Biyonik insan yaşamında

Her yüzyılda bir Dünya'da bir dahinin doğduğunu söylüyorlar. Böyle bir dahi Leonardo da Vinci'ydi. En büyük sanatçı, heykeltıraş, matematikçi, mühendis ve anatomist Leonardo da Vinci gerçeği bulmaya, onu bilmeye ve anlatmaya çalıştı.

“Doğayı akıl hocam, tüm öğretmenlerin öğretmeni olarak aldım.”

Bu büyük bilim adamı neden doğayı kendine öğretmen olarak aldı?

Yaşam, en ilkel haliyle yaklaşık 2 milyar yıl önce Dünya'da ortaya çıktı. Acımasız doğal seçilim milyonlarca yüzyıl sürdü ve bunun sonucunda en güçlü ve en mükemmel olan hayatta kaldı. Leonardo da Vinci, insanın yeteneklerini geliştirmek için doğadan en iyiyi ödünç almayı öneren ilk kişiydi. 1485 yılında, çalışma prensibini kuşlardan kopyaladığı ornithoptel adlı mekanik bir uçan makine yarattı. Ve o zamanlar insan uçmayı öğrenmeyi başaramamış olsa da, bu yeni bir bilimin - biyonik - başlangıcını işaret ediyordu. Biyonik, biyoloji ve teknolojinin bir simbiyozudur.

Dünyanın tarihi - 4,5 milyar yıl - bir gün olarak temsil edilirse, Homo sapiens'in gezegende bir dakikadan daha kısa bir süre önce ortaya çıktığı ortaya çıkıyor. Kelimenin tam anlamıyla bir saniye geçti ve kendisini zaten bir yaratıcı olarak hayal ediyor ve artık hiçbir şey yaratamıyor. doğadan daha kötü. Yakın zamana kadar, yeni bir şey icat ederken, insanların bunun zaten var olduğuna dair hiçbir fikri yoktu. Sadece görüp başvurmanız yeterli. %99 bilimsel keşifler adam doğayı gözetledi. Bizi çevreleyen her şeyin doğal bir benzeri vardır.

Biyonik(itibaren Βίον - yaşamak ) - uygulandı başvuru üzerine teknik cihazlar organizasyon ilkeleri ve sistemleri, özellikleri, işlevleri ve yapıları . Basitçe söylemek gerekirse biyonik bir bağlantıdır Ve . Biyoniklerin doğum tarihi: 13 Eylül 1960.Biyoniklerin bir sembolü vardır: çapraz bir neşter, bir havya ve bir integral işareti. Biyoloji, teknoloji ve matematiğin bu birleşimi, biyonik biliminin daha önce kimsenin nüfuz etmediği yerlere nüfuz edeceğini ve daha önce kimsenin görmediğini göreceğini ummamıza olanak tanıyor.

İnsanoğlu her zaman gökyüzünü fethetmenin hayalini kurmuştur. Ancak buraya yalnızca kuşlar erişebiliyordu. Ve insanlara uçma fikrini veren de kuşlardı.

Uçma hayalleri ile bunların gerçekleşmesi çok farklı şeylerdir. Ve buna rağmen cesur fikirler Leonardo da Vinci'ninki gibi, insanlık yüzyıllar boyunca dünyaya zincirlenmiş kalacaktı. Kuşların kanatlarının ve kuyruklarının yapısı üzerine yapılan çalışmalar uçağın icadına yol açtı. İnsan gözünün yapısı fotoğraf merceğinin temelini attı ve ayçiçeği çiçek salkımının yapısı güneş panellerinin ortaya çıkmasını sağladı. Ünlü tasarımcı, yürüyüşten sonra dulavratotu çiçek salkımlarını ve köpeğinin kürkünü tararken Velcro bağlantı elemanlarını icat etti. Böcekler bilim insanlarına helikopter fikrini kazandırdı. Balık, denizaltıların yaratılmasına ilham verdi. MercedesBenz Corporation biyonik geliştirdi araç, tropikal bir vücut balığından kopyalanmıştır. Bavul benzeri şekline rağmen makinenin hava direnci son derece düşüktür.

Her gün farkında bile olmadan biyonik icatlarla karşılaşıyoruz. Çoğu zaman doğadan alınan ilkelere mimaride de rastlanır. Örneğin ünlülerin tasarımında Eyfel Kulesi insan femurunun yapısı yatıyor. Kemiğin baş kısmında çok sayıda destek noktası bulunur, bunlar sayesinde eklem üzerine gelen yük eşit olarak dağıtılır. Bu, kavisli femurun desteklenmesini sağlar ağır ağırlık bedenler. Aynı referans noktaları Eyfel Kulesi'nin tabanında da bulunabilir. Tasarımı, sürdürülebilirlik açısından mimari bir referans noktası olarak kabul ediliyor.

Başka bir kule olan Ostankino'nun da doğal bir analogu var. O ince siluet tanınabilir. Ostankino Kulesi'nin prototipi bir buğday sapıdır. Çiçek salkımının ağırlığı altında kırılmama yeteneği kulenin temelini oluşturdu.

Mimarlar giderek daha fazla canlı organizmaların işleyişinin ilkelerine yöneliyor. Nasıl çalıştığını anlamak için tasarımcının biyoloji çalışması gerekiyor. Doğal prototipler mimari yapılar balıklara, kuşlara, bitkilere ve hatta insan vücuduna dönüşür.

Biyonik yerinde durmuyor. Bu bilim gerçek bir devrim yaratıyor. Sıradan gözlem ve modelleme çok şey yapabilir.Gelecekteki mesleğim makine mühendisliği ile ilgili. Makine mühendisliği endüstrisi en robotik olanıdır. İlk kez pratik uygulamasıendüstriyel robotlarYirminci yüzyılın 50'li yılların sonlarında ve 60'lı yılların başlarında Amerikalı mühendisler D. Devol ve D. Engelberg sayesinde alındı. Çeşitli gerçekleştirmek için kullanılırlar teknolojik süreçler işletmenin verimliliğini artırmak amacıyla.

