софтуер за изчисление и 3D визуализация. Основната му задача е да изучава законите на образуване на тъкани от живи организми, тяхната структура, физически свойства, характеристики на дизайнас цел трансформирането на тези знания в архитектурата. Живите системи са пример за структури, които функционират въз основа на принципите за осигуряване на оптимална надеждност, образувайки оптимална форма, като същевременно пестят енергия и материали. Именно тези принципи са в основата на биониката. Известни примери за бионика са представени на сайта.

Опера Сидни
Плувен комплекс в Пекин

Ето някои от най-големите базирани на бионика структури в целия свят:

• Айфеловата кула в Париж (повтаря формата на пищяла)
• Стадион „Лястовиче гнездо“ в Пекин (външна метална конструкция повтаря формата на птиче гнездо)
• Аква небостъргач в Чикаго (прилича на поток от падаща вода, формата на сградата също прилича на сгънатата структура от варови находища по бреговете на Големите езера)
• Жилищна сграда "Nautilus" или "Shell" в Наукалпан (дизайнът й е взет от естествената структура - черупката на мида)
• Опера в Сидни (имитира отварящите се венчелистчета от лотос във водата)
• Плувен комплекс в Пекин (структурата на фасадата се състои от "водни мехурчета", повтаря кристалната решетка, позволява ви да акумулирате слънчева енергия, използвана за нуждите на сградата)
• Национална опера в Пекин (имитира капка вода)

Биониката включва и създаването на нови строителни материали, чиято структура е предложена от законите на природата. Днес вече има много примери за бионика, всеки от които се отличава с невероятната сила на своята структура. По този начин можете да получите нови допълнителни възможности за изграждане на конструкции от различни мащаби.

Скулптурна облачна порта в Чикаго
Примери за бионика в интериорния дизайн

Характеристики на интериорния дизайн в стила на бионика с примери

Бионичният стил е дошъл и в интериорния дизайн: както в жилищни помещения, така и в помещенията на сектора на услугите, социални и културни цели. Примери за бионика могат да се видят в съвременните 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, биониката на интериора използва естествени форми в организацията на пространството, в планирането на помещения, в дизайна на мебели и аксесоари, в декора.

Дизайнерите черпят идеите си от познатите структури на дивата природа:

• Восъкът и пчелната пита са основата за създаване на необичаен дизайн в интериора: стени и прегради, мебелни елементи, декор, стени и таванни панели, отвори за прозорции т.н.
• Паяжината е необичайно лек и икономичен мрежест материал. Често се използва като основа при проектирането на прегради, дизайна 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 течащите естествени форми. При проектирането на стълби художници от бионичното направление най -често тръгват от растителни форми.
• Цветните очила се използват в бионични примери за създаване на интересно осветление.
• V дървени къщистволовете на дърветата могат да се използват като поддържащи колони. Като цяло дървото е един от най -разпространените интериорни материали в бионичния стил. Използват се също вълна, кожа, лен, бамбук, памук и др.
• Огледалните и лъскави повърхности са взети от водната повърхност и хармонично се вписват.
• Отлично решение е използването на перфорация с цел намаляване на теглото на отделните конструкции. Порестите костни структури често се използват за създаване интересни мебели, като същевременно спестява материал, създавайки илюзията за ефирност и лекота.

Осветителните тела също следват биологични структури. Лампите, имитиращи водопад, светещи дървета и цветя, облаци, небесни тела, изглеждат красиви и оригинални, морски животи т.н. Примери за бионика често се използват естествени материаликоито са екологично чисти. Открояващи се характеристикитази посока се счита за гладки линии, естествени цветове. Това е опит да се създаде атмосфера, близка до естествената природа, като същевременно не се елиминират удобствата, които човек е придобил с развитието на технологиите. Електрониката е включена в дизайна по такъв начин, че да не се забелязва.

Небостъргачът Aqua в Чикаго е пример за бионика в интериорния дизайн на стадион „Лястовиче гнездо“ в Пекин

В примерите за бионика в интериора можете да разгледате аквариумите, интересни необичаен дизайни уникални форми, които като в природата не се повтарят. Можем да кажем, че в биониката няма ясни границии зониране на пространството, някои стаи плавно се "вливат" в други. Естествените елементи не са задължителни за целия интериор. В момента много често се срещат проекти с отделни елементи на бионика - мебели, които повтарят структурата на тялото, структурата на растенията и други елементи от дивата природа, органични вложки, декор от естествени материали.

