La bionique dans la vie humaine

On dit qu'une fois par siècle un génie naît sur Terre. Un tel génie était Léonard de Vinci. Le plus grand artiste, sculpteur, mathématicien, ingénieur et anatomiste Léonard de Vinci s'est efforcé de trouver la vérité, de l'apprendre et de la décrire.

"J'ai pris la nature comme mentor - le professeur de tous les enseignants."

Pourquoi ce grand scientifique a-t-il pris la nature pour maître ?

La vie sous sa forme la plus primitive est apparue sur Terre il y a environ 2 milliards d'années. Pendant des millions de siècles, une sélection naturelle impitoyable a duré, à la suite de laquelle le plus fort et le plus parfait ont survécu. Emprunter le meilleur de la nature pour responsabiliser l'homme a été le premier à suggérer Léonard de Vinci. En 1485, il crée une machine volante mécanique - un ornithoptel, dont il copie le principe des oiseaux. Et bien qu'alors une personne n'ait pas réussi à apprendre à voler, mais cela a marqué le début d'une nouvelle science - la bionique. La bionique est une symbiose de la biologie et de la technologie.

Si l'histoire de la Terre - 4,5 milliards d'années - est présentée comme un jour, alors il s'avère que Homo sapiens est apparu sur la planète il y a moins d'une minute. Il ne s'est passé qu'une fraction de seconde et il s'imagine déjà créateur et ne peut plus créer pire que nature... Jusqu'à récemment, en inventant quelque chose de nouveau, une personne ne se rendait pas compte que cela existait déjà. Il suffit de voir et de postuler. 99% découvertes scientifiques l'homme espionnait la nature. Tout ce qui nous entoure a sa contrepartie naturelle.

Bionique(de Βίον - vie ) - appliqué sur demande en appareils techniques et systèmes de principes d'organisation, propriétés, fonctions et structures ... En termes simples, la bionique est un composé et ... Date de naissance de la bionique : 13 septembre 1960.La bionique a un symbole : scalpel croisé, fer à souder et signe intégral. Cette union de la biologie, de la technologie et des mathématiques nous permet d'espérer que la science de la bionique pénétrera là où personne n'a encore pénétré, et verra ce que personne d'autre n'a vu.

L'homme a toujours rêvé de conquérir le ciel. Mais il n'était disponible que pour les oiseaux. Et ce sont les oiseaux qui ont donné aux gens l'idée de voler.

Les rêves de vol et leur incarnation réelle sont des choses très différentes. Et malgré idées audacieuses comme celles de Léonard de Vinci, l'humanité resterait enchaînée au sol pendant de nombreux siècles. L'étude des oiseaux, la structure de leurs ailes et de leur queue, a conduit au fait que l'homme a inventé l'avion. La structure de l'œil humain a jeté les bases de l'objectif photographique, la structure de l'inflorescence de tournesol - pour les batteries solaires. En peignant les inflorescences de bardane et la fourrure d'un chien chouette après une promenade, le célèbre designer a inventé les attaches Velcro. Les insectes ont donné aux scientifiques l'idée des hélicoptères. Les Poissons ont incité la création de sous-marins. MercedesBenz Corporation a développé un bionique véhicule copié à partir de poissons-boîtes tropicaux. Malgré sa forme de valise, la machine a une résistance à l'air extrêmement faible.

Nous rencontrons tous les jours des inventions bioniques sans même le savoir. Le plus souvent, les principes empruntés à la nature se retrouvent dans l'architecture. Par exemple, dans la conception du célèbre Tour Eiffel se trouve la structure du fémur humain. Il existe de nombreux points d'ancrage sur la tête de l'os, grâce à eux, la charge sur l'articulation est uniformément répartie. Cela permet au fémur courbé de supporter un poids corporel important. Les mêmes points d'ancrage se retrouvent au pied de la Tour Eiffel. Sa conception est considérée comme la référence architecturale en matière de durabilité.

Une autre tour, Ostankino, a un analogue naturel. Sa silhouette mince reconnaissable. Le prototype de la tour Ostankino est une tige de blé. Sa capacité à ne pas se briser sous le poids des inflorescences a constitué la base de la tour.

Les architectes se tournent de plus en plus vers les principes de fonctionnement des organismes vivants. Pour comprendre comment cela fonctionne, le concepteur doit étudier la biologie. Prototypes naturels structures architecturales deviennent des poissons, des oiseaux, des plantes et même le corps humain.

La bionique ne reste pas immobile. Cette science est en train de créer une véritable révolution. Simple observation, la simulation est capable de beaucoup de choses.Mon futur métier est lié au génie mécanique. L'industrie de l'ingénierie est la plus robotique. Pour la première fois dans son application pratiquerobots industrielsreçu grâce aux ingénieurs américains D. Devol et D. Engelberg à la fin des années 50 et au début des années 60 du XXe siècle. Ils sont utilisés pour effectuer divers processus technologiques afin d'améliorer l'efficacité de l'entreprise.

