Что такое бионика

Содержание

Современные примеры бионики в архитектуре и дизайне интерьеров

Что такое бионика

Самые совершенные формы, как с точки зрения красоты, так и с точки зрения организации и функционирования, созданы самой природой и развились в процессе эволюции.

Человечество с давних пор заимствовало у природы структуры, элементы, построения для решения своих технологических задач.

В настоящее время техногенная цивилизация отвоевывает у природы все большие территории, вокруг доминируют прямоугольные формы, сталь, стекло и бетон, а мы живем в так называемых городских джунглях.

И с каждым годом все более ощутимой становится потребность человека в естественной гармоничной среде обитания, наполненной воздухом, зеленью, природными элементами.

Поэтому экологическая тематика становится все более актуальной в градостроительстве и ландшафтном дизайне.

В данной статье мы познакомимся с примерами бионики — интересного современного направления в архитектуре и дизайне интерьеров.

Примеры бионики в архитектуре. Научный и художественный подход

Бионика – это направление в первую очередь научное, а потом уже творческое.

Применительно к архитектуре оно означает использование принципов и методов организации живых организмов и форм, созданных живыми организмами, при проектировании и строительстве зданий.

Первым архитектором, работающим в стиле бионики,был А. Гауди. Его знаменитыми работами до сих пор восхищается мир (Дом Бальо, Дом Мила, Храм Святого Семейства, Парк Гуэля и др.).

Дом Мила Антонио Гауди в Барселоне Национальный оперный театр в Пекине

Современная бионика базируется на новых методах с применением математического моделирования и широкого спектра программного обеспечения для расчета и 3d-визуализации.

Основной ее задачей является изучение законов формирования тканей живых организмов, их структуры, физических свойств, конструктивных особенностей с целью воплощения этих знаний в архитектуре.

Живые системы являются примером конструкций, которые функционируют на основе принципов обеспечения оптимальной надежности, формирования оптимальной формы при экономии энергии и материалов. Именно эти принципы и положены в основу бионики. Знаменитые примеры бионики представлены на сайте.

Оперный театр в Сиднее Плавательный комплекс в Пекине

Вот несколько величайший сооружений на основе бионики во всем мире:

  • Эйфелева башня в Париже (повторяет форму берцовой кости)
  • Стадион «Ласточкино гнездо» в Пекине (внешняя металлическая конструкция повторяет форму птичьего гнезда)
  • Небоскреб Аква в Чикаго (внешне напоминает поток падающей воды, также форма здания напоминает складчатую структуру известковых отложений по берегам Великих Озер)
  • Жилой дом «Наутилус» или «Раковина» в Наукальпане (его дизайн взят из природной структуры – раковины моллюска)
  • Оперный театр в Сиднее (подражает раскрывшимся лепесткам лотоса на воде)
  • Плавательный комплекс в Пекине (конструкция фасада состоит из «пузырьков воды», повторяет кристаллическую решетку, она позволяет аккумулировать солнечную энергию, используемую на нужды здания)
  • Национальный оперный театр в Пекине (имитирует каплю воды)

Бионика включает в себя и создание новых для строительства материалов, структуру которых подсказывают законы природы. На сегодняшний день существует уже множество примеров бионики, каждый из которых отличается удивительной прочностью своей структуры. Таким образом, можно получить новые дополнительные возможности для возведения сооружений различных масштабов.

Скульптура Облачные ворота в Чикаго Примеры бионики в дизайне интерьера

Особенности дизайна интерьеров в стиле бионики с примерами

Бионический стиль пришел и в дизайн интерьера:как в жилых помещениях, так и в помещениях сферы услуг, социального и культурного назначения.

Примеры бионики можно увидеть в современных парках, библиотеках, торговых центрах, ресторанах, выставочных центрах и т.д.

Что же характерно для этого модного стиля? Каковы его особенности? Как и в случае архитектуры, бионика интерьера использует природные формы в организации пространства, в планировании помещений, в дизайне мебели и аксессуаров, в декоре.