трябва да бъде отбелязано че ключова характеристикабиониката в архитектурата и интериорния дизайн е имитация на естествени форми, основани на научните познания за тях. Създаване на благоприятна за околната среда среда, благоприятна за хората с използването на нови енергийно ефективни технологииможе да бъде идеална посока за градско развитие. Следователно биониката е бързо развиваща се нова посока, която завладява умовете на архитектите и дизайнерите.

Невъзможно е да се каже кога точно се е родила бионичната наука, защото човечеството винаги е черпило вдъхновение от природата, известно е например, че преди около 3 хиляди години са правени опити да се копира създаването на коприна, както правят насекомите . Разбира се, подобни опити не могат да бъдат наречени развитие по никакъв начин, едва след като се появиха съвременните технологии, човек имаше много реална възможност да копира естествени идеи, да възпроизведе изкуствено за няколко часа всичко, което се ражда в естествени условия през годините. Например, учените знаят как да отглеждат синтетични камъни, които не отстъпват по красота и чистота на естествените, по -специално като аналог на диаманти.

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 помагат за перфектно разпределение на теглото, така че бедрената глава може да издържи на големи натоварвания. Същият принцип е използван при създаването на Айфеловата кула.

Може би най -известният "" бионик, който е дал огромен принос за неговото развитие, е Леонардо да Винчи. Например, той наблюдаваше полета на водно конче, а след това се опитваше да прехвърли движенията му при създаването самолет.

Значението на биониката за други научни области

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

Може да се говори за нейната изключително приложна природа, но модерната софтуердава възможност да се симулират и превеждат в реалност всякакви природни решения и затова изучаването и сравняването на природните явления с човешките възможности става все по -важно. При проектирането на съвременна роботика инженерите все повече се обръщат към бионични учени за помощ. В края на краищата именно роботите ще направят възможно в бъдеще значително да улеснят човешкия живот и за това те трябва да могат да се движат правилно, да мислят, да предсказват, анализират и т. Н. И така, учени от Станфордския университет са създали робот, базиран на по наблюдения на хлебарки, тяхното изобретение е не само пъргаво 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 бионика ще бъде възможно да се създадат колосални технологични разработки в бъдеще. Сега на човек ще са необходими само няколко години, за да създаде аналог на природните явления, докато самата природа ще прекара хиляди години за това.

Как се правят открития, как се създават различни изобретения - с една дума, всичко, какво движи човечеството напред?Разбира се, това изисква знания, талант, постоянство и работоспособност. Но това не е всичко.

Истинският учен се отличава с остро наблюдение, съчетано със сила творческо въображение... Комбинацията от тези качества прави възможно създаването на промишлени аналози на естествени структури.

По природа патенти

От 60 -те години на XX век се появи нов срок- бионика, наука, която използва знания за дивата природа за решаване на технически проблеми.Значението на тази наука трудно може да бъде надценено. В крайна сметка природата създава своите творения с максимална ефективност.

Най-простият пример за създаване на такъв аналог, създаден от човека, е велкро и ципове, използвани като закопчалки за якета за обувки и т.н. Но човекът е заимствал това просто, но много удобно изобретение от природата. Шиповете от репей лесно се придържат различни материали, образувайки доста силна връзка и, веднъж на косата, те причиняват много неприятности.

Учените са събрали огромен брой интересни идеи, изучавайки морския живот:

• Така че, усъвършенстван от хилядолетната еволюция, служи като прототип за проектирането на подводници и морски плавателни съдове... И изследването направи възможно създаването на напълно уникален материал от ламинфо. Облицовката на подводната част на корабите, направена от този материал, увеличава скоростта им с 15-20%.

• Вероятно сте се срещали, разпръснати морска вода, подобно на желе от месо. Изучавайки този обитател на морските дълбини, учените откриха много интересни неща в нея. Знаете ли как се движи медуза? Тя изтласква водата от пипалата си със сила и така се придвижва напред. на същия принцип. Горещите газове излизат от дюзата с голяма скорост, изтласквайки ракетата в обратната посока.