Dans la conception, le robot peut contenir un ou plusieurs manipulateurs, tandis que le manipulateur lui-même peut avoir une capacité de charge, une précision de positionnement et un degré de liberté différents. Lors de la création d'un robot industriel, des modèles bioniques sont activement utilisés. Le manipulateur d'un robot industriel est constitué d'un certain nombre de liaisons mobiles (axes) reliées les unes aux autres. Il est disposé selon le principe des membres d'arthropodes. Plus il y a d'essieux, plus conception polyvalente le robot.L'emplacement et la flexibilité de la connexion de l'axe du robot ont été soigneusement réalisés selon le modèle humain (connexion conjointe). Les axes du manipulateur sont contrôlés par des capteurs. Ils sont analogues aux sens et réagissent à la lumière, se positionnent dans l'espace.

La nature garde bien d'autres mystères, l'harmonie de ses créations a toujours émerveillé et émerveillera le monde des humains. Mais la question est : « Aurons-nous le temps de profiter des « brevets sur la faune sauvage » restants ? Compte tenu de la vitesse à laquelle les plantes et les animaux disparaissent de la surface de la terre, et les statistiques indiquent inexorablement : une espèce d'animaux chaque année et une espèce de plantes chaque jour, cette question semble très alarmante. cet égard, la préservation d'espèces animales et végétales rares et menacées, l'entretien environnement dans des conditions favorables à la vie de toute vie sur Terre - problème urgent, et la garantie du développement ultérieur de l'humanité.

Les formes les plus parfaites, tant du point de vue de la beauté que du point de vue de l'organisation et du fonctionnement, ont été créées par la nature elle-même et développées au cours de l'évolution. Pendant longtemps l'humanité a emprunté des structures, des éléments, des constructions à la nature pour résoudre ses problèmes technologiques. Actuellement, la civilisation technogénique conquiert de plus en plus de territoires de la nature, autour est dominée par formes rectangulaires, l'acier, le verre et le béton, et nous vivons dans la jungle urbaine.

Et chaque année, le besoin humain d'un cadre de vie naturel harmonieux, rempli d'air, de verdure et d'éléments naturels, devient de plus en plus tangible. Par conséquent, les sujets environnementaux deviennent de plus en plus pertinents dans la planification urbaine et. Dans cet article, nous allons nous familiariser avec des exemples de bionique - intéressant orientation moderne en architecture et décoration d'intérieur.

Exemples de bionique en architecture. Approche scientifique et artistique

La bionique est avant tout une direction scientifique, puis créative. Appliqué à l'architecture, cela signifie utiliser les principes et les méthodes d'organisation des organismes vivants et des formes créées par les organismes vivants dans la conception et la construction de bâtiments. Le premier architecte à travailler dans le style bionique était A. Gaudí. Ses œuvres célèbres sont toujours admirées par le monde (Casa Batlló, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Guell, etc.).

Maison de Mila Antoni Gaudi à Barcelone
Opéra national de Pékin

La bionique moderne est basée sur de nouvelles méthodes utilisant la modélisation mathématique et une large gamme de logiciels de calcul et de visualisation 3D. Sa tâche principale est d'étudier les lois de formation des tissus des organismes vivants, leur structure, propriétés physiques, caractéristiques de conception dans le but de traduire ces connaissances en architecture. Les systèmes vivants sont un exemple de structures qui fonctionnent sur la base des principes d'assurer une fiabilité optimale, formant une forme optimale tout en économisant de l'énergie et des matériaux. Ce sont ces principes qui forment la base de la bionique. Des exemples célèbres de bionique sont présentés sur le site.

Opéra de Sydney
Complexe aquatique à Pékin

Voici quelques-unes des plus grandes structures basées sur la bionique dans le monde entier :

• Tour Eiffel à Paris (répète la forme du tibia)
• Stade du Nid d'hirondelle à Pékin (la structure métallique externe reprend la forme d'un nid d'oiseau)
• Gratte-ciel aquatique à Chicago (ressemblant extérieurement à un écoulement d'eau qui tombe, la forme du bâtiment ressemble également à une structure pliée de dépôts de calcaire le long des rives des Grands Lacs)
• Immeuble résidentiel "Nautilus" ou "Shell" à Naukalpan (sa conception est tirée de la structure naturelle - la coquille d'une palourde)
• Opéra de Sydney (imite les pétales de lotus qui s'ouvrent sur l'eau)
• Complexe aquatique à Pékin (la structure de la façade est constituée de "bulles d'eau", répète le réseau cristallin, cela permet d'accumuler l'énergie solaire utilisée pour les besoins du bâtiment)
• Opéra national de Pékin (imite une goutte d'eau)

La bionique comprend également la création de nouveaux matériaux de construction, dont la structure est suggérée par les lois de la nature. Aujourd'hui, il existe déjà de nombreux exemples de bionique, dont chacun se distingue par la force étonnante de sa structure. Ainsi, vous pouvez obtenir de nouvelles opportunités supplémentaires pour la construction de structures de différentes échelles.

Sculpture Cloud Gate à Chicago
Exemples de bionique en design d'intérieur

Caractéristiques du design d'intérieur dans le style de la bionique avec des exemples

Le style bionique s'est également imposé dans la décoration d'intérieur : aussi bien dans les locaux d'habitation que dans les locaux du secteur tertiaire, à des fins sociales et culturelles. Des exemples de bionique peuvent être vus dans les parcs modernes, les bibliothèques, centres commerciaux, restaurants, centres d'exposition, etc. Quelle est la caractéristique de ce style à la mode? Quelles sont ses caractéristiques ? Comme dans le cas de l'architecture, la bionique de l'intérieur utilise des formes naturelles dans l'organisation de l'espace, dans l'aménagement des locaux, dans la conception du mobilier et des accessoires, dans le décor.

