Bionika u ljudskom životu

Kažu da se jednom u stoljeću na Zemlji rađa genij. Takav je genij bio Leonardo da Vinci. Najveći umjetnik, kipar, matematičar, inženjer i anatom Leonardo da Vinci nastojao je pronaći istinu, naučiti je i opisati.

"Uzeo sam prirodu za svog mentora - učitelja svih učitelja."

Zašto je ovaj veliki znanstvenik uzeo prirodu za svog učitelja?

Život u svom najprimitivnijem obliku nastao je na Zemlji prije otprilike 2 milijarde godina. Milijunima stoljeća trajao je nemilosrdni prirodni odabir, uslijed čega su preživjeli najjači i najsavršeniji. Posuđivanje najboljeg od prirode za osnaživanje čovjeka prvi je predložio Leonarda da Vincija. 1485. stvorio je mehanički leteći stroj - ornitoptel, čije je načelo prepisao od ptica. I premda tada osoba nije uspjela naučiti letjeti, ali to je označilo početak nove znanosti - bionike. Bionika je simbioza biologije i tehnologije.

Ako se povijest Zemlje - 4,5 milijardi godina - prikaže kao jedan dan, onda se ispostavlja da se Homo sapiens pojavio na planeti prije manje od minute. Prošao je samo djelić sekunde, a on već zamišlja sebe kao kreatora i više ne može stvarati gore od prirode... Do nedavno, dok je izmišljao nešto novo, osoba nije shvaćala da to već postoji. Samo trebate vidjeti i prijaviti se. 99% znanstvena otkrićačovjek je špijunirao prirodu. Sve što nas okružuje ima svoj prirodni pandan.

Bionika(iz Βίον - život ) - primijenjeno o prijavi u tehnički uređaji i sustavi načela organizacije, svojstva, funkcije i strukture ... Jednostavno rečeno, bionika je spoj i ... Datum rođenja bionike: 13. rujna 1960. godine.Bionika ima simbol: prekriženi skalpel, lemilica i integralni znak. Ovaj spoj biologije, tehnologije i matematike dopušta nam da se nadamo da će bionička znanost prodrijeti tamo gdje još nitko nije prodro, te da će vidjeti ono što još nitko nije vidio.

Čovjek je oduvijek sanjao o osvajanju neba. No bila je dostupna samo pticama. I ptice su ljudima dale ideju o letu.

Snovi o letenju i njihovo stvarno utjelovljenje vrlo su različite stvari. I unatoč hrabre ideje poput onih Leonarda da Vincija, čovječanstvo će ostati vezano za zemlju mnogo stoljeća. Proučavanje ptica, strukture njihovih krila i repa, dovelo je do činjenice da je čovjek izumio avion. Struktura ljudskog oka postavila je temelje za fotografski objektiv, struktura cvata suncokreta - za solarne baterije. Češljajući cvatove čička i krzno sova psa nakon šetnje, slavni dizajner izumio je čičak trake. Insekti su znanstvenicima dali ideju o helikopterima. Ribe su potaknule stvaranje podmornica. MercedesBenz Corporation razvila je bioniku vozilo kopirano iz tropske škrinjice. Unatoč svom obliku kofera, stroj ima izuzetno nizak otpor zraka.

Svakodnevno nailazimo na bioničke izume, a da toga nismo ni svjesni. Načela koja je priroda usvojila najčešće se nalaze u arhitekturi. Na primjer, u dizajnu poznatih Eiffelov toranj leži struktura ljudske bedrene kosti. Na glavi kosti postoji mnogo sidrišnih točaka, zahvaljujući njima je opterećenje zgloba ravnomjerno raspoređeno. To omogućuje zakrivljenoj butnoj kosti da podnese veliku tjelesnu težinu. Iste točke sidrenja mogu se pronaći u podnožju Eiffelovog tornja. Njegov se dizajn smatra arhitektonskim mjerilima za održivost.

Drugi toranj, Ostankino, ima prirodni analog. Nju vitka silueta prepoznatljiv. Prototip kule Ostankino je stabljika pšenice. Njegova sposobnost da se ne slomi pod težinom cvatova činila je osnovu kule.

Arhitekti se sve više okreću načelima funkcioniranja živih organizama. Da bi razumio kako to funkcionira, dizajner mora proučavati biologiju. Prirodni prototipovi arhitektonske strukture postanu ribe, ptice, biljke pa čak i ljudsko tijelo.

Bionika ne stoji mirno. Ova znanost stvara pravu revoluciju. Jednostavno promatranje, simulacija može puno.Moje buduće zanimanje vezano je za strojarstvo. Strojarska industrija je najrobotiznija. Po prvi put u svojoj praktičnoj primjeniindustrijski robotidobio zahvaljujući američkim inženjerima D. Devolu i D. Engelbergu krajem 50 -ih i početkom 60 -ih godina dvadesetog stoljeća. Koriste se za izvođenje raznih tehnološki procesi radi poboljšanja učinkovitosti poduzeća.

U dizajnu robot može sadržavati jednog ili više manipulatora, dok sam manipulator može imati različitu nosivost, točnost pozicioniranja i stupanj slobode. Prilikom stvaranja industrijskog robota aktivno se koriste bionički modeli. Manipulator industrijskog robota sastoji se od određenog broja pokretnih karika (osi) međusobno povezanih. Uređen je prema principu udova člankonožaca. Što više osovina, više svestran dizajn robot.Položaj i fleksibilnost osovinskog priključka robota pažljivo su izvedeni prema ljudskom uzorku (zajednički spoj). Osima manipulatora upravljaju senzori. Analogni su osjetilima i reagiraju na svjetlost, položaj u prostoru.