• Но медузите са подготвили друга изненада за хората. Оказва се, че тези хора могат да „чуят“ звука на наближаваща буря. И преди бурята те отиват далеч в морето, за да не бъдат изхвърлени на брега от морски вълни. Учените са успели да проучат тази особеност на медузите. Благодарение на това откритие е създадено устройството „Ухото на Медуза“, което оттогава много надеждно обслужва хората. Тя ви позволява да прогнозирате приближаването на буря 12-15 часа преди нейното начало. През това време моряците и рибарите могат да се подготвят за среща с бушуващите елементи. Благодаря ти медузи!
• В резервоарите на Бразилия има четириока риба. 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 очила. Същият принцип е в основата на бифокалите. Лещите им се състоят от две половини с различна оптична мощност. Горна частслужи за зрение от разстояние, долният - за четене.
• Забележителният френски изследовател на морските дълбини, Жак-Ив Кусто, наблюдаваше с интерес бръмбара, който тревожно издърпа мехур въздух във водата. Това беше идеята на учения да създаде екипировка за гмуркане.

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

Изпращайки бързи бързи или величествени орли, търсещи плячката си от височина, хората мечтаеха да се издигнат също толкова спокойно над земята. скицира полети и дори разработи летяща машина, която не беше предназначена да се издигне във въздуха.

Идеите, заимствани от природата, все още се използват от изобретателите на летящи машини:

• Дизайнът на крилото на самолета е възможно най -близо до формата на крилата на големи птици.
• Дълго време изпитателите на високоскоростни самолети бяха изправени пред явлението трептене - най -силната вибрация. Беше възможно да се отървете от него поради удебеляването на предния ръб на крилата на самолета. Оказа се, че природата е измислила готово инженерно решение на този проблем отдавна - има такова удебеляване по крилата на водни кончета.
• Водното конче "вдъхнови" дизайнерите да създадат хеликоптера.
• Предлага се да се използва животно водно конче като дрон. Към него на гърба ще бъде прикрепена „раница“ със система за управление и слънчеви панелиза храна. По този начин ще бъде възможно да се контролират насекомите, насочвайки ги за по -добро опрашване на културите. Не е изключено използването им за проследяване на човек.
• Способността на прилепите да се ориентират с помощта на ултразвук служи като прототип за ехолокация. Тя ви позволява да изучавате топографията на морското дъно, да намирате потънали кораби, да локализирате местата за натрупване на търговска риба и др. Дори беше възможно да се проектира бастун за слепи хора, в които са монтирани източник и приемник на ултразвук, което значително подобрява качеството им на живот.
• Оказа неоценима помощ на науката. Изучавайки един от мистериозните му органи (халтер), учените са създали на този принцип много важно навигационно устройство - вибрационен жироскоп.

• Това непривлекателно насекомо предложи още едно интересна идея... Очите на мухата му позволяват да получава много изображения на един и същ обект наведнъж. Това й позволява да определи скоростта на неговото движение с висока степен на точност. Според този принцип учените са създали устройство, което се нарича „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 да променят цвета си в съответствие с цвета на околната среда се използва при разработването на материал - хамелеон. Електрическите импулси, приложени към него, ви позволяват да образувате фалшив образ върху него. Военното оборудване, покрито с такъв материал, става невидимо за дронове, тъй като се слива с терена.
• Оказва се, че идеята за двоично оръжие е заимствана от бръмбар бомбардиращия. Природата му е предоставила оригинално оръжие за самозащита. Две жлези, работещи автономно, произвеждат две безобидни вещества, които гневната буболечка едновременно изхвърля от корема. В мястото, където се съединяват, температурата достига 100 ° C! Двоичните снаряди са оборудвани с камера, разделена от преграда на две части. Те съдържат две вещества, които поотделно не представляват никаква опасност. Но когато експлодират, те се комбинират, за да образуват най -силният отровен газ.
• Пътуването през залите на патентната библиотека на природата е към своя край. Но нека отворим друга папка, в която преди това е бил изброен печатът „Строго секретно“.

Бъдещето на биониката

През последните години се появи отделен раздел по бионика - невробионика.Той изучава приликите между компютрите и нервна системаживотни. Една от най -важните задачи на тази наука е да направи контрола върху компютърните технологии толкова надежден и гъвкав, колкото и нервната система.

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

Ако това съобщение е полезно за вас, добре е да се видим.