Les concepteurs puisent leurs idées dans les structures familières de la faune :

• La cire et le nid d'abeille sont la base pour créer des designs inhabituels à l'intérieur: murs et cloisons, éléments de mobilier, décor, mur et panneaux de plafond, ouvertures de fenêtre etc.
• La toile d'araignée est un matériau maillé exceptionnellement léger et économique. Il est souvent utilisé comme base dans la conception de cloisons, la conception de meubles et luminaires, de hamacs.
• Les escaliers extérieurs ou intérieurs peuvent être réalisés sous la forme de structures en spirale ou inhabituelles créées à partir de matériaux naturels combinés qui répètent les formes naturelles fluides. Dans la conception d'escaliers, les artistes de la direction bionique partent le plus souvent de formes végétales.
• Des verres colorés sont utilisés dans des exemples de bionique pour créer un éclairage intéressant.
• V Maisons en bois les troncs d'arbres peuvent être utilisés comme colonnes de support. En général, le bois est l'un des matériaux d'intérieur les plus courants dans le style bionique. La laine, le cuir, le lin, le bambou, le coton, etc. sont également utilisés.
• Les surfaces miroir et brillantes proviennent de la surface de l'eau et s'intègrent harmonieusement.
• Une excellente solution est l'utilisation de la perforation afin de réduire le poids des structures individuelles. Des structures osseuses poreuses sont souvent utilisées pour créer meubles intéressants, tout en économisant de la matière, créant l'illusion de légèreté et de légèreté.

Les fixations suivent également des structures biologiques. Les lampes qui imitent une cascade, des arbres et des fleurs rougeoyants, des nuages, des corps célestes sont beaux et originaux, La vie marine etc. Des exemples de bionique utilisent souvent matériaux naturels qui sont respectueux de l'environnement. Principales caractéristiques cette direction est considérée comme des lignes lisses, des couleurs naturelles. Il s'agit d'une tentative de créer une atmosphère proche de la nature, tout en n'éliminant pas les commodités qu'une personne a acquises avec le développement de la technologie. L'électronique est incorporée dans la conception de telle manière qu'elle ne soit pas visible.

Le gratte-ciel Aqua à Chicago est un exemple de bionique dans la décoration intérieure du stade Swallow's Nest à Pékin

Dans les exemples de bionique à l'intérieur, vous pouvez envisager des aquariums, intéressants dessins inhabituels et des formes uniques qui, comme dans la nature, ne se répètent pas. On peut dire qu'en bionique il n'y a pas des limites claires et le zonage de l'espace, certaines pièces "s'écoulent" en douceur dans d'autres. Les éléments naturels ne s'appliquent pas nécessairement à tout l'intérieur. Actuellement, les projets avec des éléments individuels de bionique sont très courants - des meubles qui répètent la structure du corps, la structure des plantes et d'autres éléments de la faune, des inserts organiques, des décors à partir de matériaux naturels.

Il faut noter que caractéristique clé la bionique dans l'architecture et la décoration d'intérieur est l'imitation de formes naturelles basées sur des connaissances scientifiques à leur sujet. Création d'un environnement respectueux de l'environnement favorable à l'homme avec l'utilisation de nouveaux technologies écoénergétiques pourrait être une direction idéale pour le développement urbain. Par conséquent, la bionique est une nouvelle direction en pleine croissance qui capture l'esprit des architectes et des designers.

Il est impossible de dire quand exactement la science de la bionique est née, car l'humanité s'est toujours inspirée de la nature, on sait, par exemple, qu'il y a environ 3 000 ans, des tentatives ont été faites pour copier la création de la soie, comme le font les insectes. . Bien sûr, de telles tentatives ne peuvent en aucun cas être qualifiées de développement, ce n'est qu'après l'apparition des technologies modernes qu'une personne a eu une très réelle opportunité de copier des idées naturelles, de reproduire artificiellement en quelques heures tout ce qui est né dans des conditions naturelles au fil des ans. Par exemple, les scientifiques savent comment faire pousser des pierres synthétiques qui ne sont pas inférieures en beauté et en pureté aux pierres naturelles, en particulier en tant qu'analogue des diamants.

L'incarnation visuelle la plus célèbre de la bionique est la Tour Eiffel à Paris. Cette construction était basée sur l'étude du fémur, qui s'est avéré être constitué de petits os. Ils aident à répartir parfaitement le poids, de sorte que la tête fémorale peut supporter de lourdes charges. Le même principe a été utilisé pour créer la Tour Eiffel.

Le plus célèbre "" bionique, qui a grandement contribué à son développement, est peut-être Léonard de Vinci. Par exemple, il a observé le vol d'une libellule, puis a essayé de transférer ses mouvements lors de la création avion.

La pertinence de la bionique pour d'autres domaines scientifiques

Tout le monde n'accepte pas la bionique comme une science, la considérant comme un savoir né à la jonction de plusieurs disciplines, alors que le concept de bionique lui-même est large, il recouvre plusieurs orientations scientifiques... En particulier, ce Ingénierie génétique, conception, électronique médicale et biologique.