Bir robotun tasarımı bir veya daha fazla manipülatör içerebilirken, manipülatörün kendisi farklı yük kapasitesine, konumlandırma doğruluğuna ve serbestlik derecesine sahip olabilir. Endüstriyel bir robot oluşturulurken biyonik modeller aktif olarak kullanılmaktadır. Endüstriyel bir robotun manipülatörü, birbirine bağlı belirli sayıda hareketli bağlantıdan (eksenler) oluşur. Eklembacaklıların uzuvları prensibine göre tasarlanmıştır. Ne kadar çok eksen, o kadar çok evrensel tasarım robotta.Robotun eksenlerinin bağlantılarının düzeni ve esnekliği insan modeline (eklem bağlantısı) göre özenle yapılmıştır. Manipülatörün eksenleri sensörler kullanılarak ayarlanır. Duyu organlarına benzerler ve ışığa, uzaydaki konuma tepki verirler.

Doğa hala birçok gizemi koruyor; yaratımlarının uyumu insan dünyasını her zaman şaşırttı ve şaşırtmaya devam edecek. Ancak soru şu: “Geri kalan “yaban hayatı patentlerini” kullanmak için zamanımız olacak mı? Bitkilerin ve hayvanların yeryüzünden kaybolma hızı göz önüne alındığında ve istatistiklerin amansız bir şekilde belirttiği gibi: her yıl - bir hayvan türü ve her gün - bir bitki türü - ortaya atılan soru çok endişe verici görünüyor. Bu bağlamda nadir ve nesli tehlike altında olan hayvan ve bitki türlerinin korunması, bakımı çevre Dünyadaki tüm yaşamın yaşamı için uygun koşullarda, - acil sorun ve insanlığın daha da gelişmesinin anahtarıdır.

Hem güzellik açısından hem de organizasyon ve işleyiş açısından en mükemmel formlar doğanın kendisi tarafından yaratılmış ve evrim sürecinde gelişmiştir. İnsanlık uzun zamandır teknolojik sorunlarını çözmek için doğadan yapıları, elemanları ve yapıları ödünç almıştır. Şu anda, teknojenik uygarlık doğadan giderek daha büyük bölgeleri fethediyor ve çevredeki alanlar, dikdörtgen şekiller, çelik, cam ve beton ve sözde kentsel ormanda yaşıyoruz.

Ve her yıl insanın hava, yeşillik ve doğal unsurlarla dolu, doğal, uyumlu bir yaşam ortamına olan ihtiyacı giderek daha somut hale geliyor. Bu nedenle, çevresel konular kentsel planlamada giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bu yazıda biyonik örnekleriyle tanışacağız - ilginç modern yön mimarlık ve iç tasarım alanında.

Mimarlıkta biyonik örnekleri. Bilimsel ve sanatsal yaklaşım

Biyonik her şeyden önce bilimsel ve daha sonra yaratıcı bir yöndür. Mimariye uygulandığında, canlı organizmaları organize etmeye yönelik ilke ve yöntemlerin ve canlı organizmalar tarafından oluşturulan formların binaların tasarımında ve inşasında kullanılması anlamına gelir. Biyonik tarzda çalışan ilk mimar A. Gaudi'dir. Ünlü eserleri hâlâ dünyanın hayranlığını kazanıyor (Casa Batllo, Casa Mila, Sagrada Familia, Park Güell vb.).

Barselona'daki Casa Mila Antonio Gaudi
Pekin'deki Ulusal Opera Binası

Modern biyonik dayanmaktadır hesaplamalar ve 3 boyutlu görselleştirme için matematiksel modelleme ve geniş bir yazılım yelpazesi kullanarak yeni yöntemlerin kullanılması. Ana görevi, canlı organizmaların dokularının oluşum yasalarını, yapılarını incelemektir. fiziksel özellikler, tasarım özellikleri bu bilgiyi mimariye dönüştürmeyi hedefliyoruz. Yaşayan sistemler, enerji ve malzemeden tasarruf ederken optimum güvenilirliği sağlama, optimum şekli oluşturma prensiplerine göre çalışan yapılara örnektir. Biyoniklerin temelini oluşturan bu ilkelerdir. Sitede biyoniklerin ünlü örnekleri sunuluyor.

Sidney Opera Binası
Pekin'deki yüzme kompleksi

İşte dünyadaki en büyük biyonik tabanlı yapılardan bazıları:

• Paris'teki Eyfel Kulesi (incik kemiğinin şeklini tekrarlar)
• Pekin'deki Swallow's Nest Stadyumu (harici) metal yapı kuş yuvasının şeklini tekrarlar)
• Chicago'daki Aqua gökdelen (dışarıdan düşen bir su akıntısına benziyor ve binanın şekli aynı zamanda Büyük Göller kıyılarındaki kalker birikintilerinin katlanmış yapısına da benziyor)
• Naucalpan'daki konut binası "Nautilus" veya "Shell" (tasarımı doğal bir yapıdan alınmıştır - yumuşakça kabuğu)
• Sidney Opera Binası (sudaki açık nilüfer yapraklarını taklit eder)
• Pekin'deki yüzme kompleksi (cephenin tasarımı “su kabarcıklarından” oluşur, kristal kafesi tekrarlar, binanın ihtiyaçları için kullanılan güneş enerjisini biriktirmenizi sağlar)
• Pekin'deki Ulusal Opera Binası (bir damla suyu taklit eder)

Biyonik aynı zamanda yapısı doğa yasalarının önerdiği inşaat için yeni malzemelerin yaratılmasını da içerir. Bugün, her biri yapısının inanılmaz gücüyle öne çıkan birçok biyonik örneği zaten var. Böylece çeşitli büyüklükteki yapıların inşası için yeni ek fırsatlar elde etmek mümkündür.

Chicago'daki Bulut Kapısı heykeli
İç tasarımda biyonik örnekleri

Örneklerle biyonik tarzda iç tasarımın özellikleri

Biyonik tarz aynı zamanda iç tasarıma da geldi: hem konutlarda hem de hizmet sektörü binalarında, sosyal ve kültürel amaçlarla. Biyonik örnekleri modern parklarda, kütüphanelerde, alışveriş merkezleri, restoranlar, sergi merkezleri vb. Bunun özelliği nedir moda tarzı? Özellikleri nelerdir? Mimarlıkta olduğu gibi, iç mekan biyonikleri de mekanın organizasyonunda, mekanların planlanmasında, mobilya ve aksesuarların tasarımında ve dekorda doğal formları kullanır.