1. Биониката като наука - история на развитието, определения, същност
2. Аналози на естествените форми в медицината
3. Принципите на биониката в служба на медицината
Заключение
Библиография

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

Официалната дата на раждане на една от новите науки, възникнали през съвременния ХХ век, биониката, се счита за 13 септември 1960 г. - деня на откриването на първия американски национален симпозиум на тема „Живите прототипи на изкуствените системи - ключ към нова технология". От само себе си се разбира, че провеждането на такъв симпозиум стана възможно само защото по това време бяха натрупани големи количества данни за принципите на организация и функциониране на живите системи, а също така имаше възможности за практическо използване на придобитите знания за решаване на редица спешни технически проблеми.
Име " бионика„Произхожда от древногръцкия корен„ бион ”- елемент от живота, клетка от живота или по-точно елементи от биологична система.
Веднага възникна емблема и мото, носещи в себе си символичен образ на научната същност на биониката - да се синтезират знанията, натрупани в различни науки. Присъщ за ХХ век. интензивният процес на разделяне, фрагментиране на научните дисциплини, изключителната степен на конкретизация на целите и задачите на отделните науки доведоха до появата на повече от хиляда и половина клона на знанието. За доста дълъг период от време подобна диференциация на знанието допринесе успешно развитиеповечето клонове на науката и технологиите, но в момента тясната специализация на учените затруднява изучаването и има спешна нужда от интегриране на резултатите научно изследваневъз основа 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 и тяхната връзка.
Бионикав много отношения това е логическо продължение на кибернетиката, но елиминира противоречията, произтичащи от специализацията на науките и тяхното разделяне, и интегрира разнородна информация в съответствие с единството на живата природа или биологичен принцип. Следователно емблемата на биониката е скалпел и поялник, свързани с интегрален знак, а мотото е „Живите прототипи са ключът към новите технологии“.
Все още няма консенсус относно съдържанието на бионика - може би най -популярната от младите науки, възникнали през 20 -ти век. Много експерти смятат биониката за нов клон на кибернетиката, други я приписват на биологичните науки, но очевидно тези, които отличават биониката като независима наука, са най -прави.
Обръщайки се към най-утвърденото определение, можем да кажем това бионикае наука, която изучава принципите на изграждането и функционирането на биологичните системи и техните елементи и прилагането на знанията за радикалното подобряване на съществуващите и създаването на фундаментално нови машини, устройства, устройства, строителни конструкциии технологични процеси. Биониката може да се нарече и наука за изграждането на технически устройства, чиито характеристики са максимално близки до характеристиките на живите системи.
Както при повечето науки, структурата на биониката е разнородна. Понастоящем е обичайно да се разграничават три методологични направления на биониката: биологична, математическа (теоретична) и техническа.
Биологична бионикасе основава на най -различни клонове на биологията и медицината, използва техните постижения, за да идентифицира определени принципи на живата природа, които могат да бъдат използвани като основа за решаване на различни инженерни проблеми.
Съдържанието на теоретичната бионика е разработването на математически апарат за биологично моделиране, както и математически модели на явления и процеси, протичащи в живите организми, живите системи или дори в обществата на организмите.
Сферата на дейност на техническата бионика е внедряването на математически модели или други аспекти от дейността на живите организми, често получени в хода на изследванията по биологична и теоретична бионика, с цел подобряване на съществуващите и създаване на напълно нови. технически средстваи системи, превъзхождащи своите технически спецификациивече създадени по -рано и действащи на биологичен принцип.
В процеса на дълга еволюция природата е създала на Земята безброй живи организми, много от които с право могат да бъдат приписани на „живи инженерни системи», Функциониращ много точно, научно и икономически, характеризиращ се с невероятна точност, целеустременост, способност да реагира на най -фините промени в множество фактори на околната среда, да помни и взема предвид тези промени, да реагира на тях с различни адаптивни реакции.
Помислете за прилагането на методите и решенията на биониката в медицината - онзи клон на биологичните науки, с който всеки човек се сблъсква повече от веднъж в живота си.
Много от „изобретенията“ на природата в древни времена помогнаха за решаването на редица технически проблеми. Така например, провеждайки очна операция, арабските лекари преди много стотици години получиха идея за пречупване на светлинните лъчи по време на прехода от една прозрачна среда към друга. Изследването на лещата на окото подтикна древните лекари да използват лещи, изработени от кристал или стъкло, за да увеличат изображението и след това да коригират зрението.
Когато в едно от скитанията си Джералд Дарел беше принуден да се съгласи на залог, чийто смисъл беше да посочи четири изключителни изобретения и да докаже, че присъщият им принцип е бил използван от животните, преди хората да са го помислили, едно от изобретения се нарича използването на анестезия от оси. Когато пътните оси „приготвят“ храна за бъдещи ларви, те използват методи, които всеки лекар може да нарече методи за проводима анестезия - ухапване с инжектиране на невроплегично (нервно -паралитично) вещество в областта на големите нервни стволове напълно парализира, но не убива паяк, който лежи неподвижно гнездо на осидо появата на ларви от съединителя, за които е приготвена тази храна.