On pourrait parler de sa nature exclusivement appliquée, mais la modernité Logiciel permet de simuler et de traduire dans la réalité toutes sortes de solutions naturelles, et donc l'étude et la comparaison des phénomènes naturels avec les capacités humaines sont de plus en plus importantes. Lors de la conception de la robotique moderne, les ingénieurs se tournent de plus en plus vers les scientifiques bioniques pour obtenir de l'aide. Après tout, ce sont les robots qui permettront à l'avenir de faciliter grandement la vie humaine, et pour cela ils doivent être capables de se déplacer correctement, de penser, de prédire, d'analyser, etc. Ainsi, des scientifiques de l'Université de Stanford ont créé un robot basé sur sur les observations de cafards, leur invention est non seulement agile et organique mais aussi très fonctionnelle. Dans un futur proche, ce robot pourrait devenir assistante irremplaçable pour ceux qui ne peuvent pas se déplacer de façon autonome.

Avec l'aide de la bionique, il sera possible de créer des développements technologiques colossaux à l'avenir. Maintenant, une personne n'aura besoin que de quelques années pour créer un analogue de phénomènes naturels, tandis que la nature elle-même y consacrera des milliers d'années.

Comment les découvertes sont faites, comment diverses inventions sont créées - en un mot, tout, qu'est-ce qui fait avancer l'humanité ? Bien sûr, cela nécessite des connaissances, du talent, de la persévérance et la capacité de travailler. Mais ce n'est pas tout.

Un vrai scientifique se distingue par une observation fine, combinée à la force imagination créatrice... La combinaison de ces qualités permet de créer des analogues industriels de structures naturelles.

Par nature brevets

Depuis les années 60 du XXe siècle, est apparu nouveau mandat- bionique, une science qui utilise les connaissances sur la faune pour résoudre des problèmes techniques. L'importance de cette science ne peut guère être surestimée. Après tout, la nature crée ses créations avec une efficacité maximale.

L'exemple le plus simple de création d'un tel analogue artificiel est le velcro et les fermetures à glissière utilisés comme attaches sur les vestes de chaussures, etc. Mais l'homme a emprunté cette invention simple mais très pratique à la nature. Les épines de bardane adhèrent facilement divers matériaux, formant une connexion assez forte, et, une fois sur les cheveux, ils causent beaucoup de problèmes.

Les scientifiques ont glané un grand nombre d'idées intéressantes en étudiant la vie marine :

• Ainsi, aiguisé par l'évolution millénaire a servi de prototype pour la conception de sous-marins et navires de mer... Et l'étude a permis de créer un matériau laminfo tout à fait unique. Le revêtement de la partie sous-marine des navires, constitué de ce matériau, augmente leur vitesse de 15 à 20%.

• Vous avez probablement rencontré, vautré dans eau de mer, semblable à de la viande en gelée. En étudiant cette habitante des profondeurs de la mer, les scientifiques ont trouvé en elle beaucoup de choses intéressantes. Savez-vous comment se déplace une méduse ? Elle pousse l'eau hors de ses tentacules avec force et avance ainsi. sur le même principe. Des gaz chauds ont jailli de sa tuyère à grande vitesse, poussant la fusée dans la direction opposée.

• Mais la méduse a préparé une autre surprise pour les gens. Il s'avère que ces individus sont capables d'« entendre » le bruit d'une tempête qui approche. Et avant la tempête, ils vont loin dans la mer, pour ne pas être jetés à terre par les vagues de la mer. Les scientifiques ont réussi à étudier cette caractéristique des méduses. Grâce à cette découverte, l'appareil "L'oreille de la méduse" a été créé, qui depuis lors a servi les gens de manière très fiable. Il permet de prévoir l'approche d'un orage 12 à 15 heures avant son début. Pendant ce temps, marins et pêcheurs peuvent se préparer à une rencontre avec les éléments déchaînés. Merci méduse !
• Dans les réservoirs du Brésil, il y a un poisson à quatre yeux. En fait, elle n'a que deux yeux, mais chacun d'eux est divisé en deux parties. La moitié supérieure surveille la situation au-dessus de la surface de l'eau et la moitié inférieure vous permet d'être protégé des prédateurs qui empiètent sur cette beauté aux yeux de lunettes. Le même principe est au cœur des bifocaux. Leurs lentilles se composent de deux moitiés avec une puissance optique différente. Partie supérieure sert pour la vision de loin, le plus bas - pour la lecture.
• Le remarquable explorateur français des profondeurs de la mer, Jacques-Yves Cousteau, observait avec intérêt le scarabée, qui tirait anxieusement une bulle d'air dans l'eau. C'était l'idée pour le scientifique de créer un équipement de plongée.

La liste des brevets empruntés à la vie marine est loin d'être épuisée, mais nous devons encore nous familiariser avec les inventions intéressantes que l'humanité a espionnées sur les oiseaux et les insectes volants.

En voyant des martinets rapides ou des aigles majestueux guettant leur proie d'en haut, les gens rêvaient de planer tout aussi calmement au-dessus du sol. esquissé des vols et, et même développé une machine volante, qui n'était pas destinée à s'élever dans les airs.