Priroda čuva još mnogo misterija, sklad njezinih kreacija oduvijek je zadivio i zadivit će ljudski svijet. No, pitanje je: "Hoćemo li imati vremena iskoristiti preostale" patente divljih životinja "? Uzimajući u obzir brzinu nestajanja biljaka i životinja s lica zemlje, a statistika neumoljivo kaže da postoji jedna vrsta životinja svake godine i jedna vrsta biljaka svaki dan, ovo pitanje zvuči vrlo alarmantno. S tim u vezi očuvanje rijetkih i ugroženih vrsta životinja i biljaka, održavanje okoliš u uvjetima povoljnim za život cijelog života na Zemlji - hitan problem, i jamstvo daljnjeg razvoja čovječanstva.

Najsavršenije oblike, i sa stajališta ljepote i sa stajališta organizacije i funkcioniranja, stvorila je sama priroda i razvila se u procesu evolucije. Čovječanstvo je dugo posuđivalo strukture, elemente, konstrukcije od prirode za rješavanje svojih tehnoloških problema. Trenutno tehnogena civilizacija osvaja sve više teritorija od prirode, okolo dominira pravokutni oblici, čelik, staklo i beton, a živimo u takozvanoj urbanoj džungli.

I svake godine, ljudska potreba za prirodnim skladnim životnim okruženjem, ispunjenim zrakom, zelenilom i prirodnim elementima, postaje sve opipljivija. Stoga ekološke teme postaju sve relevantnije u urbanističkom planiranju i. U ovom ćemo se članku upoznati s primjerima bionike - zanimljivo moderan smjer u arhitekturi i dizajnu interijera.

Primjeri bionike u arhitekturi. Znanstveni i umjetnički pristup

Bionika je prvenstveno znanstveni, a zatim i kreativni smjer. Kada se primjenjuje na arhitekturu, to znači korištenje načela i metoda organiziranja živih organizama i oblika koje stvaraju živi organizmi u projektiranju i izgradnji zgrada. Prvi arhitekt koji je radio u bioničkom stilu bio je A. Gaudí. Njegova poznata djela i dalje se dive svijetu (Casa Batlló, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Guell itd.).

Kuća Mila Antonija Gaudija u Barceloni
Nacionalna operna kuća u Pekingu

Temelji se suvremena bionika o novim metodama pomoću matematičkog modeliranja i širokom rasponu softvera za izračun i 3d vizualizaciju. Njegov je glavni zadatak proučavanje zakona stvaranja tkiva živih organizama, njihove strukture, fizikalna svojstva, značajke dizajna s ciljem prenošenja tog znanja u arhitekturu. Živi sustavi primjer su građevina koje funkcioniraju na načelima osiguravanja optimalne pouzdanosti, tvoreći optimalan oblik uz uštedu energije i materijala. Ta načela čine osnovu bionike. Poznati primjeri bionike predstavljeni su na web mjestu.

Opera House Sydney
Plivački kompleks u Pekingu

Evo nekih od najvećih bioničkih struktura u cijelom svijetu:

• Eiffelov toranj u Parizu (ponavlja oblik potkoljenice)
• Stadion Lastavičje gnijezdo u Pekingu (vanjska metalna konstrukcija ponavlja oblik ptičjeg gnijezda)
• Aqua neboder u Chicagu (izvana podsjeća na protok vode koja pada, također oblik zgrade podsjeća na presavijenu strukturu vapnenačkih naslaga duž obala Velikih jezera)
• Stambena zgrada "Nautilus" ili "Shell" u Naucalpanu (dizajn je preuzet iz prirodne strukture - ljuske školjke)
• Sydney Opera House (oponaša otvorene latice lotosa na vodi)
• Plivački kompleks u Pekingu (struktura fasade sastoji se od "vodenih mjehurića", ponavlja kristalnu rešetku, omogućuje vam akumuliranje solarne energije koja se koristi za potrebe zgrade)
• Nacionalna operna kuća u Pekingu (imitira kap vode)

Bionika također uključuje stvaranje novih građevinskih materijala čija je struktura sugerirana zakonima prirode. Danas već postoji mnogo primjera bionike, od kojih se svaki odlikuje nevjerojatnom snagom svoje strukture. Tako možete dobiti nove dodatne mogućnosti za izgradnju struktura različitih razmjera.

Sculpture Cloud Gate u Chicagu
Primjeri bionike u dizajnu interijera

Značajke uređenja interijera u bioničkom stilu s primjerima

Bionički stil došao je i do uređenja interijera: kako u stambenim prostorima tako i u prostorijama uslužnog sektora, u društvene i kulturne svrhe. Primjeri bionike mogu se vidjeti u modernim parkovima, knjižnicama, trgovački centri, restorani, izložbeni centri itd. Ono što je karakteristično za ovo moderan stil? Koje su njegove značajke? Kao i u slučaju arhitekture, bionika interijera koristi prirodne oblike u organizaciji prostora, u planiranju prostora, u dizajnu namještaja i pribora, u dekoru.