Свои идеи дизайнеры черпают из знакомых структур живой природы:

  • Воск и пчелиные соты – основа для создания необычных конструкций в интерьере: стен и перегородок, элементов мебели, декора, стеклянных конструкций, элементов стеновых и потолочных панелей, оконных проемов и т.д.
  • Паутина является необычайно лёгким и экономным сетчатым материалом. Часто применяется как основа в дизайне перегородок, дизайне мебели и осветительных приборов, гамаков.
  • Наружные или внутренние лестницы могут быть выполнены в виде спиральных или необычных конструкций, созданных из комбинированных природных материалов, повторяющих плавные природные формы. В дизайне лестниц художники бионического направления чаще всего отталкиваются от растительных форм.
  • Цветные стекла и зеркала используются в примерах бионики для того, чтобы создать интересное освещение.
  • В деревянных домах в качестве несущих колон могут использоваться стволы деревьев. Вообще дерево – один из самых распространенных материалов интерьера в стиле бионики. Также применяют шерсть, кожу, лен, бамбук, хлопок и др.
  • Из водной глади берутся и гармонично вписываются зеркальные и глянцевые поверхности.
  • Отличным решением является применение перфорации с целью уменьшения веса отдельных конструкций. Пористые костные структуры часто используются для создания интересной мебели, при этом экономя материал, создавая иллюзию воздушности и легкости.

Светильники также повторяют биологические структуры.

Красиво и оригинально смотрятся светильники, имитирующие водопад, светящиеся деревья и цветы, облака, небесные светила, морских обитателей и т.д.Примеры бионики зачастую используют природные материалы, которые являются экологически чистыми.

Характерными особенностями данного направления считаются плавные линии, натуральная цветовая гамма. Это попытка создать атмосферу, приближенную к естественной природе, при этом не упраздняя удобств, которые человек приобрел с развитием техники. Электронику вписывают в дизайн таким образом, чтобы она не бросалась в глаза.

небоскреб Aqua в Чикаго пример бионики в дизайне интерьера стадион Ласточкино гнездо в Пекине

В примерах бионики в интерьере можно рассмотреть аквариумы, интересные необычные конструкции и уникальные формы, которые, как и в природе, не повторяются. Можно сказать, что в бионике нет четких границ и зонирования пространства, одни помещения плавно «перетекают» в другие.

Природные элементы не обязательно будут применимы ко всему интерьеру.

Очень распространены в настоящее время проекты с отдельными элементами бионики – мебелью, повторяющей структуру тела, структуру растений и других элементов живой природы, органические вставки, декор из натуральных материалов.

Стоит отметить, что ключевой особенностью бионики в архитектуре и дизайне интерьера является подражание природным формам с учетом научных знаний о них.

Создание благоприятной для человека экологически безопасной среды обитания с применением новых энергоэффективных технологий может стать идеальным направлением развития городов.

Поэтому бионика является новым быстро развивающимся направлением, захватывающим умы архитекторов и дизайнеров.

Источник: https://papamaster.su/sovremennye-primery-bioniki-v-arxitekture/

Бионика — это какая наука? Что изучает бионика? Применение бионики

Что такое бионика

Лозунг бионики: «Природа знает лучше». Что же это за наука такая? Уже само название и такой девиз дают нам понять, что бионика связана с природой. Многие из нас ежедневно сталкиваются с элементами и результатами деятельности науки бионики, даже не подозревая об этом.

Вы слышали о такой науке, как бионика?

Биология – популярное знание, с которым нас знакомят ещё в школе. Почему-то многие считают, что бионика – один из подразделов биологии. На самом деле это утверждение не совсем точное.

Действительно, в узком смысле слова бионика – это наука, изучающая живые организмы. Но чаще всего мы привыкли ассоциировать с этим учением нечто другое.

Прикладная бионика – наука, которая сочетает в себе биологию и технику.

Предмет и объект бионических исследований

Что изучает бионика? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть структурное деление самого учения.

Биологическая бионика исследует природу такой, какая она есть, без попытки вмешательства. Объектом её изучения являются процессы, происходящие внутри биологических систем.