Cependant, des idées empruntées à la nature étaient encore utilisées par les inventeurs des machines volantes :

• La conception de l'aile de l'avion est aussi proche que possible de la forme des ailes des grands oiseaux.
• Pendant longtemps, les testeurs d'avions à grande vitesse ont été confrontés au phénomène de flottement - la vibration la plus forte. Il a été possible de s'en débarrasser grâce à l'épaississement du bord d'attaque des ailes de l'avion. Il s'est avéré que la nature avait inventé il y a longtemps une solution technique prête à l'emploi à ce problème - il y a un tel épaississement sur les ailes des libellules.
• La libellule "a inspiré" les concepteurs pour créer l'hélicoptère.
• Il est proposé d'utiliser une libellule vivante comme drone. Un "sac à dos" avec un système de contrôle lui sera attaché sur le dos et panneaux solaires pour l'alimentation. De cette façon, il sera possible de contrôler les insectes, en les guidant pour une meilleure pollinisation des cultures. Leur utilisation pour le suivi d'une personne n'est pas exclue.
• La capacité des chauves-souris à naviguer à l'aide d'ultrasons a servi de prototype pour l'écholocation. Il permet d'étudier la topographie des fonds marins, de trouver des navires coulés, de localiser les lieux d'accumulation de poissons commerciaux, etc. Il a même été possible de concevoir une canne pour personnes aveugles, dans lequel sont montés la source et le récepteur d'ultrasons, ce qui améliore grandement leur qualité de vie.
• Une aide précieuse à la science. En étudiant l'un de ses organes mystérieux (licol), les scientifiques ont créé sur ce principe un appareil de navigation très important - un gyroscope à vibrations.

• Cet insecte peu attrayant a suggéré un autre idée intéressante... Les yeux de la mouche lui permettent d'obtenir plusieurs images du même objet à la fois. Cela lui permet de déterminer la vitesse de son mouvement avec une grande précision. Selon ce principe, les scientifiques ont créé un appareil appelé « œil de mouche ». Il est maintenant utilisé pour déterminer la vitesse des avions de ligne.
• Pendant des milliers d'années, la capacité raffinée des animaux à se déguiser et à changer de couleur pour correspondre à la couleur de l'environnement a été utilisée dans le développement d'un matériau - un caméléon. Les impulsions électriques qui lui sont appliquées permettent de former une fausse image dessus. Les équipements militaires recouverts d'un tel matériau deviennent invisibles pour les drones, car ils se confondent avec le terrain.
• Il s'avère que l'idée d'une arme binaire est empruntée au scarabée bombardier. La nature lui a fourni une arme originale d'autodéfense. Deux glandes, fonctionnant de manière autonome, produisent deux substances inoffensives, que l'insecte en colère jette simultanément hors de l'abdomen. A l'endroit où ils se rejoignent, la température atteint 100°C ! Les projectiles binaires sont équipés d'une chambre divisée par une cloison en deux parties. Ils contiennent deux substances qui, séparément, ne présentent aucun danger. Mais lorsqu'ils explosent, ils se combinent pour former le gaz toxique le plus puissant.
• Le voyage dans les couloirs de la bibliothèque des brevets de la nature touche à sa fin. Mais ouvrons un autre dossier sur lequel le tampon "Top Secret" était précédemment répertorié.

L'avenir de la bionique

Ces dernières années, une section distincte a émergé en bionique - neurobionique. Il étudie les similitudes entre les ordinateurs et système nerveux animaux. L'une des tâches les plus importantes de cette science est de rendre le contrôle de la technologie informatique aussi fiable et flexible que le système nerveux.

Ses premiers succès incluent la création d'exosquelettes et de bioprothèses qui remettent les personnes paralysées sur leurs pieds. La prochaine étape consiste à contrôler ces appareils avec le pouvoir de la pensée. Il est probable que la neurobionique deviendra la base de la création de l'intelligence artificielle.

Si ce message vous est utile, ce sera un plaisir de vous voir.

1. La bionique en tant que science - histoire du développement, définitions, essence
2. Analogues de formes naturelles en médecine
3. Les principes de la bionique au service de la médecine
Conclusion
Bibliographie