Dizajneri svoje ideje crpe iz poznatih struktura žive prirode:

• Vosak i saće osnova su za stvaranje neobičnih dizajna u unutrašnjosti: zidova i pregrada, elemenata namještaja, dekora, zidova i stropne ploče, prozorski otvori itd.
• Paučina je neobično lagan i ekonomičan mrežasti materijal. Često se koristi kao osnova u dizajnu pregrada, dizajnu namještaja i rasvjetnih tijela, visećih mreža.
• Vanjska ili unutarnja stubišta mogu biti izrađena u obliku spiralnih ili neobičnih struktura stvorenih od kombiniranih prirodnih materijala koji ponavljaju tekuće prirodne oblike. U dizajnu stepenica umjetnici bioničkog smjera najčešće polaze od biljnih oblika.
• Naočale u boji koriste se u primjerima bionike za stvaranje zanimljive rasvjete.
• V. drvene kuće debla stabala mogu se koristiti kao potporni stupovi. Općenito, drvo je jedan od najčešćih materijala interijera u bioničkom stilu. Također se koriste vuna, koža, lan, bambus, pamuk itd.
• Zrcalne i sjajne površine uzete su s vodene površine i skladno pristaju.
• Izvrsno rješenje je uporaba perforacija kako bi se smanjila težina pojedinih konstrukcija. Za stvaranje se često koriste porozne koštane strukture zanimljiv namještaj, uz uštedu materijala, stvarajući iluziju prozračnosti i lakoće.

Uređaji također slijede biološke strukture. Svjetiljke koje imitiraju vodopad, užareno drveće i cvijeće, oblaci, nebeska tijela izgledaju lijepo i originalno, morski život itd. Često se koriste primjeri bionike prirodni materijali koji su ekološki prihvatljivi. Istaknute značajke ovaj smjer se smatra glatkim linijama, prirodnim bojama. Ovo je pokušaj stvaranja atmosfere bliske prirodnoj prirodi, a da se pritom ne eliminiraju pogodnosti koje je osoba stekla razvojem tehnologije. Elektronika je ugrađena u dizajn na takav način da nije uočljiva.

Neboder Aqua u Chicagu primjer je bionike u dizajnu interijera stadiona Swallow's Nest u Pekingu

U primjerima bionike u unutrašnjosti možete smatrati akvarije zanimljivim neobičan dizajn i jedinstveni oblici koji se, kao u prirodi, ne ponavljaju. Možemo reći da u bionici nema jasne granice i zoniranje prostora, neke se sobe glatko "ulijevaju" u druge. Prirodni elementi ne moraju se nužno odnositi na cijeli interijer. Trenutno su vrlo česti projekti s pojedinim elementima bionike - namještaj koji ponavlja strukturu tijela, strukturu biljaka i druge elemente divljači, organske umetke, dekor od prirodnih materijala.

Valja napomenuti da Glavna značajka bionika u arhitekturi i unutarnjem uređenju oponašanje je prirodnih oblika, uzimajući u obzir znanstvena znanja o njima. Stvaranje ekološki prihvatljivog okruženja povoljnog za ljude uz upotrebu novih energetski učinkovite tehnologije mogao bi biti idealan smjer za urbani razvoj. Stoga je bionika brzorastući novi smjer koji zaokuplja umove arhitekata i dizajnera.

Nemoguće je reći kada se točno rodila bionička znanost, jer je čovječanstvo oduvijek crpilo ​​inspiraciju iz prirode, poznato je, na primjer, da su se prije otprilike 3 tisuće godina pokušavali kopirati stvaranja svile, kao što to čine insekti . Naravno, takvi se pokušaji nikako ne mogu nazvati razvojem, tek nakon što su se pojavile suvremene tehnologije, osoba je imala vrlo stvarnu priliku kopirati prirodne ideje, umjetno reproducirati u nekoliko sati sve što se godinama rađa u prirodnim uvjetima. Na primjer, znanstvenici znaju uzgajati sintetičko kamenje koje po ljepoti i čistoći nije inferiorno od prirodnog, osobito kao analog dijamanata.

Najpoznatije vizualno utjelovljenje bionike je Eiffelov toranj u Parizu. Ova se konstrukcija temeljila na proučavanju bedrene kosti koja se, kako se pokazalo, sastojala od malih kostiju. Oni pomažu u savršenoj raspodjeli težine, pa glava bedrene kosti može izdržati velika opterećenja. Isti princip korišten je za stvaranje Eiffelovog tornja.

Možda je najpoznatiji bionik "", koji je dao veliki doprinos njegovu razvoju, Leonardo da Vinci. Na primjer, gledao je let vretenca, a zatim pokušao prenijeti njegove pokrete pri stvaranju zrakoplov.

Relevantnost bionike za druga znanstvena područja

Ne prihvaćaju svi bioniku kao znanost, smatrajući je znanjem nastalim na spoju nekoliko disciplina, dok je sam pojam bionike širok, pokriva nekoliko znanstveni pravci... Konkretno, ovo Genetski inženjering, dizajn, medicinska i biološka elektronika.