Теоретическая бионика занимается изучением тех принципов, которые были замечены в природе, и на их основе создаёт теоретическую модель, в дальнейшем применяемую в технологиях.

Практическая (техническая) бионика – это применение теоретических моделей на практике. Так сказать, практическое внедрение природы в технический мир.

Откуда всё начиналось?

Отцом бионики называют великого Леонардо да Винчи. В записях этого гения можно найти первые попытки технического воплощения природных механизмов.

Чертежи да Винчи иллюстрируют его стремление создать летательный аппарат, способный двигать крыльями, как при полёте птицы. В своё время такие идеи были слишком дерзкими, чтобы стать востребованными.

Они заставили обратить на себя внимание значительно позже.

Первым, кто стал применять принципы бионики в архитектуре, был Антони Гауди-и-Курнет. Его имя прочно впечатано в историю этой науки. Архитектурные сооружения по проектам великого Гауди впечатляли в момент их сооружения, и такой же восторг они вызывают через много лет у современных наблюдателей.

Следующим, кто поддержал идею симбиоза природы и технологий, стал Рудольф Штайнер. Под его руководством началось широкое применение бионических принципов в проектировании зданий.

Утверждение бионики как самостоятельной науки произошло лишь в 1960 году на научном симпозиуме в Дайтоне.

Развитие компьютерной техники и математического моделирования позволяют современным архитекторам намного быстрее и с большей точностью воплощать в архитектуре и других отраслях подсказки природы.

Природные прототипы технических изобретений

Самым простым примером проявления науки бионики является изобретение шарниров. Всем знакомое крепление, основанное на принципе вращения одной части конструкции вокруг другой.

Такой принцип используют морские ракушки, для того чтобы управлять двумя своими створками и по надобности открывать их или закрывать. Тихоокеанские сердцевидки-великаны достигают размеров 15-20 см.

Шарнирный принцип в соединении их ракушек хорошо просматривается невооружённым взглядом. Мелкие представители этого вида применяют такой же способ фиксации створок.

В быту мы часто используем разнообразные пинцеты. Природным аналогом такого прибора становится острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы применяют тонкий клюв, втыкая его в мягкую почву и доставая оттуда мелких жуков, червяков и прочее.

Многие современные приборы и приспособления оснащены присосками. Например, их используют для усовершенствования конструкций ножек различных кухонных приспособлений, чтобы избежать их скольжения во время работы.

Также присосками оснащают специальную обувь мойщиков окон высотных зданий для обеспечения их безопасной фиксации. Это нехитрое приспособление тоже позаимствовано у природы.

Квакша, имея на ногах присоски, необычайно ловко держится на гладких и скользких листьях растений, а осьминогу они необходимы для тесного контакта со своими жертвами.

Можно найти множество таких примеров. Бионика – это как раз та наука, которая помогает человеку заимствовать у природы технические решения для своих изобретений.

Кто первый – природа или люди?

Иногда случается, что то или иное изобретение человечества уже давно «запатентовано» природой. То есть изобретатели, создавая нечто, не копируют, а придумывают сами технологию или принцип работы, а позже оказывается, что в естественной природе это уже давно существует, и можно было просто подсмотреть и перенять.

Так произошло с обычной липучей застёжкой, которая используется человеком для застегивания одежды. Было доказано, что в строении перьев птиц для сцепления тонких бородочек между собой тоже применяются крючочки, подобно тем, которые есть на застёжке-липучке.

В строении фабричных труб наблюдается аналогия с полыми стеблями злаков. Продольная арматура, используемая в трубах, сходна со склеренхимными тяжами в стебле. Стальные кольца жёсткости – междоузлия.

Тонкая кожица с внешней стороны стебля – это аналог спиральной арматуры в строении труб.

Несмотря на колоссальное сходство структуры, учёные самостоятельно изобрели именно такой метод постройки фабричных труб, а уже позже увидели тождество такого строения с природными элементами.

Бионика и медицина

Применение бионики в медицине даёт возможность спасти жизнь многим пациентам. Не прекращаясь, ведутся работы по созданию искусственных органов, способных функционировать в симбиозе с организмом человека.

