Bionika cilvēka dzīvē

Viņi saka, ka reizi gadsimtā uz Zemes dzimst ģēnijs. Šāds ģēnijs bija Leonardo da Vinči. Lielākais mākslinieks, tēlnieks, matemātiķis, inženieris un anatoms Leonardo da Vinči centās atrast patiesību, mācīties un aprakstīt to.

"Es dabūju savu mentoru - visu skolotāju skolotāju."

Kāpēc šis lielais zinātnieks savā skolotājā ņēma dabu?

Dzīve primitīvākajā formā uz Zemes radās apmēram pirms 2 miljardiem gadu. Miljoniem gadsimtu ilga nežēlīga dabiskā atlase, kā rezultātā izdzīvoja spēcīgākais un perfektākais. Aizņemoties labāko no dabas, lai dotu iespēju cilvēkam, pirmais ierosināja Leonardo da Vinči. 1485. gadā viņš izveidoja mehānisku lidmašīnu - ornitoptelu, kura principu viņš kopēja no putniem. Un, lai gan tad cilvēkam neizdevās iemācīties lidot, bet tas iezīmēja jaunas zinātnes - bionikas - sākumu. Bionika ir bioloģijas un tehnoloģiju simbioze.

Ja Zemes vēsture - 4,5 miljardi gadu - tiek pasniegta kā viena diena, tad izrādās, ka Homo sapiens uz planētas parādījās pirms nepilnas minūtes. Pagāja tikai sekundes daļa, un viņš jau iedomājas sevi kā radītāju un vairs nevar radīt sliktāk par dabu... Vēl nesen, izgudrojot kaut ko jaunu, cilvēks neapzinājās, ka tas jau pastāv. Jums vienkārši jāredz un jāpiesakās. 99% zinātniskie atklājumi cilvēks izspiegoja dabu. Visam, kas mūs ieskauj, ir savs dabiskais līdzinieks.

Bionika(no Βίον - dzīvo ) - piemērots pēc pieteikšanās tehniskās ierīces un organizācijas principu sistēmas, īpašības, funkcijas un struktūras ... Vienkārši sakot, bionika ir savienojums un ... Bionikas dzimšanas datums: 1960. gada 13. septembris.Bionikai ir simbols: šķērsots skalpelis, lodāmurs un neatņemama zīme. Šī bioloģijas, tehnoloģiju un matemātikas savienība ļauj cerēt, ka bionikas zinātne iekļūs tur, kur vēl neviens nav iekļuvis, un redzēs to, ko neviens vēl nav redzējis.

Cilvēks vienmēr ir sapņojis iekarot debesis. Bet tas bija pieejams tikai putniem. Un tieši putni deva cilvēkiem priekšstatu par lidojumu.

Sapņi par lidošanu un to faktiskais iemiesojums ir ļoti dažādas lietas. Un neskatoties drosmīgas idejas piemēram, Leonardo da Vinči, cilvēce daudzus gadsimtus paliks pieķēdēta pie zemes. Putnu izpēte, spārnu un astes uzbūve noveda pie tā, ka lidmašīnu izgudroja cilvēks. Cilvēka acs struktūra lika pamatu fotoobjektīvam, saulespuķu ziedkopas struktūra - saules baterijām. Pēc pastaigas izķemmējot dadzis ziedkopas un pūces suņa kažokādu, slavenais dizainers izgudroja Velcro stiprinājumus. Kukaiņi zinātniekiem deva ideju par helikopteriem. Zivis pamudināja izveidot zemūdenes. Korporācija MercedesBenz ir izstrādājusi bioniku transportlīdzeklis kopēts no tropu kastes zivīm. Neskatoties uz čemodāna formu, mašīnai ir ārkārtīgi zema gaisa pretestība.

Mēs katru dienu saskaramies ar bioniskiem izgudrojumiem, pat to nezinot. Visbiežāk dabas pieņemtie principi ir atrodami arhitektūrā. Piemēram, slavenā dizainā Eifeļa tornis slēpjas cilvēka augšstilba kaula struktūra. Uz kaula galvas ir daudz stiprinājuma punktu, pateicoties tiem, slodze uz locītavu ir vienmērīgi sadalīta. Tas ļauj izliektajam augšstilba kaulam noturēt lielu ķermeņa svaru. Tos pašus stiprinājuma punktus var atrast Eifeļa torņa pamatnē. Tās dizains tiek uzskatīts par ilgtspējības arhitektūras etalonu.

Citam tornim Ostankino ir dabisks analogs. Viņas slaids siluets atpazīstams. Ostankino torņa prototips ir kviešu kātiņš. Tā spēja nesalūzt zem ziedkopu svara veidoja torņa pamatu.

Arhitekti arvien vairāk pievēršas dzīvo organismu darbības principiem. Lai saprastu, kā tas darbojas, dizaineram ir jāmācās bioloģija. Dabiski prototipi arhitektūras būves kļūt par zivīm, putniem, augiem un pat cilvēka ķermeni.

Bionika nestāv uz vietas. Šī zinātne rada patiesu revolūciju. Vienkāršs novērojums, simulācija spēj daudz.Mana nākotnes profesija ir saistīta ar mašīnbūvi. Inženiertehniskā nozare ir visrobotiskākā. Pirmo reizi tās praktiskajā pielietojumārūpnieciskie robotisaņēma pateicoties amerikāņu inženieriem D. Devol un D. Engelberg divdesmitā gadsimta 50. gadu beigās un 60. gadu sākumā. Tos izmanto, lai izpildītu dažādus tehnoloģiskie procesi lai uzlabotu uzņēmuma efektivitāti.

Konstrukcijā robots var saturēt vienu vai vairākus manipulatorus, savukārt pašam manipulatoram var būt atšķirīga nestspēja, pozicionēšanas precizitāte un brīvības pakāpe. Veidojot rūpniecisko robotu, tiek aktīvi izmantoti bioniskie modeļi. Rūpnieciskā robota manipulators sastāv no noteikta skaita savstarpēji savienotu kustīgu saišu (asu). Tas ir sakārtots pēc posmkāju ekstremitāšu principa. Jo vairāk asu, jo vairāk universāls dizains robots.Robota ass savienojuma atrašanās vieta un elastība tika rūpīgi veikta pēc cilvēka parauga (savienojuma savienojums). Manipulatoru asis kontrolē sensori. Tie ir analoģiski sajūtām un reaģē uz gaismu, stāvokli telpā.