Tasarımcılar fikirlerini yaşayan doğanın tanıdık yapılarından alıyorlar:

• Balmumu ve bal peteği, iç mekanda alışılmadık yapılar yaratmanın temelidir: duvarlar ve bölmeler, mobilya elemanları, dekor, duvar elemanları ve tavan panelleri, pencere açıklıkları vesaire.
• Örümcek ağı alışılmadık derecede hafif ve ekonomik bir ağ malzemesidir. Genellikle bölme tasarımında, mobilya tasarımında ve aydınlatma armatürleri, hamak.
• Dış veya iç merdivenler, pürüzsüz doğal formları tekrarlayan birleştirilmiş doğal malzemelerden oluşturulan spiral veya sıra dışı yapılar şeklinde yapılabilir. Biyonik sanatçılar merdiven tasarımında çoğunlukla bitki formlarından başlıyor.
• İlginç aydınlatmalar yaratmak için biyonik örneklerde renkli cam da kullanılıyor.
• İÇİNDE ahşap evler Ağaç gövdeleri taşıyıcı kolon olarak kullanılabilir. Genel olarak ahşap, biyonik tarzda en yaygın iç mekan malzemelerinden biridir. Yün, deri, keten, bambu, pamuk vb. de kullanılmaktadır.
• Ayna ve parlak yüzeyler su yüzeyinden alınarak ona uyumlu bir şekilde uyum sağlar.
• Bireysel yapıların ağırlığını azaltmak için perforasyon kullanmak mükemmel bir çözümdür. Gözenekli kemik yapıları genellikle oluşturmak için kullanılır. ilginç mobilyalar Malzemeden tasarruf ederken ferahlık ve hafiflik yanılsaması yaratır.

Lambalar aynı zamanda biyolojik yapıları da taklit ediyor. Bir şelaleyi, ışık saçan ağaçları ve çiçekleri, bulutları, gök cisimlerini taklit eden lambalar güzel ve orijinal görünüyor. deniz canlıları vb. Biyonik örnekleri sıklıkla kullanılır doğal malzemeler, çevre dostudur. Karakteristik Özellikler Bu yön düzgün çizgiler ve doğal renkler olarak kabul edilir. Bu, teknolojinin gelişmesiyle insanın elde ettiği kolaylıkları ortadan kaldırmadan, doğal doğaya yakın bir atmosfer yaratma çabasıdır. Elektronik, fark edilmeyecek şekilde tasarıma entegre edilmiştir.

Chicago'daki Aqua gökdelen, Pekin'deki Swallow's Nest Stadyumu'nun iç tasarımındaki biyoniklerin bir örneğidir.

İç mekandaki biyonik örneklerinde ilginç akvaryumları düşünebilirsiniz. sıradışı tasarımlar ve doğada olduğu gibi tekrarlanmayan benzersiz formlar. Biyonikte hiçbir şeyin olmadığını söyleyebiliriz. sınırları netleştirmek ve alanın imar edilmesi, bazı odaların diğerlerine sorunsuz bir şekilde “akması”. Doğal unsurlar mutlaka iç mekanın tamamına uygulanmayacaktır. Şu anda, bireysel biyonik unsurlara sahip projeler çok yaygındır - vücudun yapısını, bitkilerin yapısını ve canlı doğanın diğer unsurlarını takip eden mobilyalar, organik ekler, doğal malzemelerden yapılmış dekor.

şunu belirtmekte yarar var temel özellik Mimarlık ve iç tasarımda biyonik, doğal formların, onlar hakkındaki bilimsel bilgileri dikkate alarak taklit edilmesidir. Yeni teknolojiler kullanarak insanlar için uygun, ekolojik açıdan güvenli bir yaşam ortamının yaratılması enerji verimli teknolojiler kentsel gelişim için ideal bir yön haline gelebilir. Bu nedenle biyonik, mimarların ve tasarımcıların zihnini büyüleyen, hızla gelişen yeni bir yöndür.

Biyonik biliminin tam olarak ne zaman doğduğunu söylemek mümkün değil, çünkü insanlık her zaman doğadan ilham almıştır; örneğin yaklaşık 3 bin yıl önce, böceklerin yaptığı gibi ipeğin yaratılışını kopyalamak için girişimlerde bulunulduğu bilinmektedir. Elbette bu tür girişimlere gelişme denemez, ancak modern teknolojiler ortaya çıktıktan sonra, kişi doğal fikirleri kopyalamak, yıllardır doğal koşullarda doğan her şeyi birkaç saat içinde yapay olarak yeniden üretmek için çok gerçek bir fırsata sahip oldu. Örneğin, bilim adamları, özellikle elmasın bir benzeri olarak, güzellik ve saflık açısından doğal olanlardan daha aşağı olmayan sentetik taşların nasıl yetiştirileceğini biliyorlar.

Biyoniklerin en ünlü görsel düzenlemesi Paris'teki Eyfel Kulesi'dir. Bu yapı, ortaya çıktığı üzere küçük kemiklerden oluşan femurun çalışmasına dayanıyordu. Ağırlığın mükemmel şekilde dağıtılmasına yardımcı olurlar, böylece femur başı daha büyük yüklere dayanabilir. Eyfel Kulesi'nin yaratılmasında da aynı prensip kullanıldı.

Gelişimine büyük katkı sağlayan biyoniklerin belki de en ünlüsü Leonardo da Vinci'dir. Örneğin bir yusufçuğun uçuşunu izledi ve ardından yaratırken hareketlerini aktarmaya çalıştı. uçak.

Biyoniklerin diğer bilimsel alanlar için önemi

Birçok disiplinin kesişiminde doğan bir bilgi olduğu göz önüne alındığında, biyonik bilimi herkes tarafından bir bilim olarak kabul edilmemektedir. Biyonik kavramının kendisi geniş olmakla birlikte, birçok disiplini kapsamaktadır. bilimsel yönler. Özellikle bu genetik mühendisliği, tasarım, tıbbi ve biyolojik elektronik.