Moglo bi se govoriti o njezinoj isključivo primijenjenoj prirodi, ali modernoj softver omogućuje simulaciju i prevođenje u stvarnost svih vrsta prirodnih rješenja, pa je stoga proučavanje i usporedba prirodnih pojava s ljudskim mogućnostima sve važnije. Prilikom projektiranja moderne robotike, inženjeri se sve više obraćaju za pomoć bioničkim znanstvenicima. Uostalom, upravo će roboti omogućiti da se u budućnosti uvelike olakša ljudski život, a za to se moraju moći pravilno kretati, razmišljati, predviđati, analizirati itd. Dakle, znanstvenici sa Sveučilišta Stanford stvorili su robota na opažanja žohara, njihov izum nije samo okretan i organski, već je i vrlo funkcionalan. U bliskoj budućnosti ovaj bi robot mogao postati nezamjenjiv pomoćnik za one koji se ne mogu samostalno kretati.

Uz pomoć bionike, u budućnosti će biti moguće stvoriti kolosalni tehnološki razvoj. Sada će osobi trebati samo nekoliko godina da stvori analog prirodnih pojava, dok će sama priroda na to potrošiti tisuće godina.

Kako se dolazi do otkrića, kako se stvaraju različiti izumi - jednom riječju sve, što tjera čovječanstvo naprijed? Naravno, za to je potrebno znanje, talent, ustrajnost i radna sposobnost. Ali to nije sve.

Pravi se znanstvenik odlikuje oštrim promatranjem, u kombinaciji sa snagom stvaralačka mašta... Kombinacija ovih kvaliteta omogućuje stvaranje industrijskih analoga prirodnih struktura.

Po prirodi patenti

Od 60 -ih godina XX. Stoljeća pojavio se novi termin- bionika, znanost koja koristi znanje o divljini za rješavanje tehničkih problema. Važnost ove znanosti teško se može precijeniti. Uostalom, priroda stvara svoje kreacije s maksimalnom učinkovitošću.

Najjednostavniji primjer stvaranja takvog umjetnog analoga je čičak i patentni zatvarači koji se koriste kao zatvarači na jaknama za cipele itd. No, ovaj jednostavan, ali vrlo prikladan izum čovjek je posudio od prirode. Čičak se bodlje lako drže razni materijali, tvoreći prilično jaku vezu, i, jednom na kosi, uzrokuju mnogo problema.

Znanstvenici su prikupili ogroman broj zanimljivih ideja proučavajući morski svijet:

• Dakle, usavršen tisućljetnom evolucijom poslužio je kao prototip za projektiranje podmornica i morska plovila... Studija je omogućila stvaranje potpuno jedinstvenog laminfo materijala. Obloge podvodnog dijela brodova, izrađene od ovog materijala, povećavaju njihovu brzinu za 15-20%.

• Vjerojatno ste se sreli, rašireni morska voda, slično mliječnom mesu. Proučavajući ovu stanovnicu morskih dubina, znanstvenici su u njoj pronašli mnogo zanimljivih stvari. Znate li kako se kreće meduza? Ona silom istiskuje vodu iz pipaka i tako se kreće naprijed. na istom principu. Vrući plinovi velikom su brzinom izbili iz mlaznice, gurajući raketu u suprotnom smjeru.

• No, meduze su ljudima pripremile još jedno iznenađenje. Ispostavilo se da su ti pojedinci sposobni "čuti" zvuk nadolazeće oluje. I prije oluje odlaze daleko u more, kako ih morski valovi ne bi izbacili na obalu. Znanstvenici su uspjeli proučiti ovu značajku meduza. Zahvaljujući ovom otkriću nastao je uređaj "Meduzino uho" koji je od tada vrlo pouzdano služio ljudima. Omogućuje vam predviđanje približavanja oluje 12-15 sati prije njezina početka. Za to se vrijeme mornari i ribari mogu pripremiti za sastanak s bijesnim elementima. Hvala vam meduze!
• U rezervoarima Brazila nalazi se četverooka riba. Zapravo, ona ima samo dva oka, ali svako od njih podijeljeno je na dva dijela. Gornja polovica prati stanje iznad površine vode, a donja vam omogućuje da se zaštitite od grabežljivaca koji zadiru u ovu ljepoticu s naočarima. Isti princip je u središtu bifokala. Njihove leće sastoje se od dvije polovice različite optičke snage. Gornji dio služi za gledanje na daljinu, donji - za čitanje.
• Izvanredan francuski istraživač dubina mora, Jacques-Yves Cousteau, sa zanimanjem je promatrao kornjaša koji je zabrinuto povukao mjehurić zraka u vodu. To je bila ideja za znanstvenika da stvori opremu za ronjenje.

Popis patenata posuđenih od morskog života daleko je od iscrpljenosti, ali ipak se moramo upoznati sa zanimljivim izumima koje je čovječanstvo špijuniralo od ptica i letećih insekata.

Ispričavajući brze brzoglave ili veličanstvene orlove koji s visine traže svoj plijen, ljudi su sanjali kako će se jednako mirno uzdići iznad zemlje. skicirao letove, pa čak i razvio leteći stroj, kojem nije bilo suđeno da se podigne u zrak.