Daba glabā vēl daudz noslēpumu, viņas darinājumu harmonija vienmēr ir pārsteigusi un izbrīnīs cilvēku pasauli. Bet jautājums ir šāds: “Vai mums būs laiks izmantot atlikušos“ savvaļas dzīvnieku patentus ”? Ņemot vērā to, cik ātri augi un dzīvnieki pazūd no zemes virsas, un statistika neizbēgami norāda, ka katru gadu ir viena dzīvnieku suga un viena augu suga, šis jautājums izklausās ļoti satraucoši. Šajā sakarā retu un apdraudētu dzīvnieku un augu sugu saglabāšana, uzturēšana vide labvēlīgos apstākļos visas dzīvības dzīvei uz Zemes - steidzama problēma, un cilvēces turpmākās attīstības garantija.

Vispilnīgākās formas gan no skaistuma, gan no organizācijas un funkcionēšanas viedokļa radīja pati daba un attīstījās evolūcijas procesā. Ilgu laiku cilvēce ir aizņēmusies struktūras, elementus, konstrukcijas no dabas, lai atrisinātu savas tehnoloģiskās problēmas. Pašlaik tehnogēnā civilizācija iekaro arvien vairāk teritoriju no dabas, apkārt dominē taisnstūra formas, tērauda, ​​stikla un betona, un mēs dzīvojam tā sauktajos pilsētas džungļos.

Un katru gadu cilvēka vajadzība pēc dabiskas harmoniskas dzīves vides, kas piepildīta ar gaisu, zaļumiem un dabas elementiem, kļūst arvien jūtamāka. Tāpēc vides tēmas kļūst arvien aktuālākas pilsētplānošanā un. Šajā rakstā mēs iepazīsimies ar bionikas piemēriem - interesanti mūsdienu virziens arhitektūrā un interjera dizainā.

Bionikas piemēri arhitektūrā. Zinātniskā un mākslinieciskā pieeja

Bionika galvenokārt ir zinātnisks virziens, un pēc tam radošs. Piemērojot arhitektūrai, tas nozīmē ēku projektēšanā un būvniecībā izmantot dzīvo organismu un dzīvo organismu veidoto organizēšanas principus un metodes. Pirmais arhitekts, kurš strādāja bioniskajā stilā, bija A. Gaudi. Viņa slavenos darbus joprojām apbrīno pasaule (Casa Batlló, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Guell u.c.).

Mila Antoni Gaudi māja Barselonā
Nacionālais operas nams Pekinā

Mūsdienu bionika ir balstīta par jaunām metodēm, izmantojot matemātisko modelēšanu un plašu programmatūras klāstu aprēķināšanai un 3D vizualizācijai. Tās galvenais uzdevums ir izpētīt dzīvo organismu audu veidošanās likumus, to struktūru, fiziskās īpašības, dizaina iezīmes ar mērķi šīs zināšanas pārvērst arhitektūrā. Dzīvās sistēmas ir piemērs konstrukcijām, kas darbojas, pamatojoties uz optimālas uzticamības nodrošināšanas principiem, veidojot optimālu formu, vienlaikus taupot enerģiju un materiālus. Tieši šie principi veido bionikas pamatu. Vietnē ir sniegti slaveni bionikas piemēri.

Sidnejas operas nams
Peldēšanas komplekss Pekinā

Šeit ir dažas no lielākajām uz bioniku balstītajām struktūrām visā pasaulē:

• Eifeļa tornis Parīzē (atkārto stilba kaula formu)
• Bezdelīgas ligzdas stadions Pekinā (ārējā metāla konstrukcija atkārto putna ligzdas formu)
• Aqua debesskrāpis Čikāgā (ārēji atgādina krītoša ūdens plūsmu, arī ēkas forma atgādina salocītu kaļķu nogulumu struktūru Lielo ezeru krastos)
• Dzīvojamā ēka "Nautilus" vai "Shell" Naukalpanā (tās dizains ir ņemts no dabiskās struktūras - gliemenes čaumalas)
• Sidnejas operas nams (atdarina lotosa ziedlapiņas uz ūdens)
• Peldēšanas komplekss Pekinā (fasādes struktūra sastāv no "ūdens burbuļiem", atkārto kristāla režģi, tas ļauj uzkrāt ēkas vajadzībām izmantoto saules enerģiju)
• Nacionālais operas nams Pekinā (atdarina ūdens pilienu)

Bionika ietver arī jaunu būvmateriālu radīšanu, kuru uzbūvi ierosina dabas likumi. Mūsdienās jau ir daudz bionikas piemēru, no kuriem katrs izceļas ar pārsteidzošo tās struktūras spēku. Tādējādi jūs varat iegūt jaunas papildu iespējas dažāda mēroga konstrukciju celtniecībai.

Tēlniecības mākoņu vārti Čikāgā
Bionikas piemēri interjera dizainā

Interjera dizaina iezīmes bionikas stilā ar piemēriem

Bioniskais stils ir ienācis arī interjera dizainā: gan dzīvojamās telpās, gan pakalpojumu sektora telpās, sociālos un kultūras nolūkos. Bionikas piemērus var redzēt mūsdienu parkos, bibliotēkās, tirdzniecības centri, restorāni, izstāžu centri utt. Kas tam raksturīgs moderns stils? Kādas ir tās iezīmes? Tāpat kā arhitektūras gadījumā, interjera bionika izmanto dabiskās formas telpas organizēšanā, telpu plānošanā, mēbeļu un aksesuāru dizainā, dekorā.