Sadece uygulamalı doğası hakkında konuşulabilir, ancak modern yazılım her türlü doğal çözümün simüle edilmesini ve gerçeğe dönüştürülmesini mümkün kılar ve bu nedenle doğal olayların incelenmesi ve insan yetenekleriyle karşılaştırılması giderek daha alakalı hale gelir. Mühendisler, modern robot bilimi oluştururken yardım için giderek daha fazla biyonik bilim insanlarına yöneliyor. Sonuçta, gelecekte insan hayatını önemli ölçüde kolaylaştıracak olan robotlardır ve bunun için doğru hareket edebilmeleri, düşünebilmeleri, tahmin edebilmeleri, analiz edebilmeleri vb. Böylece Stanford Üniversitesi'nden bilim adamları hamamböceği gözlemlerine dayanan bir robot yarattılar. Buluşları sadece çevik ve organik değil, aynı zamanda çok işlevsel. Yakın gelecekte bu robot haline gelebilir vazgeçilmez bir yardımcı bağımsız hareket edemeyenler için.

Biyoniklerin yardımıyla gelecekte devasa teknolojik gelişmeler yaratmak mümkün olacak. Artık bir insanın doğal olayların bir analoğunu yaratması yalnızca birkaç yıl alacak, doğanın kendisi ise bunun için bin yıl harcayacak.

Nasıl keşifler yapılır, nasıl çeşitli icatlar yapılır kısacası her şey, İnsanlığı ileriye taşıyan şey nedir? Elbette bu bilgi, yetenek, azim ve çalışma yeteneği gerektirir. Ama hepsi bu değil.

Gerçek bir bilim insanı güçlü gözlemle birleşen keskin gözlemiyle ayırt edilir yaratıcı hayal gücü. Bu niteliklerin birleşimi, doğal yapıların endüstriyel analoglarının yaratılmasını mümkün kılar.

Doğanın patentlerine göre

XX yüzyılın 60'lı yıllarından bu yana, yeni dönem- biyonikler, Teknik sorunları çözmek için canlı doğaya ilişkin bilgiyi kullanan bir bilim. Bu bilimin önemi fazla tahmin edilemez. Sonuçta doğa, yaratımlarını maksimum verimlilikle yaratıyor.

Böyle bir insan yapımı analog yaratmanın en basit örneği, ayakkabı ceketlerinde vb. bağlantı elemanı olarak kullanılan Velcro ve fermuarlardır. Ancak insan bu basit ama çok kullanışlı buluşu doğadan ödünç almıştır. Dulavratotu dikenleri kolayca yapışır çeşitli malzemeler oldukça güçlü bir bağlantı oluşturuyor ve saça bulaştığında büyük sorun yaratıyorlar.

Bilim insanları deniz yaşamını inceleyerek çok sayıda ilginç fikir elde etti:

• Böylece binlerce yıllık evrimle bilenmiş, denizaltıların tasarımı için bir prototip görevi görmüştür. deniz gemileri. Ve bu çalışma tamamen benzersiz bir laminfo malzemesi yaratmayı mümkün kıldı. Gemilerin su altı kısmının bu malzemeden kaplanması hızlarını %15-20 oranında artırır.

• Muhtemelen birinin dağıldığını görmüşsünüzdür deniz suyu jöleli ete benzer. Bu derin deniz sakinini inceleyen bilim adamları, onun hakkında pek çok ilginç şey buldular. Denizanasının nasıl hareket ettiğini biliyor musun? Suyu dokunaçlarından zorla dışarı iter ve böylece ileri doğru hareket eder. aynı prensipte. Sıcak gazlar nozuldan büyük bir hızla fırlayarak roketi ters yöne itti.

• Ancak denizanası insanlara başka bir sürpriz daha hazırladı. Bu insanların yaklaşan bir fırtınanın sesini "duyabildiği" ortaya çıktı. Ve fırtınadan önce, deniz dalgaları tarafından kıyıya sürüklenmemek için denizin çok açıklarına giderler. Bilim adamları denizanasının bu özelliğini incelemeyi başardılar. Bu keşif sayesinde o zamandan beri insanlara çok güvenilir bir şekilde hizmet veren “Denizanası Kulağı” cihazı yaratıldı. Fırtınanın yaklaşmasını başlamadan 12-15 saat önce tahmin etmenizi sağlar. Bu süre zarfında denizciler ve balıkçılar şiddetli unsurlarla karşılaşmaya hazırlanabilirler. Teşekkür ederim denizanası!
• Dört gözlü balık Brezilya rezervuarlarında yaşıyor. Aslında sadece iki gözü var ama her biri iki parçaya bölünmüş. Üst yarı, su yüzeyinin üzerindeki durumu izler ve alt yarı, bu böcek gözlü güzelliğe saldıran yırtıcı hayvanlardan kendinizi korumanızı sağlar. Aynı prensip bifokal gözlüklerin de temelini oluşturur. Lensleri farklı optik güçlere sahip iki yarıdan oluşur. Üst kısım uzak görüşe, alttaki okumaya hizmet eder.
• Derin denizlerin dikkat çekici Fransız kaşifi Jacques-Yves Cousteau, endişeyle suya bir hava kabarcığı çeken böceği ilgiyle izledi. Bu, bilim adamına bir tüplü dalış ekipmanı yaratma fikrini verdi.

Deniz yaşamından alınan patentlerin listesi tükenmekten çok uzaktır, ancak yine de insanlığın kuşlar ve uçan böcekler hakkında gözetlediği ilginç icatlarla tanışmamız gerekiyor.

Hızlı geçişleri veya avlarını yukarıdan izleyen görkemli kartalları izleyen insanlar, yerden sakince süzülmeyi hayal ediyorlardı. uçuşların taslağını çizdi ve hatta havalanmaya mahkum olmayan bir uçan makine geliştirdi.