1. La bionique en tant que science - histoire du développement, définitions, essence

La date formelle de naissance de l'une des nouvelles sciences qui ont émergé au XXe siècle moderne, la bionique, est considérée comme le 13 septembre 1960 - jour d'ouverture du premier symposium national américain sur le thème "Prototypes vivants de systèmes artificiels - le la clé de nouvelle technologie". Cependant, il va sans dire que la tenue d'un tel colloque n'a été possible que parce qu'à ce moment-là, une grande quantité de données sur les principes d'organisation et de fonctionnement des systèmes vivants avait été accumulée, et qu'il y avait également des opportunités pour l'utilisation pratique des connaissances acquises. pour résoudre un certain nombre de problèmes techniques urgents.
Nom " bionique"Provient de la racine grecque antique" bion "- un élément de la vie, une cellule de la vie ou, plus précisément, des éléments d'un système biologique.
Immédiatement, un emblème et une devise sont apparus, portant en eux-mêmes une image symbolique de l'essence scientifique de la bionique - pour synthétiser les connaissances accumulées dans diverses sciences. Inhérent au XXe siècle. le processus intensif de séparation, la fragmentation des disciplines scientifiques, le degré extrême de concrétisation des buts et objectifs des sciences individuelles ont conduit à l'émergence de plus d'un millier et demi de branches de la connaissance. Pendant une période assez longue, une telle différenciation des connaissances a contribué à développement réussi la plupart des branches de la science et de la technologie, mais à l'heure actuelle, la spécialisation étroite des scientifiques rend difficile l'apprentissage, et il est urgent d'intégrer les résultats recherche scientifique sur la base de principes uniformes et généraux.
La première tentative d'une nouvelle unification fut la cybernétique, dont le principal principe d'intégration était l'universalité des modes de gestion du vivant et de l'inanimé et de leur connexion.
Bionique elle est à bien des égards une suite logique de la cybernétique, mais elle élimine les contradictions résultant de la spécialisation des sciences et de leur séparation, et intègre des informations hétérogènes selon l'unité de la nature vivante, ou un principe biologique. Par conséquent, l'emblème de la bionique est un scalpel et un fer à souder, reliés par un signe intégral, et la devise est « Les prototypes vivants sont la clé des nouvelles technologies ».
Il n'y a toujours pas de consensus sur le contenu de la bionique - peut-être la plus populaire des jeunes sciences qui ont émergé au XXe siècle. De nombreux experts considèrent la bionique comme une nouvelle branche de la cybernétique, d'autres l'attribuent aux sciences biologiques, mais, apparemment, ceux qui distinguent la bionique comme une science indépendante ont tout à fait raison.
Pour en revenir à la définition la mieux établie, on peut dire que bionique est une science qui étudie les principes de la construction et du fonctionnement des systèmes biologiques et de leurs éléments et l'application des connaissances acquises pour l'amélioration radicale de l'existant et la création de machines, dispositifs, dispositifs fondamentalement nouveaux, structure de bâtiment et les processus technologiques. La bionique peut également être appelée la science de la construction de dispositifs techniques, dont les caractéristiques sont aussi proches que possible des caractéristiques des systèmes vivants.
Comme pour la plupart des sciences, la structure de la bionique est hétérogène. A l'heure actuelle, il est d'usage de distinguer trois directions méthodologiques de la bionique : biologique, mathématique (théorique) et technique.
Bionique biologique est basé sur les branches les plus différentes de la biologie et de la médecine, utilise leurs réalisations pour identifier certains principes de la nature vivante, qui peuvent être utilisés comme base pour résoudre divers problèmes d'ingénierie.
Le contenu de la bionique théorique est le développement d'un appareil mathématique pour la modélisation biologique, ainsi que des modèles mathématiques de phénomènes et de processus se produisant dans les organismes vivants, les systèmes vivants ou même dans les sociétés d'organismes.
Le domaine d'activité de la bionique technique est la mise en œuvre de modèles mathématiques ou d'autres aspects de l'activité des organismes vivants, souvent obtenus au cours de recherches en bionique biologique et théorique, afin d'améliorer ceux existants et d'en créer de complètement nouveaux. moyens techniques et des systèmes supérieurs dans leur spécifications techniques déjà créé plus tôt et agissant sur un principe biologique.
Au cours d'un long processus d'évolution, la nature a créé sur Terre d'innombrables organismes vivants, dont beaucoup peuvent à juste titre être attribués à « vivre systèmes d'ingénierie», Fonctionnement très précis, scientifiquement et économiquement, caractérisé par une précision étonnante, une détermination, une capacité à répondre aux changements les plus subtils de nombreux facteurs environnementaux, à se souvenir et à prendre en compte ces changements, à y répondre avec une variété de réactions adaptatives.
Considérez l'application des méthodes et des solutions de la bionique en médecine - cette branche des sciences biologiques, à laquelle chaque personne est confrontée plus d'une fois dans sa vie.
Bon nombre des "inventions" de la nature dans les temps anciens ont aidé à résoudre un certain nombre de problèmes techniques. Ainsi, par exemple, en effectuant une chirurgie oculaire, il y a plusieurs centaines d'années, les médecins arabes ont eu une idée de la réfraction des rayons lumineux lors de la transition d'un milieu transparent à un autre. L'étude du cristallin de l'œil a incité les anciens médecins à utiliser des lentilles en cristal ou en verre pour agrandir une image, puis pour corriger la vision.
Lorsque, au cours d'un de ses voyages, Gerald Darell fut contraint d'accepter un pari dont le sens était de nommer quatre inventions marquantes et de prouver que le principe qui y était posé a été utilisé par les animaux avant que l'homme n'y pense, l'un des inventions a été appelé l'utilisation de l'anesthésie par les guêpes. Lorsque les guêpes des routes "préparent" la nourriture pour les futures larves, elles utilisent des méthodes que tout médecin peut appeler des méthodes d'anesthésie par conduction - une morsure avec l'injection d'une substance neuroplégique (nerf paralytique) dans la zone des gros troncs nerveux paralyse complètement, mais ne tue pas une araignée immobile dans nid de guêpes jusqu'à l'apparition des larves de la couvée, pour lesquelles cette nourriture a été préparée.