Dizaineri smeļas savas idejas no pazīstamajām savvaļas dzīvnieku struktūrām:

• Vasks un šūnveida šūna ir pamats neparastu dizainu radīšanai interjerā: sienas un starpsienas, mēbeļu elementi, dekori, sienas un griestu paneļi, logu atveres utt.
• Zirnekļa tīkls ir neparasti viegls un ekonomisks sieta materiāls. To bieži izmanto par pamatu starpsienu projektēšanā, mēbeļu un apgaismes ierīču, šūpuļtīklu dizainā.
• Ārējās vai iekšējās kāpnes var izgatavot spirālveida vai neparastu struktūru veidā, kas izveidotas no kombinētiem dabīgiem materiāliem, kas atkārto plūstošās dabiskās formas. Kāpņu dizainā bioniskie mākslinieki visbiežāk sāk no augu formām.
• Krāsainas brilles tiek izmantotas bionikas piemēros, lai radītu interesantu apgaismojumu.
• V koka mājas koku stumbrus var izmantot kā atbalsta kolonnas. Kopumā koks ir viens no visizplatītākajiem interjera materiāliem bioniskajā stilā. Izmanto arī vilnu, ādu, linu, bambusu, kokvilnu utt.
• Spoguļa un spīdīgas virsmas tiek ņemtas no ūdens virsmas un harmoniski iederas.
• Lielisks risinājums ir perforācijas izmantošana, lai samazinātu atsevišķu konstrukciju svaru. Lai izveidotu, bieži tiek izmantotas porainas kaulu struktūras interesantas mēbeles, taupot materiālu, radot gaisīguma un viegluma ilūziju.

Armatūra seko arī bioloģiskajām struktūrām. Lampas, kas imitē ūdenskritumu, mirdzoši koki un ziedi, mākoņi, debesu ķermeņi izskatās skaisti un oriģināli, jūras dzīve utt. Bionikas piemēri bieži tiek izmantoti dabiskie materiāli kas ir videi draudzīgi. Ievērojamas iezīmesšis virziens tiek uzskatīts par gludām līnijām, dabīgām krāsām. Tas ir mēģinājums radīt dabai tuvu atmosfēru, vienlaikus neizslēdzot ērtības, kuras cilvēks ieguvis, attīstoties tehnoloģijām. Elektronika ir iekļauta dizainā tā, lai tā nebūtu pamanāma.

Aqua debesskrāpis Čikāgā ir bionikas piemērs Bezdelīgas ligzdas stadiona Pekinā interjera dizainā

Bionikas piemēros interjerā jūs varat uzskatīt akvārijus par interesantiem neparasti dizaini un unikālas formas, kuras, tāpat kā dabā, neatkārtojas. Mēs varam teikt, ka bionikā nav skaidras robežas un telpas zonējums, dažas telpas vienmērīgi "ieplūst" citās. Dabiskie elementi ne vienmēr attiecas uz visu interjeru. Pašlaik projekti ar atsevišķiem bionikas elementiem ir ļoti izplatīti - mēbeles, kas atkārto ķermeņa uzbūvi, augu uzbūvi un citus savvaļas dzīvnieku elementus, organiskie ieliktņi, dekori no dabīgiem materiāliem.

Jāatzīmē, ka svarīgākā īpašība bionika arhitektūrā un interjera dizainā ir dabisku formu imitācija, pamatojoties uz zinātniskām zināšanām par tām. Cilvēkiem labvēlīgas vides radīšana, izmantojot jaunu energoefektīvas tehnoloģijas varētu būt ideāls virziens pilsētu attīstībai. Tāpēc bionika ir strauji augoša jauna joma, kas aizrauj arhitektu un dizaineru prātus.

Nevar pateikt, kad tieši radās zinātne par bioniku, jo cilvēce vienmēr ir smēlusies iedvesmu no dabas, piemēram, ir zināms, ka pirms aptuveni 3 tūkstošiem gadu tika mēģināts kopēt zīda radīšanu, kā to dara kukaiņi . Protams, šādus mēģinājumus nekādi nevar nosaukt par attīstību, tikai pēc mūsdienu tehnoloģiju parādīšanās cilvēkam bija ļoti reāla iespēja kopēt dabiskas idejas, dažu stundu laikā mākslīgi reproducēt visu, kas gadu gaitā dzimst dabiskos apstākļos. Piemēram, zinātnieki zina, kā audzēt sintētiskos akmeņus, kuru skaistums un tīrība nav zemāka par dabiskajiem, jo ​​īpaši kā dimantu analogu.

Visslavenākais bionikas vizuālais iemiesojums ir Eifeļa tornis Parīzē. Šīs konstrukcijas pamatā bija augšstilba kaula izpēte, kas, kā izrādījās, sastāvēja no maziem kauliem. Tie palīdz perfekti sadalīt svaru, tāpēc augšstilba galva var izturēt lielas slodzes. Ar to pašu principu tika izveidots Eifeļa tornis.

Varbūt slavenākā "" bionika, kas deva milzīgu ieguldījumu tās attīstībā, ir Leonardo da Vinči. Piemēram, viņš vēroja spāres lidojumu un pēc tam mēģināja pārvietot tās kustības, veidojot lidmašīna.

Bionikas saistība ar citām zinātnes jomām

Ne visi pieņem bioniku kā zinātni, uzskatot to par zināšanām, kas dzimušas vairāku disciplīnu krustojumā, savukārt pats bionikas jēdziens ir plašs, tas aptver vairākas zinātniskie virzieni... Jo īpaši šis Gēnu inženierija, dizains, medicīniskā un bioloģiskā elektronika.

Varētu runāt par tās ekskluzīvi lietišķo raksturu, bet mūsdienīgo programmatūruļauj simulēt un pārvērst realitātē visu veidu dabiskos risinājumus, un tāpēc dabas parādību izpēte un salīdzināšana ar cilvēka spējām kļūst arvien nozīmīgāka. Izstrādājot mūsdienu robotiku, inženieri arvien vairāk vēršas pēc palīdzības pie bioniskiem zinātniekiem. Galu galā tieši roboti nākotnē ļaus ievērojami atvieglot cilvēka dzīvi, un tāpēc tiem jāspēj pareizi pārvietoties, domāt, prognozēt, analizēt utt. Tātad Stenfordas universitātes zinātnieki ir izveidojuši robotu pēc prusaku novērojumiem, to izgudrojums ir ne tikai veikls un organisks, bet arī ļoti funkcionāls. Tuvākajā laikā šis robots var kļūt neaizstājams palīgs tiem, kuri nevar pārvietoties patstāvīgi.