Ancak doğadan ödünç alınan fikirler, uçağın mucitleri tarafından hâlâ kullanılıyordu:

• Uçak kanadının tasarımı büyük kuşların kanatlarının şekline mümkün olduğunca yakındır.
• Uzun bir süre, yüksek hızlı uçakları test edenler çarpıntı - güçlü titreşim olgusuyla karşı karşıya kaldılar. Uçağın kanatlarının ön kenarını kalınlaştırarak bundan kurtulmak mümkündü. Doğanın uzun zaman önce bu soruna hazır bir mühendislik çözümü bulduğu ortaya çıktı - yusufçukların kanatlarında da benzer bir kalınlaşma var.
• Yusufçuk, tasarımcılara bir helikopter yaratma konusunda “ilham verdi”.
• Canlı bir yusufçuğun drone olarak kullanılması planlanıyor. Kontrol sistemine sahip bir “sırt çantası” ve güneş panelleri yemek için. Bu şekilde böcekleri kontrol altına almak ve onları mahsullerin daha iyi tozlaşmasına yönlendirmek mümkün olacaktır. Bir kişiyi takip etmek için kullanılmaları mümkündür.
• Yarasaların ultrason kullanarak yön bulma yeteneği, ekolokasyon için bir prototip görevi gördü. Deniz yatağının topografyasını incelemenize, batık gemileri bulmanıza, ticari balıkların biriktiği yerleri keşfetmenize vb. olanak tanır. Hatta bunun için bir baston tasarlamak bile mümkündü. kör insanlar Yaşam kalitesini önemli ölçüde artıran bir ultrason kaynağı ve alıcının kurulu olduğu.
• Bilime paha biçilmez yardım sağladı. Gizemli organlarından birini (halter) inceleyen bilim adamları, bu prensibe dayanarak çok önemli bir navigasyon cihazı yarattılar: titreşim jiroskopu.

• Bu çekici olmayan böcek bir başkasını “önerdi” ilginç fikir. Sineğin gözleri, aynı nesnenin birçok görüntüsünü aynı anda almasına olanak sağlar. Bu, onun hareketinin hızını yüksek derecede doğrulukla belirlemesine olanak tanır. Bilim insanları bu prensibi kullanarak "sinek gözü" adı verilen bir cihaz yarattılar. Artık uçakların hızını belirlemek için kullanılıyor.
• Binlerce yıl boyunca, hayvanların çevrelerinin rengine uyacak şekilde kamufle etme ve renk değiştirme konusundaki bilenmiş yetenekleri, malzemeyi (bukalemun) geliştirmek için kullanıldı. Üzerine uygulanan elektriksel darbeler, sahte bir görüntü oluşturmasına olanak tanır. Bu tür malzemelerle kaplanan askeri ekipmanlar, araziyle birleştiği için dronelar tarafından görülemez hale geliyor.
• İkili silah fikrinin bombardıman böceğinden ödünç alındığı ortaya çıktı. Doğa ona kendini savunması için orijinal silahlar sağladı. Bağımsız çalışan iki bez, öfkeli böceğin aynı anda karnından dışarı attığı iki zararsız madde üretir. Bağlantı noktasında sıcaklık 100 °C'ye ulaşır! İkili mermiler, bir bölmeyle iki parçaya bölünmüş bir oda ile donatılmıştır. Tek başına tehlike oluşturmayan iki madde içerirler. Ancak bir patlama sırasında birleşerek güçlü, zehirli bir gaz oluştururlar.
• Doğanın patent kütüphanesinin koridorlarındaki yolculuk sona yaklaşıyor. Ancak daha önce "Çok Gizli" olarak işaretlenmiş başka bir klasörü açalım.

Biyoniklerin geleceği

Son yıllarda biyonikte ayrı bir bölüm ortaya çıktı: nörobiyonik. Bilgisayarlar arasındaki benzerlikleri araştırıyor ve sinir sistemi hayvanlar. Bu bilimin en önemli görevlerinden biri bilgisayar teknolojisinin kontrolünü sinir sistemi kadar güvenilir ve esnek hale getirmektir.

İlk başarıları arasında felçli insanları ayağa kaldıran dış iskelet ve biyoprotezlerin yaratılması yer alıyor. Bir sonraki adım bu cihazları düşünce gücüyle kontrol etmektir. Nörobiyoniklerin yapay zekanın yaratılmasının temeli olması muhtemeldir.

Bu mesaj işinize yaradıysa sizi görmekten mutluluk duyarım

1. Bir bilim olarak biyonik - gelişimin tarihi, tanımlar, öz
2. Tıpta doğal formların analogları
3. Tıbbın hizmetinde biyoniklerin ilkeleri
Çözüm
Referanslar