2. Аналози на естествените форми в медицината

Много медицински инструментиимат прототип сред представителите на живия свят. Игленият скарификатор, който служи за събиране на периферна кръв (например с цел извършване на общ кръвен тест, многократно предписван на всеки от нас от лекари от всички профили), е проектиран по принципа, който напълно повтаря структура на резцовия зъб на прилеп, чието ухапване, от една страна, се различава безболезненост, а от друга страна, винаги е придружено от достатъчно тежко кървене.
Познатата на всички бутална спринцовка в много отношения имитира кръвосмучещия апарат на насекоми - комар и бълха, с ухапване от които гарантирано всеки човек е запознат. Игла, използвана по време на операция, използвана за зашиване вътрешни органии човешка тъкан, в продължение на няколко века не е променила първоначалната си форма - формата на реберните кости голяма риба, а скалпелът все още следва формата на тръстиковия лист с естествения му режещ ръб.
Но това са само най -много прости примери, дошли до нас буквално от незапомнени времена, а съвременното развитие на биониката засяга разнообразие от високо развити медицински технологии. Типичен пример е модерна технологияреконструкция и уголемяване на зъбния емайл, който е един от „китовете“ на съвременната стоматология и технологията за удължаване на ноктите и косата, използвана в козметологията. Основата на тези технологии е принципът на изграждане на морски гъби, както и техниката на изграждане на гнезда на бързи-бързачи. И двата принципа на изграждане се основават на техники за химическо втвърдяване и светлина.