Ar bionikas palīdzību nākotnē būs iespējams radīt kolosālu tehnoloģiju attīstību. Tagad cilvēkam būs vajadzīgi tikai daži gadi, lai izveidotu dabas parādību analogu, bet pati daba tam veltīs tūkstošiem gadu.

Kā tiek veikti atklājumi, kā tiek radīti dažādi izgudrojumi - vārdu sakot, viss, kas virza cilvēci uz priekšu? Protams, tas prasa zināšanas, talantu, neatlaidību un darba spējas. Bet tas vēl nav viss.

Īsts zinātnieks izceļas ar vērīgu novērojumu, apvienojumā ar spēku radoša iztēle... Šo īpašību kombinācija ļauj izveidot dabisko struktūru rūpnieciskos analogus.

Pēc dabas patenti

Kopš XX gadsimta 60. gadiem parādījās jauns termins- bionika, zinātne, kas izmanto zināšanas par savvaļas dzīvniekiem, lai atrisinātu tehniskas problēmas.Šīs zinātnes nozīmi diez vai var pārvērtēt. Galu galā daba rada savus darbus ar maksimālu efektivitāti.

Vienkāršākais piemērs, kā izveidot šādu mākslīgu analogu, ir Velcro un rāvējslēdzēji, ko izmanto kā stiprinājumus pie apavu jakām utt. Bet cilvēks šo vienkāršo, bet ļoti ērto izgudrojumu aizņēmās no dabas. Diždadža muguriņas viegli pielīp dažādi materiāli, veidojot diezgan spēcīgu savienojumu, un, nokļuvuši uz matiem, tie rada daudz nepatikšanas.

Pētot jūras dzīvi, zinātnieki ir ieguvuši milzīgu skaitu interesantu ideju:

• Tātad, tūkstošgades evolūcijas slīpēts kalpoja kā prototips zemūdens projektēšanai un jūras kuģi... Un pētījums ļāva izveidot pilnīgi unikālu laminfo materiālu. Kuģu zemūdens daļas apšuvums, kas izgatavots no šī materiāla, palielina to ātrumu par 15-20%.

• Jūs droši vien esat satikušies, izklīduši jūras ūdens, līdzīgi kā želejveida gaļa. Pētot šo jūras dzīļu iemītnieku, zinātnieki viņā atklāja daudz interesanta. Vai jūs zināt, kā medūzas pārvietojas? Viņa ar spēku izspiež ūdeni no taustekļiem un tādējādi virzās uz priekšu. pēc tā paša principa. No tās sprauslas ar lielu ātrumu izplūda karstas gāzes, raķeti stumjot pretējā virzienā.

• Bet medūzas cilvēkiem ir sagatavojušas vēl vienu pārsteigumu. Izrādās, ka šīs personas spēj “sadzirdēt” vētras tuvošanos. Un pirms vētras viņi dodas tālu jūrā, lai jūras viļņi viņus neizmestu krastā. Zinātniekiem ir izdevies izpētīt šo medūzas iezīmi. Pateicoties šim atklājumam, tika izveidota ierīce "Medūzas auss", kas kopš tā laika ir ļoti uzticami kalpojusi cilvēkiem. Tas ļauj paredzēt vētras tuvošanos 12-15 stundas pirms tās sākuma. Šajā laikā jūrnieki un zvejnieki var sagatavoties sanāksmei ar niknajiem elementiem. Paldies medūzām!
• Brazīlijas ūdenskrātuvēs ir zivis ar četrām acīm. Patiesībā viņai ir tikai divas acis, bet katra no tām ir sadalīta divās daļās. Augšējā puse uzrauga situāciju virs ūdens virsmas, un apakšējā ļauj jums pasargāt no plēsējiem, kas iekļūst šajā brilles acu skaistumā. Tas pats princips ir bifokālu pamatā. Viņu lēcas sastāv no divām pusēm ar atšķirīgu optisko jaudu. Augšējā daļa kalpo tālredzībai, apakšējais - lasīšanai.
• Ievērojamais franču jūras dziļumu pētnieks Žaks Īvs Kusto ar interesi vēroja vabolīti, kas ar bažām ievilka ūdenī gaisa burbuli. Šī bija ideja zinātniekam izveidot akvalangu.

Patentu saraksts, kas aizgūts no jūras dzīvības, nebūt nav izsmelts, taču mums vēl ir jāiepazīstas ar interesantiem izgudrojumiem, ko cilvēce izspiegojusi pēc putniem un lidojošiem kukaiņiem.

Redzot straujus straujus straujus ērgļus, kuri no augstuma raugās uz savu laupījumu, cilvēki sapņoja tikpat mierīgi pacelties virs zemes. ieskicēja lidojumus un, un pat izstrādāja lidojošu mašīnu, kurai nebija lemts pacelties gaisā.

Tomēr idejas, kas aizgūtas no dabas, joprojām izmantoja lidmašīnu izgudrotāji:

• Lidmašīnas spārna konstrukcija ir pēc iespējas tuvāka lielo putnu spārnu formai.
• Ātrgaitas lidmašīnu testētāji ilgu laiku saskārās ar plandīšanās fenomenu - spēcīgāko vibrāciju. Atbrīvoties no tā bija iespējams lidmašīnas spārnu priekšējās malas sabiezēšanas dēļ. Izrādījās, ka daba šai problēmai jau sen ir izgudrojusi gatavu inženiertehnisku risinājumu - uz spāru spārniem ir tāds sabiezējums.
• Spāre "iedvesmoja" dizainerus izveidot helikopteru.
• Par bezpilota lidaparātu tiek piedāvāts izmantot dzīvu spāru. Uz muguras tiks piestiprināta "mugursoma" ar vadības sistēmu un saules paneļi pārtikai. Tādā veidā būs iespējams kontrolēt kukaiņus, vadot tos labākai kultūru apputeksnēšanai. Nav izslēgta to izmantošana personas izsekošanai.
• Sikspārņu spēja orientēties, izmantojot ultraskaņu, kalpoja kā eholokācijas prototips. Tas ļauj izpētīt jūras dibena topogrāfiju, atrast nogrimušus kuģus, atrast komerciālo zivju uzkrāšanās vietas utt. Bija pat iespējams izveidot niedru akli cilvēki, kurā ir uzstādīts ultraskaņas avots un uztvērējs, kas ievērojami uzlabo viņu dzīves kvalitāti.
• Sniedza nenovērtējamu palīdzību zinātnei. Pētot vienu no tā noslēpumainajiem orgāniem (ēstuves), zinātnieki pēc šī principa ir izveidojuši ļoti svarīgu navigācijas ierīci - vibrācijas žiroskopu.