1. Bir bilim olarak biyonik - gelişimin tarihi, tanımlar, öz

Modern yirminci yüzyılda ortaya çıkan yeni bilimlerden biri olan biyonik'in resmi doğum tarihi, 13 Eylül 1960 olarak kabul ediliyor - "Yapay sistemlerin yaşayan prototipleri - yapay sistemlerin canlı prototipleri" konulu ilk Amerikan ulusal sempozyumunun açılış günü. anahtarı yeni teknoloji" Ancak, böyle bir sempozyumun düzenlenmesinin, o zamana kadar canlı sistemlerin organizasyonu ve işleyişine ilişkin ilkeler hakkında büyük miktarda verinin birikmiş olması ve ayrıca edinilen bilgilerin pratikte kullanılması için fırsatların ortaya çıkması nedeniyle mümkün olduğunu söylemeye gerek yok. bir dizi sorunu çözmek için. güncel sorunlar teknoloji.
İsim " biyonik" Antik Yunan kökü "bion"dan gelir - yaşamın unsuru, yaşam hücresi veya daha kesin olarak biyolojik sistemin unsurları.
Çeşitli bilimlerde biriken bilgileri sentezlemek için biyoniklerin bilimsel özünün sembolik bir görüntüsünü taşıyan bir amblem ve slogan hemen ortaya çıktı. 20. yüzyılın doğasında var. bilimsel disiplinlerin yoğun ayrılma ve parçalanma süreci, bireysel bilimlerin amaç ve hedeflerinin aşırı derecede spesifikleştirilmesi, bir buçuk binden fazla bilgi dalının ortaya çıkmasına yol açtı. Oldukça uzun bir süre boyunca, bilginin bu şekilde farklılaşması çoğu bilim ve teknoloji dalının başarılı bir şekilde gelişmesine katkıda bulunmuştur, ancak şu anda bilim adamlarının dar uzmanlaşması bilgiyi karmaşık hale getirmektedir ve sonuçların entegrasyonuna acil bir ihtiyaç vardır. bilimsel araştırma ortak ve kapsamlı ilkelere dayanmaktadır.
Yeni bir birleşme yönündeki ilk girişim, temel entegrasyon ilkesi canlı ve cansız şeyleri ve bunların bağlantılarını kontrol etmeye yönelik yöntemlerin evrenselliği olan sibernetikti.
Biyonik birçok yönden sibernetiğin mantıksal bir devamıdır, ancak bilimlerin uzmanlaşmasından ve bunların ayrılmasından kaynaklanan çelişkileri ortadan kaldırır ve heterojen bilgileri, canlı doğanın birliğine veya biyolojik prensibe uygun olarak bütünleştirir. Bu nedenle, biyonik amblemi, entegre bir işaretle birbirine bağlanan bir neşter ve bir havyadır ve sloganı "Yaşayan prototipler - yeni teknolojinin anahtarıdır."
Yirminci yüzyılda ortaya çıkan genç bilimlerin belki de en popüleri olan biyonik biliminin içeriği konusunda hâlâ bir fikir birliği yok. Pek çok uzman biyoniği sibernetiğin yeni bir dalı olarak görüyor, diğerleri onu biyolojik bilimlere atfediyor, ancak görünüşe göre biyonikleri bağımsız bir bilim olarak ayıranlar en haklılar.
En köklü tanıma dönersek şunu söyleyebiliriz: biyonik biyolojik sistemlerin ve bunların elemanlarının yapım ve işleyiş ilkelerini inceleyen ve edinilen bilgiyi mevcut olanı radikal bir şekilde iyileştirmek ve temelde yeni makineler, aletler, aparatlar oluşturmak için kullanan bir bilimdir, bina yapıları ve teknolojik süreçler. Biyonik, özellikleri canlı sistemlerin özelliklerine mümkün olduğunca yakın olan teknik cihazların inşa edilmesi bilimi olarak da adlandırılabilir.
Çoğu bilim gibi biyoniklerin yapısı da heterojendir. Şu anda biyoniklerin üç metodolojik alanını ayırt etmek gelenekseldir: biyolojik, matematiksel (teorik) ve teknik.
Biyolojik biyonik Biyoloji ve tıbbın çeşitli dallarına dayanmaktadır ve başarılarını, belirli mühendislik problemlerinin çözümüne temel olabilecek, canlı doğanın belirli ilkelerini tanımlamak için kullanır.
Teorik biyoniklerin içeriği, biyolojik modelleme için matematiksel bir aparatın yanı sıra canlı organizmalarda, canlı sistemlerde ve hatta organizma toplumlarında meydana gelen olayların ve süreçlerin matematiksel modellerinin geliştirilmesidir.
Teknik biyoniklerin faaliyet alanı, mevcut olanları iyileştirmek ve tamamen yenilerini yaratmak amacıyla genellikle biyolojik ve teorik biyonik araştırmaları sırasında elde edilen matematiksel modellerin veya canlı organizmaların aktivitesinin diğer yönlerinin uygulanmasıdır. teknik araçlar ve sistemleri üstün teknik özellikler zaten daha önce yaratılmış ve biyolojik prensiple çalışıyor.
Uzun evrim sürecinde doğa, Dünya üzerinde birçoğu haklı olarak "canlı" olarak sınıflandırılabilecek sayısız canlı organizma yaratmıştır. mühendislik sistemleri", çok doğru, bilimsel ve ekonomik olarak işleyen, inanılmaz doğruluk, uygunluk, çok sayıda çevresel faktördeki ince değişikliklere yanıt verme, bu değişiklikleri hatırlama ve hesaba katma ve bunlara çeşitli uyarlanabilir reaksiyonlarla yanıt verme yeteneği ile ayırt edilen.
Her insanın hayatında birden fazla kez karşılaştığı biyolojik bilimlerin dalı olan tıpta biyonik yöntemlerin ve çözümlerin kullanımını ele alalım.
Doğanın “icatlarının” çoğu, eski zamanlarda bile bir takım teknik sorunların çözülmesine yardımcı oldu. Örneğin Arap doktorlar yüzlerce yıl önce göz ameliyatları yaparken, ışık ışınlarının şeffaf bir ortamdan diğerine geçerken kırılması konusunda bilgi sahibi oldular. Göz merceğinin incelenmesi, eski doktorları, görüntüyü büyütmek ve ardından görüşü düzeltmek için kristal veya camdan yapılmış mercekler kullanmayı düşünmeye sevk etti.
Gerald Darell, seyahatlerinden birinde bir iddiayı kabul etmek zorunda kaldığında, bunun anlamı dört olağanüstü icadın isimlendirilmesi ve bunların temelini oluşturan prensibin, insanoğlunun aklına gelmeden önce hayvanlar tarafından kullanıldığının kanıtlanmasıydı. eşekarısı tarafından anestezi kullanımı. Yol eşekarısı gelecekteki larvalar için yiyecek "hazırladığında", herhangi bir doktorun iletim anestezisi yöntemleri diyebileceği yöntemleri kullanırlar - büyük sinir gövdeleri bölgesine nöroplejik (sinir felci) bir maddenin enjeksiyonu ile bir ısırık tamamen felç olur, ancak hareketsiz yatan örümceği öldürmez yaban arısı yuvası bu yiyeceğin hazırlandığı kavramadan larvaların ortaya çıkmasına kadar.

2. Tıpta doğal formların analogları

Birçok tıbbi aletler Yaşayan dünyanın temsilcileri arasında bir prototip var. Periferik kan toplamak için kullanılan kazıyıcı iğne (örneğin, her profilden doktor tarafından her birimize defalarca reçete edilen genel bir kan testi yapmak amacıyla), yapıyı tamamen kopyalayan bir prensip üzerine tasarlanmıştır. bir yandan ısırığı farklı bir ağrısızlık olan, diğer yandan her zaman oldukça ağır kanamanın eşlik ettiği bir yarasanın kesici dişinin.
Tanıdık pistonlu şırınga, birçok yönden böceklerin kan emme aparatını taklit eder - sivrisinekler ve pireler, ısırığı herkesin aşina olması garanti edilir. Ameliyat sırasında dikiş atmak için kullanılan bir iğne iç organlar ve insan dokusu, birkaç yüzyıl boyunca orijinal şeklini değiştirmedi - kaburga kemiklerinin şekli büyük balık ve neşter doğal kesici kenarıyla hala kamış yaprağının şeklini takip ediyor.
Ancak bunlar yalnızca en basit örnekler Kelimenin tam anlamıyla çok eski zamanlardan beri bize gelen ve biyoniklerin modern gelişimi, birçok gelişmiş tıbbi teknolojiyi ilgilendiriyor. Tipik bir örnek modern teknoloji modern diş hekimliğinin “balinalarından” biri olan diş minesinin yeniden yapılandırılması ve uzatılması ve kozmetolojide kullanılan tırnak ve saç uzatma teknolojisi. Bu teknolojilerin temeli, deniz süngerleri inşa etme ilkesinin yanı sıra, hızlı geçişli yuvalar inşa etme tekniğidir. Bu yapım ilkelerinin her ikisi de kemo-kürleme ve ışıkla sertleştirme tekniklerine dayanmaktadır.