Первым посчастливилось испытать бионический протез датчанину Деннису Аабо. Он потерял половину руки, но сейчас имеет возможность воспринимать предметы на ощупь с помощью изобретения медиков. Его протез подключён к нервным окончаниям пострадавшей конечности.

Сенсоры искусственных пальцев способны собирать информацию о прикосновении к предметам и передавать её в мозг.

Конструкция на данный момент ещё не доработана, она очень громоздкая, что затрудняет её использование в быту, но уже сейчас можно назвать такую технологию настоящим открытием.

Все исследования в данном направлении полностью основываются на копировании природных процессов и механизмов и их техническом исполнении. Это и есть медицинская бионика. Отзывы учёных гласят, что в скором времени их труды дадут возможность менять износившиеся живые органы человека и вместо них использовать механические прототипы. Это действительно станет величайшим прорывом в медицине.

Архитектурно-строительная бионика – особая отрасль бионической науки, задачей которой становится органическое воссоединение архитектуры и природы. В последнее время всё чаще при проектировании современных конструкций обращаются к бионическим принципам, позаимствованным у живых организмов.

Сегодня архитектурная бионика стала отдельным архитектурным стилем. Рождалась она с простого копирования форм, а сейчас задачей этой науки стало перенять принципы, организационные особенности и технически их воплотить.

Иногда такой архитектурный стиль называют экостилем. Всё потому, что основные правила бионики – это:

  • поиск оптимальных решений;
  • принцип экономии материалов;
  • принцип максимальной экологичности;
  • принцип экономии энергии.

Как видите, бионика в архитектуре – это не только впечатляющие формы, но и прогрессивные технологии, позволяющие создавать сооружение, отвечающие современным требованиям.

Характеристики архитектурных бионических строений

Опираясь на былой опыт в архитектуре и строительстве, можно сказать, что все сооружения человека непрочны и недолговечны, если они не используют законы природы. Бионические здания, помимо удивительных форм и смелых архитектурных решений, обладают стойкостью, способностью выдерживать неблагоприятные природные явления и катаклизмы.

В экстерьере зданий, построенных в этом стиле, могут просматриваться элементы рельефов, форм, контуров, умело скопированные инженерами-проектировщиками с живых, природных объектов и виртуозно воплощенные архитекторами-строителями.

Если вдруг при созерцании архитектурного объекта покажется, что вы смотрите на произведение искусства, с большой вероятностью перед вами строение в стиле бионика. Примеры таких конструкций можно увидеть практически во всех столицах стран и больших технологически развитых городах мира.

Конструкция нового тысячелетия

Ещё в 90-х годах испанской командой архитекторов был создан проект здания, основывающийся на совершенно новой концепции. Это 300-этажное строение, высота которого будет превышать 1200 м.

Задумано, что передвижение по этой башне будет происходить с помощью четырёх сотен вертикальных и горизонтальных лифтов, скорость которых – 15 м/с. Страной, согласившейся спонсировать данный проект, оказался Китай.

Для строительства был выбран самый густонаселённый город – Шанхай. Воплощение проекта позволит решить демографическую проблему региона.

Башня будет иметь полностью бионическую структуру. Архитекторы считают, что только это сможет обеспечить прочность и долговечность конструкции. Прототипом строения является дерево кипарис. Архитектурная композиция будет иметь не только цилиндрическую форму, похожую на ствол дерева, но и «корни» — новый вид бионического фундамента.

Наружное покрытие здания – это пластичный и воздухопроницаемый материал, имитирующий кору дерева. Система кондиционирования этого вертикального города будет аналогом теплорегулирующей функции кожи.

По прогнозам учёных и архитекторов, такое здание не останется единственным в своём роде. После успешного воплощения количество бионических строений в архитектуре планеты будет только увеличиваться.

Бионические здания вокруг нас

В каких известных творениях была использована наука бионика? Примеры таких сооружений несложно отыскать. Взять хотя бы процесс создания Эйфелевой башни. Долгое время ходили слухи, что этот 300-метровый символ Франции построен по чертежам неизвестного арабского инженера. Позже была выявлена полная её аналогия со строением большой берцовой кости человека.