• Šis nepievilcīgais kukainis ieteica vēl vienu interesanta ideja... Mušas acis ļauj tai iegūt daudz viena un tā paša objekta attēlu vienlaikus. Tas ļauj viņai ar augstu precizitāti noteikt viņa kustības ātrumu. Saskaņā ar šo principu zinātnieki ir izveidojuši ierīci, ko sauc par "mušas aci". Tagad to izmanto, lai noteiktu lidmašīnu ātrumu.
• Tūkstošiem gadu materiāla - hameleona - izstrādē ir izmantota dzīvnieku noslīpētā spēja maskēties un mainīt krāsu atbilstoši apkārtējās vides krāsai. Tam pielietotie elektriskie impulsi ļauj uz tā izveidot nepatiesu attēlu. Militārais aprīkojums, kas pārklāts ar šādu materiālu, bezpilota lidaparātiem kļūst neredzams, jo tas saplūst ar reljefu.
• Izrādās, ka ideja par bināro ieroci ir aizgūta no bombardier vaboles. Daba viņam ir nodrošinājusi oriģinālu ieroci pašaizsardzībai. Divi dziedzeri, strādājot autonomi, rada divas nekaitīgas vielas, kuras dusmīgā kļūda vienlaikus izmet no vēdera. Vietā, kur tie pievienojas, temperatūra sasniedz 100 ° C! Binārie šāviņi ir aprīkoti ar kameru, kas sadalīta divās daļās. Tie satur divas vielas, kas atsevišķi nerada nekādas briesmas. Bet, kad tie eksplodē, tie apvienojas, veidojot spēcīgāko indīgo gāzi.
• Ceļojums pa dabas patentu bibliotēkas zālēm tuvojas noslēgumam. Bet atvērsim vēl vienu mapi, kurā zīmogs "Īpaši slepens" iepriekš tika uzskaitīts.

Bionikas nākotne

Pēdējos gados bionikā ir parādījusies atsevišķa sadaļa - neirobionika. Viņš pēta līdzības starp datoriem un nervu sistēma dzīvnieki. Viens no šīs zinātnes svarīgākajiem uzdevumiem ir padarīt datortehnoloģijas kontroli tikpat uzticamu un elastīgu kā nervu sistēma.

Viņas pirmie panākumi ir eksoskeletu un bioprotezu radīšana, kas liek paralizētiem cilvēkiem uz kājām. Nākamais solis ir kontrolēt šīs ierīces ar domu spēku. Visticamāk, ka neirobionika kļūs par pamatu mākslīgā intelekta radīšanai.

Ja šī ziņa jums ir noderīga, būs patīkami jūs redzēt.

1. Bionika kā zinātne - attīstības vēsture, definīcijas, būtība
2. Dabisko formu analogi medicīnā
3. Bionikas principi medicīnas dienestā
Secinājums
Bibliogrāfija