Međutim, ideje posuđene iz prirode i dalje su koristili izumitelji letećih strojeva:

• Dizajn krila zrakoplova što je moguće bliže obliku krila velikih ptica.
• Ispitivači brzih zrakoplova dugo su se suočavali s fenomenom lepršanja - najjačom vibracijom. Bilo ga je moguće riješiti se zbog zadebljanja prednjeg ruba krila zrakoplova. Pokazalo se da je priroda davno izumila gotovo inženjersko rješenje ovog problema - na krilima vilinskih konjica postoji takvo zadebljanje.
• Vilin konjic "inspirirao" je dizajnere za stvaranje helikoptera.
• Predlaže se upotreba živog vretenca kao bespilotne letjelice. Na leđima će mu biti pričvršćen "ruksak" sa sustavom upravljanja i solarni paneli za hranu. Na taj će način biti moguće suzbiti insekte vodeći ih za bolje oprašivanje usjeva. Njihova upotreba za praćenje osobe nije isključena.
• Sposobnost šišmiša za navigaciju pomoću ultrazvuka poslužila je kao prototip za eholokaciju. Omogućuje vam proučavanje topografije morskog dna, pronalaženje potopljenih brodova, lociranje mjesta nakupljanja komercijalne ribe itd. Čak je bilo moguće projektirati i štap za slijepi ljudi, u koji su montirani izvor i prijemnik ultrazvuka, što uvelike poboljšava kvalitetu njihova života.
• Pružio neprocjenjivu pomoć znanosti. Proučavajući jedan od njegovih tajanstvenih organa (halter), znanstvenici su na ovom principu stvorili vrlo važan navigacijski uređaj - vibracijski žiroskop.

• Ovaj neprivlačan kukac predložio je još jedno zanimljiva ideja... Oči muhe dopuštaju joj da odjednom dobije mnogo slika istog objekta. To joj omogućuje da s visokim stupnjem točnosti odredi brzinu njegova kretanja. Prema tom principu, znanstvenici su stvorili uređaj koji se naziva "oko muhe". Sada se koristi za određivanje brzine zrakoplova.
• Tisućama godina usavršena sposobnost životinja da se preruše i promijene boju u skladu s bojom okoliša koristila se u razvoju materijala - kameleona. Električni impulsi primijenjeni na njega omogućuju vam da na njemu stvorite lažnu sliku. Vojna oprema prekrivena takvim materijalom postaje nevidljiva za bespilotne letjelice, jer se stapa s terenom.
• Ispostavilo se da je ideja o binarnom oružju posuđena od kornjaša bombardera. Priroda mu je dala originalno oružje za samoobranu. Dvije žlijezde, koje rade autonomno, proizvode dvije bezopasne tvari, koje ljutiti bubica istodobno izbacuje iz trbuha. Na mjestu gdje se spajaju temperatura doseže 100 ° C! Binarni projektili opremljeni su komorom podijeljenom pregradom na dva dijela. Sadrže dvije tvari koje, odvojeno, ne predstavljaju opasnost. Ali kad eksplodiraju, udružuju se u najjači otrovni plin.
• Putovanje kroz dvorane patentne knjižnice prirode bliži se kraju. No, otvorimo još jednu mapu na kojoj je prethodno bio naveden pečat "Strogo povjerljivo".

Budućnost bionike

Posljednjih godina pojavio se zaseban odjeljak iz bionike - neurobionika. Proučava sličnosti između računala i živčani sustavživotinjama. Jedan od najvažnijih zadataka ove znanosti je učiniti kontrolu računalne tehnologije pouzdanom i fleksibilnom poput živčanog sustava.

Njezini prvi uspjesi uključuju stvaranje egzoskeleta i bioproteza koji paralizirane ljude stavljaju na noge. Sljedeći korak je kontrola ovih uređaja snagom misli. Vjerojatno će neurobionika postati temelj za stvaranje umjetne inteligencije.

Ako vam je ova poruka korisna, lijepo vas je vidjeti.

1. Bionika kao znanost - povijest razvoja, definicije, bit
2. Analozi prirodnih oblika u medicini
3. Načela bionike u službi medicine
Zaključak
Bibliografija