Кроме башни Эйфеля во всём мире можно найти множество примеров бионических сооружений:

  • Сиднейская опера возводилась по аналогии с цветком лотоса.
  • Пекинский национальный оперный театр – имитация водяной капли.
  • Плавательный комплекс в Пекине. Внешне повторяет кристаллическую структуру решётки воды. Удивительное дизайнерское решение совмещает и полезную возможность конструкции аккумулировать энергию солнца и в дальнейшем использовать её для питания всех электроприборов, работающих в здании.
  • Небоскрёб «Аква» внешне похож на поток падающей воды. Находится в Чикаго.
  • Дом основателя архитектурной бионики Антонио Гауди – это одно из первых бионических сооружений. До сегодняшнего дня он сохранил свою эстетическую ценность и остаётся одним из самых популярных туристических объектов в Барселоне.

Знания, необходимые каждому

Подводя итоги, можно смело заявить: всё, что изучает бионика, актуально и нужно для развития современного общества. Каждый должен ознакомиться с научными принципами бионики. Без этой науки невозможно представить технический прогресс во многих сферах деятельности человека. Бионика – это наше будущее в полной гармонии с природой.

Источник: https://FB.ru/article/188187/bionika---eto-kakaya-nauka-chto-izuchaet-bionika-primenenie-bioniki

Что такое Бионика

Что такое бионика

Бионика — Направление кибернетики, применяющее знания о живой природе для решения научно-технических задач.

Значение слова Бионика по Ожегову:

Бионика — Раздел кибернетики, занимающийся излучением строения и жизнедеятельности организмов в целях постановки и решения новых инженерных задач

Бионика в Энциклопедическом словаре:

Бионика — изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов длясоздания новых приборов, механизмов, систем и совершенствованиясуществующих.

Перспективные направления: изучение нервной системы человекаи животных, органов чувств, принципов навигации, ориентации и локации, используемых животными, для совершенствования вычислительной техники, разработки новых датчиков и систем обнаружения и т. д.

Значение слова Бионика по словарю медицинских терминов:

бионика (англ. bionics) — наука, изучающая возможности использования в технике кибернетических, конструкционных и энергетических принципов, реализованных в живых организмах.

Значение слова Бионика по Психологическому словарю:

Бионика — Бионика — наука, начавшая формироваться в 60 — х гг. ХХ в. и изучающая при помощи метода моделирования принципы функционирования живых систем для переноса их в область инженерной практики. В частности, существенных достижений удалось достичь при разработке перцептронов, моделей нервных сетей.

Определение слова «Бионика» по БСЭ:

Бионика (от греч. bion — элемент жизни, буквально — живущий)
наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Б. тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками — электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц — орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т.п.

В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по Б., который официально закрепил рождение новой науки.
Основные направления работ по Б.

охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток — нейронов — и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика).

исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения. изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике. исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Исследования нервной системы показали, что она обладает рядом важных и ценных особенностей и преимуществ перед всеми самыми современными вычислительными устройствами.

Эти особенности, изучение которых очень важно для дальнейшего совершенствования электронно-вычислительных систем, следующие: 1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в которой она поступает (например, от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и других особенностей голоса и т.п.).

2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технических систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или нескольких деталей. при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется). 3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010-1011 объём мозга человека 1,5 дмі.

Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в несколько сот, а то и тысяч мі. 4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает нескольких десятков вт. 5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.

Попытки моделирования нервной системы человека и животных были начаты с построения аналогов нейронов и их сетей. Разработаны различные типы искусственных нейронов (рис. 1). Созданы искусственные «нервные сети», способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия.

Изучение памяти и других свойств нервной системы — основной путь создания
«думающих» машин для автоматизации сложных процессов производства и управления. Изучение механизмов, обеспечивающих надёжность нервной системы, очень важно для техники, т.к.