1. Bionika kā zinātne - attīstības vēsture, definīcijas, būtība

Par oficiālu dzimšanas datumu vienai no jaunajām zinātnēm, kas parādījās mūsdienu divdesmitajā gadsimtā, bionikai, tiek uzskatīts 1960. gada 13. septembris - pirmā Amerikas nacionālā simpozija par tēmu “Mākslīgo sistēmu dzīvie prototipi - atklāšanas diena. atslēga uz jauna tehnoloģija". Tomēr pats par sevi saprotams, ka šāds simpozijs kļuva iespējams tikai tāpēc, ka līdz tam laikam bija uzkrāts liels datu apjoms par dzīvo sistēmu organizēšanas un darbības principiem, kā arī iespējas praktiski izmantot iegūtās zināšanas, lai atrisinātu parādījās vairākas neatliekamas tehniskas problēmas.
Nosaukums " bionika"Cēlies no sengrieķu saknes" bion "- dzīvības elements, dzīvības šūna vai, precīzāk, bioloģiskās sistēmas elementi.
Tūlīt parādījās emblēma un devīze, kas sevī nes simbolisku bionikas zinātniskās būtības tēlu - sintezēt dažādās zinātnēs uzkrātās zināšanas. Raksturīgs divdesmitajā gadsimtā. intensīvais nošķirtības process, zinātnisko disciplīnu sadrumstalotība, ārkārtēja atsevišķu zinātņu mērķu un uzdevumu konkretizēšanas pakāpe noveda pie vairāk nekā pusotra tūkstoša zināšanu nozaru rašanās. Diezgan ilgu laiku šāda zināšanu diferenciācija veicināja veiksmīga attīstība lielākā daļa zinātnes un tehnoloģiju nozaru, taču šobrīd šaurā zinātnieku specializācija apgrūtina mācīšanos, un ir steidzami jāintegrē rezultāti zinātniskie pētījumi pamatojoties uz vienotiem, visaptverošiem principiem.
Pirmais jaunas apvienošanās mēģinājums bija kibernētika, kuras galvenais integrācijas princips bija dzīvo un nedzīvo pārvaldības metožu un to saistību universālums.
Bionika tas daudzos aspektos ir loģisks kibernētikas turpinājums, taču tas novērš pretrunas, kas izriet no zinātņu specializācijas un to nodalīšanas, un integrē neviendabīgu informāciju saskaņā ar dzīvās dabas vienotību vai bioloģisko principu. Tāpēc bionikas emblēma ir skalpelis un lodāmurs, kas savienoti ar neatņemamu zīmi, un moto ir “Dzīvi prototipi ir jauno tehnoloģiju atslēga”.
Joprojām nav vienprātības par bionikas saturu - iespējams, populārāko no jaunajām zinātnēm, kas parādījās divdesmitajā gadsimtā. Daudzi eksperti uzskata bioniku par jaunu kibernētikas nozari, citi to attiecina uz bioloģiskajām zinātnēm, bet, acīmredzot, vislielākā taisnība ir tiem, kas atšķir bioniku kā neatkarīgu zinātni.
Pievēršoties vispopulārākajai definīcijai, mēs to varam teikt bionika ir zinātne, kas pēta bioloģisko sistēmu un to elementu uzbūves un darbības principus un iegūto zināšanu pielietošanu, lai radikāli uzlabotu esošās un radītu principiāli jaunas mašīnas, ierīces, ierīces, celtniecības konstrukcijas un tehnoloģiskie procesi. Bioniku var saukt arī par zinātni par būvniecības tehniskajām ierīcēm, kuru īpašības ir pēc iespējas tuvākas dzīvo sistēmu īpašībām.
Tāpat kā lielākajā daļā zinātņu, bionikas struktūra ir neviendabīga. Pašlaik ir ierasts atšķirt trīs bionikas metodiskos virzienus: bioloģisko, matemātisko (teorētisko) un tehnisko.
Bioloģiskā bionika balstās uz visdažādākajām bioloģijas un medicīnas nozarēm, izmanto savus sasniegumus, lai identificētu noteiktus dzīvās dabas principus, kurus var izmantot par pamatu dažādu inženiertehnisko problēmu risināšanai.
Teorētiskās bionikas saturs ir matemātiska aparāta izstrāde bioloģiskai modelēšanai, kā arī parādību un procesu matemātiskie modeļi, kas notiek dzīvos organismos, dzīvās sistēmās vai pat organismu sabiedrībās.
Tehniskās bionikas darbības sfēra ir matemātisko modeļu vai citu dzīvo organismu darbības aspektu ieviešana, kas bieži tiek iegūti bioloģiskās un teorētiskās bionikas izpētes gaitā, lai uzlabotu esošās un radītu pilnīgi jaunas. tehniskie līdzekļi un sistēmas savā ziņā ir pārākas tehniskās specifikācijas jau radīts agrāk un darbojas pēc bioloģiska principa.
Ilgas evolūcijas procesā daba uz Zemes ir radījusi neskaitāmus dzīvos organismus, no kuriem daudzus var pamatoti attiecināt uz "dzīvo" inženiertehniskās sistēmas», Darbojas ļoti precīzi, zinātniski un ekonomiski, ko raksturo pārsteidzoša precizitāte, mērķtiecība, spēja reaģēt uz vissīkākajām izmaiņām daudzos vides faktoros, atcerēties un ņemt vērā šīs izmaiņas, reaģēt uz tām ar dažādām adaptīvām reakcijām.
Apsveriet bionikas metožu un risinājumu pielietošanu medicīnā - šajā bioloģisko zinātņu nozarē, ar kuru katrs cilvēks saskaras vairāk nekā vienu reizi savā dzīvē.
Daudzi dabas "izgudrojumi" senos laikos palīdzēja atrisināt vairākas tehniskas problēmas. Tā, piemēram, veicot acu operācijas, arābu ārsti pirms daudziem simtiem gadu saņēma priekšstatu par gaismas staru laušanu, pārejot no vienas caurspīdīgas vides uz citu. Acs lēcas izpēte pamudināja senos ārstus izmantot kristāla vai stikla lēcas, lai palielinātu attēlu un pēc tam koriģētu redzi.
Kad kādā no saviem ceļojumiem Džeralds Darels bija spiests piekrist derībai, kuras nozīme bija nosaukt četrus izcilus izgudrojumus un pierādīt, ka tajos noteikto principu izmantoja dzīvnieki, pirms cilvēki par to domāja, izgudrojumus sauca par lapsenes anestēzijas izmantošanu. Kad ceļu lapsenes "gatavo" pārtiku nākotnes kāpuriem, viņi izmanto metodes, kuras jebkurš ārsts var nosaukt par vadīšanas anestēzijas metodēm - kodums ar neiropopleģiskas (nervu paralītiskas) vielas injicēšanu lielu nervu stumbru zonā pilnībā paralizē, bet nenogalina zirnekli, kas nekustīgi guļ lapseņu pūznis līdz kāpuru parādīšanās no sajūga, kuram šis ēdiens tika sagatavots.

2. Dabisko formu analogi medicīnā

Daudzi medicīnas instrumenti ir prototips starp dzīvās pasaules pārstāvjiem. Skarifikatora adata, kas paredzēta perifēro asiņu savākšanai (piemēram, lai veiktu vispārēju asins analīzi, ko mums katram atkārtoti ir noteikuši visu profilu ārsti), ir veidota pēc principa, kas pilnībā atkārto struktūru no sikspārņa priekšzoba zoba, kura kodums, no vienas puses, atšķiras ar nesāpīgumu, un, no otras puses, to vienmēr pavada pietiekami smaga asiņošana.
Ikvienam pazīstamā virzuļa šļirce daudzējādā ziņā imitē kukaiņu - odu un blusu - asinis sūkšanas aparātu, ar kura kodumu ikviens cilvēks ir garantēts. Adata, ko izmanto operācijas laikā, izmanto šūšanai iekšējie orgāni un cilvēka audi, vairākus gadsimtus nav mainījis savu sākotnējo formu - ribu kaulu formu lielas zivis, un skalpelis ar dabisko griezuma malu joprojām seko niedru lapas formai.
Bet šie ir tikai visvairāk vienkāršus piemērus, kas pie mums nonākuši burtiski no neatminamiem laikiem, un mūsdienu bionikas attīstība attiecas uz dažādām augsti attīstītām medicīnas tehnoloģijām. Tipisks piemērs ir mūsdienu tehnoloģijas zobu emaljas rekonstrukcija un palielināšana, kas ir viens no mūsdienu zobārstniecības “vaļiem” un kosmetoloģijā izmantotā nagu un matu pieaudzēšanas tehnoloģija. Šo tehnoloģiju pamatā ir jūras sūkļu būvēšanas princips, kā arī šļūcēju-svārstnieku ligzdu veidošanas tehnika. Abi šie celtniecības principi ir balstīti uz ķīmiski cietēšanas un gaismas sacietēšanas paņēmieniem.