3. Принципите на биониката в служба на медицината

Също толкова важно постижение на биониката в медицината е използването на биотокове. Когато в края на 18 век. италианският физиолог Луиджи Галвани, като страничен продукт от експериментите по анатомията на жабите, открива биотокове, които възникват в мускулите по време на движение; бъдещото използване на биотокове изглежда е ограничено до крана. Резултатите от съвременните изследвания обаче потвърждават точно обратното. Мозъкът, командвайки 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 нервния край на пресечения мускул на пънчето, дават само усещането за определени движения, а материалният субстрат на движенията (мускул) 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 възприема само общи сигнали като „свиване на пръсти“, „разтваряне на пръсти“ и най -простото редуване на тези команди, без да възприема сигнали от регулиращ тип, показващи с каква сила трябва да се извърши движението. Опитът да поздравите човек с такава „желязна ръка“ неизбежно би завършил с нараняване.
Усъвършенстването на протези, контролирани от биотокове, наистина вървеше скок и граница и вече през лятото на 1960 г. участниците в първия Международен конгрес на Федерацията по автоматичен контрол, проведен в Москва, видяха как едно момче, което нямаше ръка, взе изкуствена ръкапарче тебешир и написа на дъската ясно и ясно: „Здравейте на участниците в конгреса“. Биотоковете контролират ръката на протезата, която се свива и разтича ясно. Беше постигната яснота на движенията, достатъчна за адекватното функциониране на протезата, а следващата цел на учените беше формирането на обратна връзка, способността да усещат протезата.
Малко по-късно, на конференция по бионика в Баку, беше демонстриран макет на ръка с чувствителни на натиск сензори, прикрепени към върховете на пръстите, изработени от проводима гума или тънка тел. Под влияние на натиск върху сензорите, сигналите от тях променят честотата на вибрации на зумера, който е прикрепен към ръката близо до нерва, който отива към мозъка. Понастоящем най-обещаващите са сензорите, използващи костно-вибрационни и електро-костни стимули, но за подобряване на параметрите на сигналите, както и дизайна на действащите елементи, все още е необходимо значително време, изпълнено с експерименти и изследователска работа .
Друг аспект от използването на биотокове в медицината е използването им при лечение на парези и парализи, коригиране на редица патологични състояния по време на бременност и евентуално за облекчаване на състоянието на пациентите с полиомиелит и детска церебрална парализа, за които в момента няма адекватно лечение.
Извършването на най -обширните и сложни операции на сърцето и мозъка стана възможно благодарение на въвеждането в медицинската практика на метода за контролирана хипотермия (т.е. умишлена хипотермия на оперираното тяло за забавяне на метаболитните процеси в тъканите и органите). Но малко хора знаят, че именно хипотермията е в основата на спряната анимация и паробиозата - състояние на дълбока хибернация - за 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 -ниска консумация на енергийни субстрати, отколкото в активно състояние.
Методът на придвижване 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 съвременен вид протези, използвани главно за протезиране на долните крайници, или по -скоро протези на силиконова основа, също съдържа в основата си естествен принцип- принципът на хидравличната структура на ходещите крака на паяк, чиито движения се основават на прехода на състоянието на биологичен колоид според типа "гел-сол".
Донякъде напредъкът в биониката в областта на медицината се основава на структурата на самия човек. По този начин перфузионните филми, нанесени върху обширни 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 дават надежди за някакво подобрение на състоянието или почти пълна компенсация на качеството на живот на пациенти, чието положение преди се е считало за практически безнадеждно.
Една от първите стъпки по този път е създаването на слухови апарати. Загубата на слуха е значителна и опасна за човек и води до пълно или почти пълно увреждане. Този проблем остава един от изключително сложните и практически неразрешими проблеми в медицината.
Съвсем наскоро много глухи хора са получили реална възможност да чуят с помощта на апарат, създаден на базата на най -новото откритиеФизиологични учени: нискочестотните вибрации, възприемани от човешкото ухо, могат да бъдат възприети от живия нерв на зъба и предадени до мозъка. Радиоинженерите са създали така наречения „радио зъб“ - система, с която досега нечути хора могат да чуят. За да се създаде такова устройство, е необходимо наличието на един жив зъбен нерв, а пълното отсъствие на живи зъбни нерви не е характерно дори за напълно засегнатата устна кухина.
Дизайнът на апарата може да бъде описан 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 приемник, монтиран в зъб. Приемникът е тънък слой от полупроводникова сплав, нанесен върху свободни нервни окончания, разположени в зъбния канал. Тази полупроводникова сплав образува пиезоелектричен елемент, покрит отгоре със слой злато или сребро, който служи като антена. От външен видТози дизайн практически не се различава от метализираните пломби и коронки, които са обичайни в съвременната ортопедична стоматология.
Сигналът от радиопредавателя, получен от такава антена, влиза в пиезоелектрическия елемент; в пиезоелектричния елемент възникват вибрации, които, възбуждайки свободните нервни окончания в зъба, се предават под формата на нервни импулси към кортикалните и подкорковите слухови центрове на мозъка. Така човек, който до този момент е живял в свят без звуци, започва да чува. Разбира се в Истински животза лице, оборудвано с такова устройство, остават значителен брой ограничения, например при използването мобилни телефони, както и при работа с т. нар. генератори на шум, но какво означават тези ограничения в сравнение с пълната глухота, която не дава на човек пълна социална рехабилитация.
V последните временаВ редица страни изследванията на т. Нар. Квазислухова идентификация станаха широко разпространени с цел създаване на устройства, симулиращи слухов апарат. Някои слухови апарати вече са разработени и тествани. Така в университета в Лайден във връзка с изследванията на механизма на възприемане на звуците от хората е разработен електронен модел на ухото (под формата на филтърна система), който възпроизвежда честотните характеристики на ухото. Моделирането направи възможно усъвършенстването на модела на слуха и по -специално да се комбинират явления като възприемане на тембър и звуци в тяхната динамика.
Моделът на американските учени У. Колдуел, Е. Гленер, Дж. Стюарт е предназначен да анализира зависимостта на интензитета на звучене на различни честоти в звуците, произнасяни от човек навреме, за да се идентифицират признаци, по които човек разпознава звуци, произнасят се фонеми и думи 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

По този начин вече от няколко примера може да се заключи, че биониката играе значителна роля в съвременния научен свят и не само като абстрактна наука, не лишена от малка приложна стойност, а като основна основа на съвременните технологии и технологии . Природата усъвършенства своите инженерни умения от безброй години, което обяснява подробното, дори миниатюрно, усъвършенстване на функциите и формите на природните обекти. Човек притежава инженерни умения сравнително наскоро, което означава, че призивът му към природните обекти е фундаментално правилен и обещава в бъдеще много интересни и неочаквани неща и следователно определя развитието на една от новите науки - биониката.

Библиография

1. Березин Ф. Б. Психологическа и психофизична адаптация на човека. Л.: Наука, 1988.
2. Джералд Дарел. 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 физиология на човека и възстановителна медицина. М.: GOETAR „Медицина“, 1999.
5. Пуговкина Н. А. Обща биология. М.: „Образование“, 1990г.
6. История на медицината: Сборник есета. Издателство Волгоград. пчелен мед. акад., 1994 г.
7. Удивително в света на животните / изд. Константинова А.С., Лариной Н.И. състояние не-това, 1970.