решение этой первоочередной технической проблемы даст ключ к обеспечению надёжности ряда технических систем (например, оборудования самолёта, содержащего 105 электронных элементов).
Исследования анализаторных систем. Каждый Анализатор животных и человека, воспринимающий различные раздражения (световые, звуковые и др.

), состоит из рецептора (или органа чувств), проводящих путей и мозгового центра. Это очень сложные и чувствительные образования, не имеющие себе равных среди технических устройств.

Миниатюрные и надёжные датчики, не уступающие по чувствительности, например, глазу, который реагирует на единичные кванты света, термочувствительному органу гремучей змеи, различающему изменения температуры в 0,001°С, или электрическому органу рыб, воспринимающему потенциалы в доли микровольта, могли бы существенно ускорить ход технического прогресса и научных исследований.

Через наиболее важный анализатор — зрительный — в мозг человека поступает большая часть информации. С инженерной точки зрения интересны следующие особенности зрительного анализатора: широкий диапазон чувствительности — от единичных квантов до интенсивных световых потоков. изменение ясности видения от центра к периферии. непрерывное слежение за движущимися объектами.

адаптация к статичному изображению (для рассматривания неподвижного объекта глаз совершает мелкие колебательные движения с частотой 1-150 гц). Для технических целей представляет интерес разработка искусственной сетчатки. (Сетчатка — очень сложное образование. например, глаз человека имеет 108 фоторецепторов, которые связаны с мозгом при помощи 106 ганглиозных клеток.

) Один из вариантов искусственной сетчатки (аналогичной сетчатке глаза лягушки) состоит из 3 слоев: первый включает 1800 фоторецепторных ячеек, второй —
«нейроны», воспринимающие положительные и тормозные сигналы от фоторецепторов и определяющие контрастность изображения. в третьем слое имеется 650 «клеток» пяти разных типов.

Эти исследования дают возможность создать следящие устройства автоматического распознавания. Изучение ощущения глубины пространства при видении одним глазом (монокулярном зрении) дало возможность создать определитель глубины пространства для анализа аэрофотоснимков.
Ведутся работы по имитации слухового анализатора человека и животных.

Этот анализатор тоже очень чувствителен — люди с острым слухом воспринимают звук при колебании давления в слуховом проходе около 10 мкн/мІ (0,0001 дин/смІ). Технически интересно также изучение механизма передачи информации от уха к слуховой области мозга.

Изучают органы обоняния животных с целью создания
«искусственного носа» — электронного прибора для анализа малых концентраций пахучих веществ в воздухе или воде [некоторые рыбы чувствуют концентрацию вещества в несколько мг/мі (мкг/л)]. Многие организмы имеют такие анализаторные системы, каких нет у человека.

Так, например, у кузнечика на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение, у акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры на 0,1°С. Чувствительностью к радиоактивным излучениям обладают улитки и муравьи.

Рыбы, по-видимому, воспринимают блуждающие токи, обусловленные электризацией воздуха (об этом свидетельствует уход рыб на глубину перед грозой). Комары двигаются по замкнутым маршрутам в пределах искусственного магнитного поля. Некоторые животные хорошо чувствуют инфра- и ультразвуковые колебания. Некоторые медузы реагируют на инфразвуковые колебания, возникающие перед штормом.

Летучие мыши испускают ультразвуковые колебания в диапазоне 45-90 кгц, мотыльки же, которыми они питаются, имеют органы, чувствительные к этим волнам. Совы также имеют
«приёмник ультразвука» для обнаружения летучих мышей.

Перспективно, вероятно, устройство не только технических аналогов органов чувств животных, но и технических систем с биологически чувствительными элементами (например, глаза пчелы — для обнаружения ультрафиолетовых и глаза таракана — для обнаружения инфракрасных лучей).
Большое значение в техническом конструировании имеют т. н.

Персептроны — «самообучающиеся» системы, выполняющие логические функции опознавания и классификации. Они соответствуют мозговым центрам, где происходит переработка принятой информации. Большинство исследований посвящено опознаванию зрительных, звуковых или иных образов, т. е. формированию сигнала или кода, однозначно соответствующего объекту.