3. Bionikas principi medicīnas dienestā

Tikpat svarīgs bionikas sasniegums medicīnā ir biostrāvas izmantošana. Kad 18. gadsimta beigās. itāļu fiziologs Luidži Galvani kā vardes anatomijas eksperimentu blakusprodukts atklāja bioloģiskās strāvas, kas rodas muskuļos kustības laikā; turpmākā biostrāvas izmantošana šķita ierobežota ar celtni. Tomēr mūsdienu pētījumu rezultāti apstiprina tieši pretējo. Smadzenes, komandējot rokas kustības, turpina sūtīt biostrāvas uz rokas muskuļiem - vāju elektrisko signālu - pat tad, kad rokas apakšējais segments ir amputēts. Protams, šajā gadījumā nav kustību, jo impulsi, iekrītot celma saīsinātā muskuļa nervu galā, rada tikai noteiktu kustību sajūtu, un kustību materiālā substrāta (muskuļu) nav.
Pirmais mākslīgās rokas modelis, ko kontrolē biopotenciāls, tika izgatavots 1957. gadā. Tam bija elektromagnētiskā piedziņa un ļoti apgrūtinoša sistēma no jebkura muskuļa ņemto bioelektrisko signālu pastiprināšanai un pārveidošanai. Pirmā mākslīgā roka uztvēra tikai vispārīgus signālus, piemēram, "pirkstu saspiešanu", "pirkstu atlocīšanu" un vienkāršāko šo komandu pārmaiņus, neuztverot regulējoša tipa signālus, norādot, ar kādu spēku kustība jāveic. Mēģinājums sveicināt cilvēku ar tik “dzelzs roku” neizbēgami beigtos ar ievainojumiem.
Bioloģisko strāvu kontrolēto protēžu uzlabošana notika patiešām lēcienveidīgi, un jau 1960. gada vasarā Maskavā notikušā 1. Starptautiskā federācijas kongresa par automātisko vadību dalībnieki redzēja, kā zēns, kuram nebija rokas mākslīgā roka krīta gabalu un uz tāfeles rakstīja skaidri un skaidri: "Labdien kongresa dalībniekiem." Bioplūsmas kontrolēja protēzes roku, kas skaidri saspiedās un atraisījās. Kustību skaidrība tika sasniegta, pietiekama protēzes adekvātai darbībai, un nākamais zinātnieku mērķis bija atgriezeniskās saites veidošana, spēja sajust protēzi.
Nedaudz vēlāk Bionas konferencē par bioniku tika demonstrēts rokas makets ar pirkstu galiem piestiprinātiem spiedienjutīgiem sensoriem, kas izgatavoti no vadošas gumijas vai plānas stieples. Spiediena ietekmē uz sensoriem signāli no tiem maina skaņas signāla vibrācijas frekvenci, kas ir piestiprināta pie rokas pie nerva, kas iet uz smadzenēm. Pašlaik visdaudzsološākie ir sensori, kas izmanto kaulu vibrāciju un elektrokaulu stimulus, tomēr, lai precizētu signālu parametrus, kā arī darbības elementu konstrukciju, vēl ir vajadzīgs ievērojams laiks, kas piepildīts ar eksperimentiem un pētījumiem strādāt.
Vēl viens bioloģiskās strāvas izmantošanas aspekts medicīnā ir to izmantošana parēzes un paralīzes ārstēšanā, vairāku patoloģisku stāvokļu korekcija grūtniecības laikā un, iespējams, lai atvieglotu pacientu stāvokli ar poliomielītu un zīdaiņu cerebrālo trieku. Pašlaik nav atbilstošas ​​ārstēšanas.
Visplašākās un sarežģītākās operācijas sirdī un smadzenēs kļuva iespējamas, pateicoties tam, ka medicīnas praksē tika ieviesta kontrolētās hipotermijas metode (t.i., apzināta operētās ķermeņa hipotermija, lai palēninātu vielmaiņas procesus audos un orgānos). Bet tikai daži cilvēki zina, ka tieši hipotermija ir pamats apturētajai animācijai un parobiozei - dziļas ziemas guļas stāvoklim - daudziem kukaiņiem un dažiem maziem grauzējiem nelabvēlīgos ziemas laikos. Šiem dzīvniekiem hipotermijas mērķis ir arī palēnināt vielmaiņas procesus orgānos un audos, kā rezultātā tiek samazināts enerģijas substrātu patēriņš nekā aktīvā stāvoklī.
Dažu vienšūņu pārvietošanās metode kļuva par prototipu automātiskas kuņģa -zarnu trakta zondes izveidei, kas ir interesantākā un daudzsološākā perspektīva instrumentālajiem pētījumiem gastroskopijā.
Atgriežoties pie ekstremitāšu protezēšanas, jāatzīmē, ka cits mūsdienīgs protēžu veids, ko galvenokārt izmanto apakšējo ekstremitāšu protezēšanai vai, pareizāk sakot, protēzes uz silikona pamata, satur arī būtībā dabiskais princips- zirnekļa staigāšanas kāju hidrauliskās struktūras princips, kura kustības ir balstītas uz bioloģiskā koloīda stāvokļa pāreju atbilstoši "gel-sol" tipam.
Zināmā mērā sasniegumi bionikas jomā medicīnas jomā ir balstīti uz paša cilvēka uzbūvi. Tādējādi perfūzijas plēves, kas uzklātas uz plašām apdeguma virsmām un kalpo, lai novērstu brūču infekciju, gandrīz pilnībā atdarina struktūru virsmas slāņi neskarta cilvēka āda, kurai piemīt baktericīdas īpašības un ko raksturo daļēja caurlaidība.
Bionikas sasniegumi daudzējādā ziņā dod cerības uz stāvokļa uzlabošanos vai gandrīz pilnīgu dzīves kvalitātes kompensāciju pacientiem, kuru stāvoklis iepriekš tika uzskatīts par praktiski bezcerīgu.
Viens no pirmajiem soļiem šajā ceļā ir dzirdes aparātu izveide. Dzirdes zudums cilvēkam ir nozīmīgs un bīstams un noved pie pilnīgas vai gandrīz pilnīgas invaliditātes. Šī problēma joprojām ir viena no ārkārtīgi sarežģītajām un praktiski neatrisināmām problēmām medicīnā.
Pavisam nesen daudzi nedzirdīgie ir saņēmuši reālu iespēju dzirdēt, izmantojot aparātu, kas izveidots, pamatojoties uz jaunākais atklājums Fizioloģiskie zinātnieki: zemas frekvences vibrācijas, ko uztver cilvēka auss, var uztvert zoba dzīvais nervs un pārnest uz smadzenēm. Radioinženieri ir izveidojuši tā saukto "radio zobu" - sistēmu, ar kuru var dzirdēt iepriekš nedzirdētus cilvēkus. Lai izveidotu šādu ierīci, ir nepieciešama viena dzīvā zobu nerva klātbūtne, un dzīvu zobu nervu pilnīga neesamība nav raksturīga pat pilnīgi skartam mutes dobumam.
Ierīces konstrukciju var raksturot aptuveni šādi: miniatūrs mikrofons, ko var nēsāt uz rokas kā pulksteni, ir pievienots tam pašam miniatūram raidītājam, kas pārveido skaņu radiosignālos, kurus uztver uztvērējs, kas uzstādīts zobs. Uztvērējs ir plāns pusvadītāju sakausējuma slānis, kas uzklāts uz brīviem nervu galiem, kas atrodas zobu kanālā. Šis pusvadītāju sakausējums veido pjezoelektrisko elementu, virsū pārklāts ar zelta vai sudraba slāni, kas kalpo kā antena. Autors izskatsŠis dizains praktiski neatšķiras no metalizētiem plombiem un vainagiem, kas ir ierasti mūsdienu ortopēdiskajā zobārstniecībā.
Signāls no radio raidītāja, ko saņem šāda antena, nonāk pjezoelektriskā elementā; vibrācijas rodas pjezoelektriskajā elementā, kas, aizraujot zobā esošos brīvos nervu galus, nervu impulsu veidā tiek pārraidīti uz smadzeņu garozas un subkortikālajiem dzirdes centriem. Tādējādi cilvēks, kurš līdz šim brīdim dzīvoja pasaulē bez skaņām, sāk dzirdēt. Protams, iekšā īsta dzīve personai, kas aprīkota ar šādu ierīci, saglabājas ievērojams skaits ierobežojumu, piemēram, lietošanā Mobilie tālruņi, kā arī strādājot ar tā sauktajiem trokšņa ģeneratoriem, bet ko šie ierobežojumi nozīmē salīdzinājumā ar pilnīgu kurlu, kas nedod cilvēkam pilnīgu sociālo rehabilitāciju.
V pēdējā laikā Vairākās valstīs ir kļuvuši plaši izplatīti pētījumi par tā saukto kvazi-dzirdes identifikāciju, lai izveidotu ierīces, kas imitē dzirdes aparātu. Jau ir izstrādātas un pārbaudītas vairākas dzirdes ierīces. Tādējādi Leidenes universitātē saistībā ar cilvēku skaņu uztveres mehānisma pētījumiem ir izstrādāts auss elektroniskais modelis (filtru sistēmas veidā), kas atveido auss frekvences raksturlielumus. Modelēšana ļāva pilnveidot dzirdes modeli un jo īpaši apvienot tādas parādības kā tembra uztvere un skaņas to dinamikā.
Amerikāņu zinātnieku V. Koldvela, E. Glenera, Dž. Stjuarta modelis ir izstrādāts, lai analizētu dažādu frekvenču skaņas intensitātes atkarību no skaņām, kuras cilvēks izrunā laikā, lai identificētu pazīmes, pēc kurām cilvēks atpazīst skaņas, fonēmas un izrunātie vārdi ar dažādiem cilvēkiem... Šie pētījumi var kalpot gan medicīniskiem nolūkiem, lai radītu progresīvākus dzirdes aparātus, gan datortehnoloģiju uzlabošanai.