1. Bionika kao znanost - povijest razvoja, definicije, bit

Formalnim datumom rođenja jedne od novih znanosti nastalih u modernom dvadesetom stoljeću, bionike, smatra se 13. rujna 1960. - dan otvaranja prvog američkog nacionalnog simpozija na temu „Živi prototipovi umjetnih sustava - ključ za nova tehnologija". No, ne treba ni spominjati da je takav simpozij postao moguć samo zato što je do tog trenutka prikupljena velika količina podataka o načelima organizacije i funkcioniranja živih sustava, kao i mogućnosti za praktično korištenje stečenog znanja za rješavanje pojavili su se brojni hitni tehnički problemi.
Ime " bionika"Dolazi od starogrčkog korijena" bion "- element života, stanica života, ili, točnije, elementi biološkog sustava.
Odmah je nastao amblem i moto, koji u sebi nosi simboličku sliku znanstvene biti bionike - sintetizirati znanje akumulirano u raznim znanostima. Svojstveno dvadesetom stoljeću. intenzivan proces razdvajanja, fragmentacija znanstvenih disciplina, izniman stupanj konkretizacije ciljeva i zadataka pojedinih znanosti doveli su do nastanka više od tisuću i pol grana znanja. Tijekom prilično dugog razdoblja takva je diferencijacija znanja pridonijela uspješan razvoj većinu grana znanosti i tehnologije, no trenutačno uska specijalizacija znanstvenika otežava učenje, pa je hitno potrebno integrirati rezultate znanstveno istraživanje temeljeno na jednoobraznim, sveobuhvatnim načelima.
Prvi pokušaj novog ujedinjenja bila je kibernetika, čije je glavno načelo integracije bila univerzalnost metoda upravljanja živim i neživim i njihova povezanost.
Bionika u mnogim je aspektima logičan nastavak kibernetike, ali eliminira proturječja koja proizlaze iz specijalizacije znanosti i njihova razdvajanja te integrira heterogene informacije u skladu s jedinstvom žive prirode ili biološkim načelom. Stoga je amblem bionike skalpel i lemilica, povezani integralnim znakom, a moto je „Živi prototipovi ključ su nove tehnologije“.
Još uvijek nema konsenzusa o sadržaju bionike - možda najpopularnije od mladih znanosti nastalih u dvadesetom stoljeću. Mnogi stručnjaci smatraju bioniku novom granom kibernetike, drugi je pripisuju biološkim znanostima, ali su, očito, oni koji razlikuju bioniku kao neovisnu znanost u pravu.
Vraćajući se na najuvjerljiviju definiciju, možemo to reći bionika je znanost koja proučava načela izgradnje i funkcioniranja bioloških sustava i njihovih elemenata te primjenu stečenog znanja za radikalno poboljšanje postojećih i stvaranje bitno novih strojeva, uređaja, uređaja, građevinske konstrukcije i tehnoloških procesa. Bionika se može nazvati i znanošću o izgradnji tehničkih uređaja čije su karakteristike što bliže karakteristikama živih sustava.
Kao i kod većine znanosti, struktura bionike je heterogena. Trenutno je uobičajeno razlikovati tri metodološka područja bionike: biološko, matematičko (teorijsko) i tehničko.
Biološka bionika temelji se na najrazličitijim granama biologije i medicine, svojim postignućima identificira određena načela žive prirode koja se mogu koristiti kao osnova za rješavanje različitih inženjerskih problema.
Sadržaj teorijske bionike je razvoj matematičkog aparata za biološko modeliranje, kao i matematičkih modela pojava i procesa koji se događaju u živim organizmima, živim sustavima ili čak u društvima organizama.
Područje djelovanja tehničke bionike je implementacija matematičkih modela ili drugih aspekata aktivnosti živih organizama, često dobivenih tijekom istraživanja biološke i teorijske bionike, radi poboljšanja postojećih i stvaranja potpuno novih. tehnička sredstva i sustavi superiorni u svom Tehničke specifikacije već stvorena ranije i djelujući na biološkom principu.
U procesu duge evolucije, priroda je na Zemlji stvorila bezbroj živih organizama, od kojih se mnogi s pravom mogu pripisati „živima inženjerski sustavi», Funkcionirajući vrlo precizno, znanstveno i ekonomski, odlikuje se nevjerojatnom točnošću, svrhovitošću, sposobnošću reagirati na najsuptilnije promjene brojnih čimbenika okoliša, sjetiti se i uzeti u obzir te promjene, reagirati na njih raznim adaptivnim reakcijama.
Razmislite o primjeni metoda i rješenja bionike u medicini - toj grani bioloških znanosti, s kojom se svaka osoba susreće više puta u životu.
Mnogi "izumi" prirode u davna vremena pomogli su u rješavanju brojnih tehničkih problema. Tako su, na primjer, provodeći operaciju oka, arapski liječnici prije mnogo stotina godina dobili ideju o lomu svjetlosnih zraka tijekom prijelaza iz jednog prozirnog medija u drugi. Proučavanje leće oka potaknulo je drevne liječnike da koriste leće izrađene od kristala ili stakla za povećanje slike, a zatim i za ispravljanje vida.
Kad je na jednom od svojih putovanja Gerald Darell bio prisiljen pristati na okladu, čiji je smisao bio imenovati četiri izvanredna izuma i dokazati da su načelo postavljeno u njima koristile životinje prije nego što su ljudi pomislili na to, jedan od izumi su nazvani upotrebom anestezije kod osa. Kad cestne ose pripremaju hranu za buduće ličinke, koriste se metodama koje svaki liječnik može nazvati metodama kondukcijske anestezije - ugriz s ubrizgavanjem neuroplegične (živčano -paralitičke) tvari u područje velikih živčanih debla potpuno paralizira, ali ne ubijte pauka koji nepomično leži gnijezdo ose do pojave ličinki iz kvačila, za koje se pripremala ova hrana.

2. Analozi prirodnih oblika u medicini

Puno medicinski instrumenti imati prototip među predstavnicima živog svijeta. Iglač-skarifikator, koji služi za prikupljanje periferne krvi (na primjer, u svrhu provođenja općeg testa krvi, koji su svakom od nas više puta prepisivali liječnici svih profila), dizajniran je prema principu koji u potpunosti ponavlja građu sjekutića zuba šišmiša čiji ugriz s jedne strane razlikuje bezbolnost, a s druge strane uvijek je popraćen dovoljno teškim krvarenjem.
Klipna štrcaljka poznata svima u mnogim aspektima oponaša aparat za isisavanje krvi insekata - komarca i buhu, čiji je ugriz zajamčeno poznat svakoj osobi. Igla koja se koristi tijekom operacije, koristi se za šivanje unutarnji organi i ljudsko tkivo, nekoliko stoljeća nije promijenilo svoj izvorni oblik - oblik kostiju rebara velike ribe, a skalpel i dalje slijedi oblik lista trske sa svojim prirodnim reznim rubom.
Ali ovo je samo većina jednostavni primjeri, koji su do nas došli doslovno od pamtivijeka, a suvremeni razvoj bionike tiče se raznih visokorazvijenih medicinskih tehnologija. Tipičan primjer je Moderna tehnologija rekonstrukcija i povećanje zubne cakline, koja je jedan od "kitova" suvremene stomatologije i tehnologije nadogradnje noktiju i kose koja se koristi u kozmetologiji. Temelj ovih tehnologija je načelo izgradnje morskih spužvi, kao i tehnika građenja gnijezda brzaca. Oba ova principa izgradnje temelje se na tehnikama kemijskog i svjetlosnog stvrdnjavanja.