Опознавание должно осуществляться независимо от изменений изображения (например, его яркости, цвета и т.п.) при сохранении его основного значения. Такие самоорганизующиеся познающие устройства работают без предварительного программирования с постепенной тренировкой, осуществляемой человеком-оператором. он предъявляет изображения, сигнализирует об ошибках, подкрепляет правильные реакции.

Входное устройство персептрона — его воспринимающее, рецепторное поле. при опознавании зрительных объектов — это набор фотоэлементов.
После периода «обучения» персептрон может принимать самостоятельные решения. На основе персептронов создаются приборы для чтения и распознавания текста, чертежей, анализа осциллограмм, рентгенограмм и т.д.

Исследование систем обнаружения, навигации и ориентации у птиц, рыб и других животных — также одна из важных задач Б., т.к. миниатюрные и точные воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, находить добычу, совершать миграции за тысячи км (см. Миграции животных), могут помочь в совершенствовании приборов, используемых в авиации, морском деле и др.

Ультразвуковая локация обнаружена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов). Известно, что морские черепахи уплывают в море на несколько тысяч км и возвращаются для кладки яиц всегда к одному и тому же месту на берегу. Полагают, что у них имеются две системы: дальней ориентации по звёздам и ближней ориентации по запаху (химизм прибрежных вод).

Самец бабочки малый ночной павлиний глаз отыскивает самку на расстоянии до 10 км. Пчёлы и осы хорошо ориентируются по солнцу. Исследование этих многочисленных и разнообразных систем обнаружения может многое дать технике.
Исследование морфологических особенностей живых организмов также даёт новые идеи для технического конструирования.

Так, изучение структуры кожи быстроходных водных животных (например, кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрений и скольжение с минимальным сопротивлением) позволило увеличить скорость кораблей. Создана специальная обшивка — искусственная кожа
«ламинфло» (рис. 2), которая дала возможность увеличить скорость морских судов на 15-20%. У двукрылых насекомых имеются придатки — жужжальца, которые непрерывно вибрируют вместе с крыльями. При изменении направления полета направление движения жужжалец не меняется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об изменении направления полёта. На этом принципе построен жиротрон (рис. 3) — вильчатый вибратор, обеспечивающий высокую стабилизацию направления полёта самолёта при больших скоростях. Самолёт с жиротроном может быть автоматически выведен из штопора. Полёт насекомых сопровождается малым расходом энергии. Одна из причин этого — особая форма движения крыльев, имеющая вид восьмёрки.
Разработанные на этом принципе ветряные мельницы с подвижными лопастями очень экономичны и могут работать при малой скорости ветра. Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, различных манипуляторов и т.п. разрабатываются на основе изучения полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т.п. Анализ структуры кости, обеспечивающей её большую лёгкость и одновременно прочность, может открыть новые возможности в строительстве и т.п.
Новая технология на основе биохимических процессов, происходящих в организмах, — также, по существу, проблема Б. В этом плане большое значение имеет изучение процессов Биосинтеза, биоэнергетики, т.к. энергетически биологические процессы (например, сокращение мышц) чрезвычайно экономичны. Одновременно с прогрессом техники, который обеспечивается успехами Б., она приносит пользу и самой биологии, т.к. помогает активно понять и моделировать те или иные биологические явления или структуры (см. Моделирование). См. также Кибернетика, Биомеханика, Биоуправление.
Лит.: Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963: Парин В. В. и Баевский Р. М., Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963. Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967. Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967. Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968. Брайнес С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968: Библиографический указатель по бионике, М., 1965.Р. М. Баевский.

Рис. 1. Схематическое изображение нейрона (слева), его модели (в середине) и электрическая схема искусственного нейрона (справа): 1 — тело клетки. 2 — дендриты. 3 — аксон. 4 — коллатерали.

5 — концевое разветвление аксона. Pn, Pi, P2, P1 — входы нейрона. Sn, Si, S2, S1 — синаптические контакты. Р — выходной сигнал. К — пороговое значение сигнала. R1 — R6, Rm — сопротивления. C1 — C3, Cm — конденсаторы.