3. Tıbbın hizmetinde biyoniklerin ilkeleri

Tıpta biyoniklerin eşit derecede önemli bir başarısı da biyoakımların kullanılmasıdır. 18. yüzyılın sonunda. İtalyan fizyolog Luigi Galvani, kurbağaların diseksiyonu üzerine yapılan deneylerin bir yan ürünü olarak, hareket sırasında kaslarda ortaya çıkan biyoakımları keşfetti; biyoakımların gelecekteki kullanımı son derece sınırlı görünüyordu; Ancak modern araştırmaların sonuçları bunun tam tersini iddia ediyor. Elin hareketlerini yöneten beyin, elin alt kısmı kesildiğinde bile el kaslarına biyoakımlar (zayıf bir elektrik sinyali) göndermeye devam ediyor. Elbette bu durumda hareket yoktur, çünkü kütüğün kesik kasının sinir ucuna giren impulslar yalnızca belirli hareketlerin hissini verir ve hareketlerin (kasların) maddi substratı yoktur.
Biyopotansiyel tarafından kontrol edilen ilk yapay el modeli 1957'de üretildi. Elektromanyetik bir tahrike ve herhangi bir kastan alınan biyoelektrik sinyallerin yükseltilmesi ve dönüştürülmesine yönelik oldukça hantal bir sisteme sahipti. İlk yapay el, hareketin hangi kuvvetle yapılması gerektiğini belirten düzenleyici türden sinyalleri algılamadan, yalnızca "parmaklarınızı sıkın", "parmaklarınızı açın" gibi genel sinyalleri ve bu komutların en basit dönüşümünü algıladı. Böylesine “demir eli” olan birine merhaba demeye çalışmak kaçınılmaz olarak yaralanmayla sonuçlanacaktır.
Biyoakımlar tarafından kontrol edilen protezlerin gelişimi gerçekten büyük bir hızla ilerliyordu ve daha 1960 yazında, Moskova'da düzenlenen Birinci Uluslararası Otomatik Kontrol Federasyonu Kongresi katılımcıları, eli olmayan bir çocuğun nasıl protez yaptığını gördüler. yapay el Bir parça tebeşirle tahtaya açık ve net bir şekilde şunu yazdı: “Kongre katılımcılarına merhaba.” Açıkça sıkılıp gevşetilen protez el, biyoakımlar tarafından kontrol ediliyordu. Protezin yeterli çalışması için yeterli olan hareket netliği sağlandı ve bilim adamlarının bir sonraki hedefi, geri bildirim oluşumu, protezi hissetme yeteneği oldu.
Kısa bir süre sonra Bakü'de düzenlenen biyonik konferansında, iletken kauçuktan veya ince telden yapılmış, parmak uçlarına monte edilmiş, basınca duyarlı sensörlere sahip bir el modeli gösterildi. Sensörler üzerindeki basıncın etkisi altında, onlardan gelen sinyaller, beyne giden sinirin yakınındaki kola monte edilen zilin titreşim frekansını değiştirir. Şu anda, kemik titreşimi ve elektrikli kemik stimülasyonunu kullanan sensörler en umut verici gibi görünüyor, ancak sinyallerin parametrelerinin yanı sıra etkileyen elemanların tasarımının açıklığa kavuşturulması için hala deneyler ve araştırma çalışmalarıyla dolu önemli bir zamana ihtiyaç var. .
Biyoakımların tıpta kullanımının bir başka yönü, bunların parezi ve felç tedavisinde, hamilelik sırasında bir takım patolojik durumların düzeltilmesinde ve muhtemelen yeterli tedavisi olmayan çocuk felci ve serebral palsi hastalarının durumlarının hafifletilmesinde kullanılmasıdır. şu anda mevcut.
Kalp ve beyin üzerinde kapsamlı ve karmaşık operasyonların gerçekleştirilmesi, kontrollü hipotermi yönteminin (yani doku ve organlardaki metabolik süreçleri yavaşlatmak için ameliyat edilen kişinin vücudunun bilinçli olarak hipotermi yapılması) tıbbi uygulamaya girmesi sayesinde mümkün hale geldi. . Ancak çok az kişi, hipoterminin, elverişsiz kış aylarında birçok böcek ve bazı küçük kemirgenlerde anabiyoz ve parobiyozun (derin bir kış uykusu durumu) temeli olduğunu biliyor. Bu hayvanlarda hipotermi aynı zamanda organ ve dokulardaki metabolik süreçleri yavaşlatmayı ve aktif duruma göre daha az enerji substratı tüketimine neden olmayı amaçlamaktadır.
Bazı protozoaların hareket yöntemi, gastroskopide enstrümantal araştırma için en ilginç ve umut verici olasılık olan otomatik bir gastrointestinal probun oluşturulması için prototip haline geldi.
Ekstremite protezlerine dönersek, esas olarak alt ekstremite protezleri veya daha doğrusu silikon bazlı protezler için kullanılan başka bir modern protez tipinin de içerdiğine dikkat edilmelidir. doğal prensip- Hareketleri biyolojik kolloid durumunun “jel-sol” tipine göre geçişine dayanan bir örümceğin yürüme bacaklarının hidrolik yapısının prensibi.
Biyoniklerin tıp alanındaki başarıları bir dereceye kadar kişinin kendi yapısına dayanmaktadır. Böylece geniş yanık yüzeylerine uygulanan ve yara enfeksiyonunu önlemeye yarayan perfüzyon filmleri yapıyı neredeyse tamamen taklit eder. yüzey katmanları Bakterisidal özelliklere sahip olan ve yarı geçirgenlik ile karakterize edilen sağlam insan derisi.
Biyonik biliminin birçok açıdan elde ettiği başarılar, durumlarında bir miktar iyileşme vaat ettiğini veya durumları daha önce neredeyse umutsuz olarak değerlendirilen hastaların yaşam kalitesinin neredeyse tamamen telafi edildiğini gösteriyor.
Bu yolun ilk adımlarından biri de işitebilen cihazların yaratılmasıdır. İşitme kaybı bir kişi için önemli ve tehlikelidir ve tamamen veya neredeyse tamamen sakatlığa yol açar. Bu sorun, tıbbın son derece karmaşık ve pratik olarak çözülemeyen sorunlarından biri olmaya devam etmektedir.
Son zamanlarda pek çok sağır insan gerçek fırsat temelinde oluşturulan bir cihazı kullanarak duymak en yeni keşif Fizyolojik bilimciler: İnsan kulağının algıladığı düşük frekanslı titreşimler, dişin canlı siniri tarafından algılanıp beyne iletilebiliyor. Radyo mühendisleri, daha önce duyulmamış insanların duyabileceği bir sistem olan "radyo dişi" denilen sistemi yarattılar. Böyle bir cihazı kurmak için tek bir canlı diş sinirinin varlığı gereklidir ve canlı diş sinirlerinin tamamen yokluğu, tamamen etkilenmiş bir ağız boşluğu için bile tipik değildir.
Cihazın tasarımı yaklaşık olarak şu şekilde açıklanabilir: Bileğe saat gibi takılabilen minyatür bir mikrofon, sesi radyo sinyallerine dönüştüren ve monte edilmiş bir alıcı tarafından alınan aynı minyatür vericiye bağlanır. dişte. Alıcı, diş kanalında bulunan serbest sinir uçlarına uygulanan ince bir yarı iletken alaşım tabakasıdır. Bu yarı iletken alaşım, anten görevi gören, üstüne altın veya gümüş bir tabaka ile kaplanmış bir piezoelektrik eleman oluşturur. İle dış görünüş Bu tasarım, modern ortopedik diş hekimliğinde yaygın olarak kullanılan metalik dolgulardan ve kaplamalardan neredeyse hiç farklı değildir.
Böyle bir anten tarafından alınan radyo verici sinyali piezoelektrik elemana girer; Dişteki serbest sinir uçlarını heyecanlandıran, sinir uyarıları şeklinde beynin kortikal ve subkortikal işitsel merkezlerine iletilen piezoelektrik elemanda titreşimler ortaya çıkar. Böylece bu ana kadar seslerin olmadığı bir dünyada yaşayan insan, duymaya başlar. Tabii ki gerçek hayat Böyle bir cihazla donatılmış bir kişi için, örneğin kullanımda önemli sayıda kısıtlama devam etmektedir. cep telefonları ve sözde gürültü jeneratörleriyle çalışırken, ancak bu sınırlamalar, kişiye tam bir sosyal rehabilitasyon sağlamayan tam sağırlıkla karşılaştırıldığında ne anlama geliyor?
İÇİNDE son zamanlarda Bazı ülkelerde, işitme cihazını simüle eden cihazlar yaratma hedefiyle sözde işitsel tanımlamaya yönelik araştırmalar yaygınlaştı. İşitme organlarının işlevlerini yeniden üreten bazı cihazlar halihazırda oluşturulmuş ve test edilmiştir. Böylece, Leiden Üniversitesi'nde, insanın sesleri algılama mekanizması üzerine yapılan araştırmalarla bağlantılı olarak, kulağın frekans özelliklerini yeniden üreten elektronik bir kulak modeli (filtre sistemi şeklinde) geliştirildi. Modelleme, işitme modelini netleştirmeyi ve özellikle tını ve ses algısı gibi fenomenleri dinamiklerinde birleştirmeyi mümkün kıldı.
Amerikalı bilim adamları W. Caldwell, E. Glener, J. Stewart'ın modeli, bir kişinin sesleri, fonemleri tanıdığı işaretleri tanımlamak için bir kişi tarafından zamanında telaffuz edilen seslerdeki farklı frekansların ses yoğunluğunun bağımlılığını analiz etmeyi amaçlamaktadır. ve kelimeler telaffuz edildi farklı insanlar. Bu çalışmalar hem daha gelişmiş işitme cihazlarının yaratılması açısından tıbbi amaçlara hem de bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesine hizmet edebilir.