2. Analogues de formes naturelles en médecine

De nombreux instruments médicaux avoir un prototype parmi les représentants du monde vivant. L'aiguille scarificateur, qui sert à la collecte de sang périphérique (par exemple, dans le but d'effectuer un test sanguin général, prescrit à plusieurs reprises à chacun de nous par des médecins de tous profils), est conçu selon le principe qui répète complètement le structure de la dent incisive d'une chauve-souris, dont la morsure, d'une part, diffère de l'indolence, et d'autre part, elle s'accompagne toujours d'un saignement suffisamment important.
La seringue à piston familière à tous imite à bien des égards l'appareil suceur de sang des insectes - un moustique et une puce, dont la piqûre est garantie à tout le monde. Une aiguille utilisée pendant la chirurgie, utilisée pour suturer les organes internes et les tissus humains, depuis plusieurs siècles n'a pas changé sa forme d'origine - la forme des os des côtes gros poisson, et le scalpel suit toujours la forme de la feuille de roseau avec son tranchant naturel.
Mais ce ne sont que les plus exemples simples, qui nous sont parvenus littéralement depuis des temps immémoriaux, et le développement moderne de la bionique concerne une variété de technologies médicales hautement développées. Un exemple typique est technologie moderne reconstruction et augmentation de l'émail des dents, qui est l'une des « baleines » de la dentisterie moderne et de la technologie d'extension des ongles et des cheveux utilisée en cosmétologie. La base de ces technologies est le principe de construction d'éponges de mer, ainsi que la technique de construction de nids de martinets. Ces deux principes de construction sont basés sur des techniques de durcissement chimique et de durcissement léger.