3. Načela bionike u službi medicine

Jednako važno postignuće bionike u medicini je uporaba biostruja. Kad je krajem 18. stoljeća. talijanski fiziolog Luigi Galvani, kao nusprodukt eksperimenata na anatomiji žaba, otkrio je biostruje koje nastaju u mišićima tijekom kretanja; činilo se da je buduća uporaba biostruja ograničena na dizalicu. Međutim, rezultati suvremenih istraživanja potvrđuju upravo suprotno. Mozak, zapovijedajući pokrete ruke, nastavlja slati biostruje u mišiće ruke - slab električni signal - čak i kad je donji segment ruke amputiran. Naravno, u ovom slučaju nema pokreta, budući da impulsi, koji padaju u živčani završetak krnjeg mišića panja, daju samo osjećaj određenih pokreta, a materijalna podloga pokreta (mišić) je odsutna.
Prvi model umjetne ruke kontrolirane biopotencijalom napravljen je 1957. Imao je elektromagnetski pogon i vrlo glomazan sustav za pojačavanje i pretvaranje bioelektričnih signala uzetih iz bilo kojeg mišića. Prva umjetna ruka opažala je samo općenite signale poput "stisnutih prstiju", "raširenih prstiju" i najjednostavnije izmjenjivanje ovih naredbi, bez opažanja signala regulacijskog tipa, koji pokazuju s kakvom silom se pokret treba izvesti. Pokušaj da se pozdravi osoba s takvom "željeznom rukom" neizbježno bi završio ozljedom.
Poboljšanje proteza pod kontrolom biostruja prošlo je doista skokovito, a već u ljeto 1960. sudionici 1. međunarodnog kongresa Federacije za automatsko upravljanje, održanog u Moskvi, vidjeli su kako je dječak koji nije imao ruku uzeo umjetna ruka komadić krede i jasno i jasno napisao na ploči: "Pozdrav sudionicima kongresa." Biostruje su kontrolirale ruku proteze, koja se jasno stezala i odvajala. Postignuta je jasnoća pokreta, dovoljna za adekvatno funkcioniranje proteze, a sljedeći cilj znanstvenika bio je formiranje povratne sprege, sposobnosti opipavanja proteze.
Nešto kasnije, na konferenciji o bionici u Bakuu, demonstrirana je maketa ruke sa senzorima osjetljivim na pritisak pričvršćenim na vrhove prstiju, napravljenim od provodljive gume ili tanke žice. Pod utjecajem pritiska na senzore, signali s njih mijenjaju frekvenciju vibracija zujalice, koja je pričvršćena za ruku u blizini živca koji ide do mozga. Trenutno najviše obećavaju senzori koji koriste vibracije kosti i elektro-koštane podražaje, međutim, za pojašnjenje parametara signala, kao i dizajn glumačkih elemenata, potrebno je još dosta vremena ispunjeno eksperimentima i istraživačkim radom.
Drugi aspekt uporabe biostruja u medicini je njihova upotreba u liječenju pareza i paraliza, ispravljanju brojnih patoloških stanja tijekom trudnoće te, po mogućnosti, za ublažavanje stanja pacijenata s poliomijelitisom i dječjom cerebralnom paralizom, za koje trenutno ne postoji odgovarajući tretman.
Izvođenje najopsežnijih i najsloženijih operacija na srcu i mozgu postalo je moguće zbog uvođenja u medicinsku praksu metode kontrolirane hipotermije (tj. Namjerne hipotermije operiranog tijela radi usporavanja metaboličkih procesa u tkivima i organima). No, malo ljudi zna da je hipotermija temelj suspendirane animacije i parobioze - stanja duboke hibernacije - za mnoge insekte i neke male glodavce u nepovoljnim zimskim razdobljima. U ovih je životinja hipotermija također usmjerena na usporavanje metaboličkih procesa u organima i tkivima, što dovodi do manje potrošnje energetskih supstrata nego u aktivnom stanju.
Metoda kretanja nekih protozoa postala je prototip za stvaranje automatske probavne sonde, što je najzanimljiviji i najperspektivniji izgled za instrumentalne studije u gastroskopiji.
Vraćajući se na protetiku udova, valja napomenuti da još jedna moderna vrsta proteza, koja se koristi uglavnom za protetiku donjih udova, točnije proteze na silikonskoj osnovi, također u osnovi sadrži prirodni princip- princip hidraulične strukture hodajućih nogu pauka, čije se kretanje temelji na prijelazu stanja biološkog koloida prema tipu "gel-sol".
U određenoj mjeri, napredak bionike na području medicine temelji se na strukturi same osobe. Tako perfuzijski filmovi naneseni na velike površine opeklina i služe za sprječavanje infekcije rane gotovo u potpunosti oponašaju strukturu površinski slojevi netaknuta ljudska koža, koja ima baktericidna svojstva i koju karakterizira polupropusnost.
Postignuća bionike na mnogo načina daju nade u neko poboljšanje stanja ili gotovo potpunu nadoknadu kvalitete života pacijenata čija se situacija prije smatrala praktički bezizlaznom.
Jedan od prvih koraka na tom putu je stvaranje slušnih aparata. Gubitak sluha značajan je i opasan za osobu i dovodi do potpunog ili gotovo potpunog invaliditeta. Ovaj problem ostaje jedan od iznimno složenih i praktički nerješivih problema u medicini.
U novije vrijeme mnogi su gluhi ljudi dobili pravu priliku čuti uz pomoć aparata stvorenog na temelju najnovije otkriće Psihološki znanstvenici: vibracije niske frekvencije koje opaža ljudsko uho može percipirati živim zubnim živcem i prenijeti u mozak. Radio inženjeri stvorili su takozvani "radio zub" - sustav pomoću kojeg ljudi koji su prethodno bili nečuveni mogu čuti. Za uspostavu takvog uređaja potrebna je prisutnost jednog živog zubnog živca, a potpuna odsutnost živih zubnih živaca nije tipična čak ni za potpuno zahvaćenu usnu šupljinu.
Dizajn aparata može se približno opisati na sljedeći način: minijaturni mikrofon, koji se može nositi na ručnom zglobu poput sata, spojen je na isti minijaturni odašiljač koji pretvara zvuk u radio signale koje prima prijemnik montiran u zub. Prijemnik je tanki sloj poluvodičke legure nanesen na slobodne živčane završetke koji se nalaze u zubnom kanalu. Ova poluvodička legura tvori piezoelektrični element, prekriven odozgo slojem zlata ili srebra, koji služi kao antena. Po izgled Ovaj se dizajn praktički ne razlikuje od metaliziranih ispuna i krunica, koje su uobičajene u modernoj ortopedskoj stomatologiji.
Signal iz radio odašiljača, primljen takvom antenom, ulazi u piezoelektrični element; u piezoelektričnom elementu javljaju se vibracije koje se, uzbuđujući slobodne živčane završetke u zubu, prenose u obliku živčanih impulsa u kortikalna i subkortikalna slušna središta mozga. Dakle, osoba koja je do ovog trenutka živjela u svijetu bez zvukova počinje čuti. Naravno u stvaran život za osobu opremljenu takvim uređajem ostaje značajan broj ograničenja, na primjer, u uporabi Mobiteli, kao i pri radu s takozvanim generatorima buke, no što ta ograničenja znače u usporedbi s potpunom gluhoćom, koja ne daje osobi potpunu društvenu rehabilitaciju.
V. novije vrijeme U nizu zemalja postale su raširene studije takozvane kvazi-auditivne identifikacije sa ciljem stvaranja uređaja koji simuliraju slušni aparat. Neki su slušni aparati već razvijeni i testirani. Tako je na Sveučilištu u Leidenu, u vezi s proučavanjem mehanizma percepcije zvukova od strane ljudi, razvijen elektronički model uha (u obliku filtarskog sustava) koji reproducira frekvencijske karakteristike uha. Modeliranje je omogućilo usavršavanje slušnog modela, a posebice kombiniranje fenomena poput percepcije tona i zvukova u njihovoj dinamici.
Model američkih znanstvenika W. Caldwell, E. Glener, J. Stewart osmišljen je za analizu ovisnosti intenziteta zvuka različitih frekvencija u zvukovima koje osoba izgovara na vrijeme kako bi se identificirali znakovi po kojima osoba prepoznaje zvukove, izgovaraju se fonemi i riječi od strane različitih ljudi... Ove studije mogu poslužiti kako u medicinske svrhe u smislu stvaranja naprednijih slušnih pomagala, tako i za poboljšanje računalne tehnologije.