Çözüm

Böylece, sadece birkaç örnekten biyoniklerin modern bilim dünyasındaki önemli rolü hakkında sonuca varabiliriz; üstelik sadece soyut bir bilim olarak, küçük bir uygulamalı değerden yoksun değil, aynı zamanda modern teknoloji ve teknolojinin temel temeli olarak. Doğa sayısız yıldır mühendislik becerilerini geliştiriyor ve bu da doğal nesnelerin fonksiyonlarının ve biçimlerinin ayrıntılı, hatta minyatür bir şekilde iyileştirilmesini açıklıyor. İnsan, mühendislik becerilerini nispeten yakın zamanda edinmiştir; bu, doğal nesnelere yaklaşımının temelde doğru olduğu ve gelecekte pek çok ilginç ve beklenmedik şey vaat ettiği ve bu nedenle yeni bilimlerden birinin - biyonik - gelişimini belirlediği anlamına gelir.

Referanslar

1. Berezin F. B. Bir kişinin psikolojik ve psikofiziksel adaptasyonu. L.: Nauka, 1988.
2. Gerald Darell. Dünyanın her yerinde. Yeşil serisi. M.: Armado-press, 2001.
3. Venchikov A.I. M.: Mediz, 1962.
4. Matyukhin V. A., Razumov A. N. Ekolojik insan fizyolojisi ve onarıcı tıp. M.: GOETAR "Tıp", 1999.
5. Pugovkina N. A. Genel biyoloji. M.: “Prosveshchenie”, 1990.
6. Tıp tarihi: Makale koleksiyonu. Yayınevi Volgograd. Bal. Akademik, 1994.
7. Hayvanlar dünyasındaki şaşırtıcı şeyler / ed. Konstantinova A.S., Larina N. I. Yayınevi Sarat. durum Üniversite, 1970.