3. Les principes de la bionique au service de la médecine

Une réalisation tout aussi importante de la bionique en médecine est l'utilisation des biocourants. Quand à la fin du XVIIIe siècle. le physiologiste italien Luigi Galvani, en tant que sous-produit d'expériences sur l'anatomie des grenouilles, a découvert des biocourants qui apparaissent dans les muscles pendant le mouvement ; l'utilisation future des biocourants semblait limitée à la grue. Cependant, les résultats de la recherche moderne confirment exactement le contraire. Le cerveau, commandant les mouvements du bras, continue d'envoyer des biocourants aux muscles du bras - un signal électrique faible - même lorsque le segment inférieur du bras est amputé. Bien sûr, il n'y a pas de mouvement dans ce cas, car les impulsions, tombant dans la terminaison nerveuse du muscle tronqué du moignon, ne donnent que la sensation de certains mouvements, et le substrat matériel des mouvements (muscle) est absent.
Le premier modèle de main artificielle contrôlée par un biopotentiel date de 1957. Il comportait un entraînement électromagnétique et un système très encombrant d'amplification et de conversion des signaux bioélectriques prélevés sur n'importe quel muscle. La première main artificielle ne percevait que des signaux généraux tels que « serrer les doigts », « desserrer les doigts » et la plus simple alternance de ces commandes, sans percevoir de signaux de type régulateur, indiquant avec quelle force le mouvement devait être effectué. Une tentative de dire bonjour à une personne avec une telle « main de fer » se terminerait inévitablement par une blessure.
L'amélioration des prothèses contrôlées par les biocourants a vraiment progressé à pas de géant, et déjà à l'été 1960, les participants du 1er Congrès international de la Fédération sur le contrôle automatique, tenu à Moscou, ont vu comment un garçon qui n'avait pas de main a pris main artificielle un morceau de craie et écrit clairement et clairement au tableau : « Bonjour aux participants du congrès. Les biocourants contrôlaient la main de la prothèse, qui se serrait et se desserrait clairement. La clarté des mouvements a été atteinte, suffisante pour le bon fonctionnement de la prothèse, et le prochain objectif des scientifiques était la formation de rétroaction, la capacité de sentir la prothèse.
Un peu plus tard, lors d'une conférence sur la bionique à Bakou, une maquette d'une main avec des capteurs sensibles à la pression fixés au bout des doigts, en caoutchouc conducteur ou en fil fin, a été présentée. Sous l'influence de la pression sur les capteurs, les signaux de ceux-ci modifient la fréquence de vibration du buzzer, qui est attaché à la main près du nerf qui va au cerveau. Actuellement, les plus prometteurs sont les capteurs utilisant la vibration osseuse et les stimuli électro-osseux, cependant, pour affiner les paramètres des signaux, ainsi que la conception des éléments agissants, un temps considérable est encore nécessaire, rempli d'expériences et de travaux de recherche. .
Un autre aspect de l'utilisation des biocourants en médecine est leur utilisation dans le traitement de la parésie et de la paralysie, la correction d'un certain nombre d'états pathologiques pendant la grossesse, et éventuellement pour soulager l'état des patients atteints de poliomyélite et de paralysie cérébrale infantile, pour lesquels aucun traitement adéquat existe actuellement.
La réalisation des opérations les plus étendues et les plus complexes sur le cœur et le cerveau est devenue possible grâce à l'introduction dans la pratique médicale de la méthode de l'hypothermie contrôlée (c'est-à-dire l'hypothermie délibérée du corps opéré pour ralentir les processus métaboliques dans les tissus et les organes). Mais peu de gens savent que c'est l'hypothermie qui est à la base de l'animation suspendue et de la parobiose - un état d'hibernation profonde - pour de nombreux insectes et quelques petits rongeurs en période hivernale défavorable. Chez ces animaux, l'hypothermie vise également à ralentir les processus métaboliques dans les organes et les tissus, ce qui entraîne une consommation de substrats énergétiques plus faible qu'à l'état actif.
La méthode de locomotion de certains protozoaires est devenue le prototype de la création d'une sonde gastro-intestinale automatique, qui est la perspective la plus intéressante et la plus prometteuse pour les études instrumentales en gastroscopie.
Pour en revenir aux prothèses des membres, il est à noter qu'un autre type de prothèses modernes, utilisé principalement pour les prothèses des membres inférieurs, ou plutôt les prothèses à base de silicone, contient aussi essentiellement principe naturel- le principe de la structure hydraulique des pattes ambulantes d'une araignée dont les mouvements sont basés sur le passage de l'état d'un colloïde biologique selon le type « gel-sol ».
Dans une certaine mesure, les avancées de la bionique dans le domaine médical reposent sur la structure de la personne elle-même. Ainsi, les films de perfusion appliqués sur de vastes surfaces brûlées et servant à prévenir l'infection de la plaie imitent presque complètement la structure couches superficielles peau humaine intacte, qui a des propriétés bactéricides et se caractérise par une semi-perméabilité.
Les réalisations de la bionique à bien des égards laissent espérer une certaine amélioration de l'état ou une compensation presque complète de la qualité de vie des patients dont la situation était auparavant considérée comme pratiquement désespérée.
L'une des premières étapes de cette voie est la création d'appareils auditifs. La perte auditive est importante et dangereuse pour une personne et conduit à une invalidité complète ou presque complète. Ce problème reste l'un des problèmes extrêmement complexes et pratiquement insolubles de la médecine.
Plus récemment, de nombreuses personnes sourdes ont eu une réelle opportunité d'entendre à l'aide d'un appareil créé sur la base de nouvelle découverte Physiologistes : les vibrations basse fréquence perçues par l'oreille humaine peuvent être perçues par le nerf vivant de la dent et transmises au cerveau. Les ingénieurs radio ont créé ce qu'on appelle la "dent radio" - un système avec lequel des personnes jusqu'alors inconnues peuvent entendre. Pour établir un tel dispositif, la présence d'un seul nerf dentaire vivant est nécessaire, et l'absence totale de nerfs dentaires vivants n'est pas typique, même pour une cavité buccale totalement affectée.
La conception de l'appareil peut être décrite approximativement comme suit : un microphone miniature, qui peut être porté au poignet comme une montre, est connecté au même émetteur miniature qui convertit le son en signaux radio qui sont captés par un récepteur monté dans un dent. Le récepteur est une fine couche d'alliage semi-conducteur appliquée sur les terminaisons nerveuses libres situées dans le canal dentaire. Cet alliage semi-conducteur forme un élément piézoélectrique, recouvert d'une couche d'or ou d'argent, qui sert d'antenne. Par apparence Cette conception n'est pratiquement pas différente des obturations et couronnes métallisées, qui sont habituelles dans la dentisterie orthopédique moderne.
Le signal de l'émetteur radio, reçu par une telle antenne, pénètre dans l'élément piézoélectrique ; des vibrations se produisent dans l'élément piézoélectrique qui, excitant les terminaisons nerveuses libres de la dent, est transmise sous forme d'influx nerveux aux centres auditifs corticaux et sous-corticaux du cerveau. Ainsi, une personne qui jusqu'à ce moment vivait dans un monde sans sons commence à entendre. Bien sûr dans vrai vie pour une personne équipée d'un tel dispositif, un nombre important de restrictions subsistent, par exemple, dans l'utilisation téléphones portables, ainsi que lorsque l'on travaille avec des générateurs de bruit, mais que signifient ces restrictions par rapport à une surdité complète, qui ne donne pas à une personne une réinsertion sociale complète.
V Ces derniers temps Dans un certain nombre de pays, les études sur l'identification dite quasi auditive se sont généralisées, dans le but de créer des dispositifs simulant une prothèse auditive. Certains appareils auditifs ont déjà été développés et testés. Ainsi, à l'Université de Leyde dans le cadre d'études sur le mécanisme de perception des sons par l'homme, un modèle électronique de l'oreille (sous la forme d'un système de filtrage) a été développé, qui reproduit les caractéristiques fréquentielles de l'oreille. La modélisation a permis d'affiner le modèle auditif et, en particulier, de combiner des phénomènes tels que la perception du timbre et des sons dans leur dynamique.
Le modèle des scientifiques américains W. Caldwell, E. Glener, J. Stewart est conçu pour analyser la dépendance de l'intensité du son de différentes fréquences dans les sons prononcés par une personne à temps afin d'identifier les signes par lesquels une personne reconnaît les sons, phonèmes et mots prononcés par des personnes différentes... Ces études peuvent servir à la fois à des fins médicales en termes de création d'appareils auditifs plus avancés et à l'amélioration de la technologie informatique.

Conclusion

Ainsi, même à partir de quelques exemples, on peut conclure que la bionique joue un rôle important dans le monde scientifique moderne, et pas seulement en tant que science abstraite, non dépourvue d'une petite valeur appliquée, mais en tant que base de la technologie et de la technologie modernes. . La nature a perfectionné ses compétences en ingénierie depuis d'innombrables années, ce qui explique le raffinement détaillé, voire miniature, des fonctions et des formes des objets naturels. Une personne possède des compétences en ingénierie relativement récentes, ce qui signifie que son attrait pour les objets naturels est fondamentalement correct et promet de nombreuses choses intéressantes et inattendues à l'avenir, et détermine donc le développement de l'une des nouvelles sciences - la bionique.

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