Secinājums

Tādējādi pat no dažiem piemēriem var secināt, ka bionikai ir nozīmīga loma mūsdienu zinātnes pasaulē, un ne tikai kā abstraktai zinātnei, kurai nav mazas pielietotas vērtības, bet gan kā mūsdienu tehnoloģiju un tehnoloģiju pamatu . Daba jau daudzus gadus pilnveido savas inženiertehniskās prasmes, kas izskaidro dabas objektu funkciju un formu detalizētu, pat miniatūru izsmalcinātību. Cilvēkam salīdzinoši nesen piemīt inženieru prasmes, kas nozīmē, ka viņa pievilcība dabas objektiem ir principiāli pareiza un nākotnē sola daudz interesantu un negaidītu lietu, un tāpēc nosaka vienas no jaunajām zinātnēm - bionikas - attīstību.

Bibliogrāfija

1. Berezin FB Cilvēka psiholoģiskā un psihofiziskā adaptācija. L.: Nauka, 1988.
2. Džeralds Darels. Visā pasaulē. Zaļā sērija. M.: Armado-press, 2001.
3. Venčikova AI biostrāvas. M.: Mediz, 1962.
4. Matjuhins VA, Razumovs AN Vides cilvēka fizioloģija un atjaunojošā medicīna. M.: GOETAR "Medicīna", 1999.
5. Pugovkina N. A. Vispārējā bioloģija. M.: "Izglītība", 1990.
6. Medicīnas vēsture: eseju krājums. Izdevniecība Volgograda. medus. akad., 1994.
7. Apbrīnojami dzīvnieku pasaulē / red. Konstantinova A.S., Larinoy N.I. Valsts tas ir, 1970.