Zaključak

Dakle, čak i iz nekoliko primjera može se zaključiti da bionika igra značajnu ulogu u suvremenom znanstvenom svijetu, i to ne samo kao apstraktna znanost, koja nije lišena male primijenjene vrijednosti, već i kao osnovna osnova suvremene tehnologije i tehnologije . Priroda je bezbroj godina usavršavala svoje inženjerske vještine, što objašnjava detaljnu, čak i minijaturnu, profinjenost funkcija i oblika prirodnih objekata. Osoba posjeduje inženjerske vještine relativno nedavno, što znači da je njegova apelacija na prirodne objekte u osnovi točna i obećava mnoge zanimljive i neočekivane stvari u budućnosti, te stoga određuje razvoj jedne od novih znanosti - bionike.

Bibliografija

1. Berezin FB Psihološka i psihofizička prilagodba čovjeka. L.: Nauka, 1988.
2. Gerald Darell. Diljem svijeta. Zelena serija. M.: Armado-press, 2001 (zbornik).
3. Venchikov AI Biostruje. M.: Mediz, 1962.
4. Matyukhin VA, Razumov AN Fiziologija okoliša i restorativna medicina. M.: GOETAR "Medicina", 1999. (zbornik).
5. Pugovkina N. A. Opća biologija. M.: "Obrazovanje", 1990.
6. Povijest medicine: Zbirka eseja. Nakladnička kuća Volgograd. med. akad., 1994.
7. Nevjerojatno u svijetu životinja / ur. Konstantinova A.S., Larinoy N.I. država Un-that, 1970.