T1-T3 — транзисторы. D — диод.

Рис. 2. Искусственная кожа — обшивка «ламинфло»: а — боковой разрез. б — срез через слой палочек по линии АБ. 1- верхний слои. 2 — средний слой. 3 — гибкие палочки среднего слоя. 4 — пространство между палочками, заполненное демпфирующей жидкостью (чёрного цвета). 5 — нижний слой. 6 — корпус модели.
Рис. 3. а — схема летящей мухи с колеблющимися по обе стороны тела жужжальцами. б — жужжальце. в — схема жиротрона. ток от генератора посылается попеременно то во внешние, то во внутренние электромагниты, что вызывает колебания вильчатого жировибратора.

Источник: https://xn----7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai/bionika.html

Бионика – чудесный сплав лучших явлений природы, научной мысли и технологий

Что такое бионика

Willyam Bradberry / shutterstock.com 

Что такое чудеса современной бионики – Микка Терхо знает лучше нас с вами. Ему 46 лет, почти половину из которых он работает финансовым консультантом в одной финской компании, расположенной в Хельсинки. Микка открывает глаза и смотрит перед собой.

Настенные часы показывают половину пятого. Ничего примечательного, если бы не тот факт, что сегодня он впервые за 10 лет сумел взглянуть на часы и узнать, сколько времени.

А в эту самую секунду крохотные датчики и микрочипы, размещенные на сетчатке его глаза, посылают электрические импульсы на зрительный нерв и передают сигнал в мозг.

Нет, это не начало сюжета фантастического фильма про киборгов, а мгновение из личной истории человека, которому посчастливилось жить в эпоху развития бионических технологий – магического результата переплетения естественных и технических наук.

Людей, испытывающих те же проблемы, что и этот простой финский экономист, огромное множество.

Одни теряют зрение и слух, другие рождаются с физическими дефектами или утрачивают части тела в результате несчастных случаев – так или иначе целостность и естество их организма нарушено. Однако не безвозвратно.

И во многом благодаря бионике – одной из наиболее перспективных областей современной науки. Но обо всем по порядку.

Откуда растут корни бионики?

Вероятно, если бы наш финский знакомый открыл толковый словарь, завалявшийся у него на полке со времен студенчества, то напротив слова «бионический» он бы нашел такое определение: «характеристика фантастического персонажа, имеющего полностью или частично искусственное тело, ничем не отличающееся от живого человека». Действительно, бионические технологии – это новейшее явление, которое когда-то казалось лишь домыслами писателей-фантастов.

На самом деле понятие бионики появилось в 1958 году. Ввел его американский доктор, работавший в лаборатории аэрокосмических медицинских исследований при ВВС США и специализировавшийся на разработке киборгов. Собственно, сам термин «бионика» представляет собой слияние двух слов «биология» и «электроника», что как нельзя лучше отражает междисциплинарную природу этой области.

И в широком смысле бионика – это наука создания искусственных систем, обладающих характеристиками живых организмов и их частей.

Важно понимать два принципиальных момента. Первый: бионика не связана с биоинженерией и генными технологиями.

Второй аспект заключается в том, что эта научная область не ограничивается одними только разработками бионических протезов (хотя они и составляют ее основную часть), специалисты данной сферы в принципе занимаются разработками, основанными на имитации элементов живой природы.

С точки зрения бионики, мышцы людей и животных можно представить, как постоянно работающие моторы, а передача нервных импульсов аналогична сигналам компьютера. Иными словами, на вооружение берется принцип «все самое продуманное и технологически совершенное уже создала природа», а человеку остается черпать из нее вдохновение и синтетически воссоздавать ее шедевры.

Claudia Mitchell – first woman to have a bionic arm – a … – #tech #technews #technology https://t.co/DcJcBW1Qu6 pic..com/DINehONJDh

— Tech Daily (@TechDailyNow) February 14, 2016

Человек-конструктор или бионические чудеса

Желание искусственно реализовывать гениальные биологические задумки, которые можно найти в окружающем мире, привело ученых к ряду важных достижений. Безусловно, на переднем плане таких разработок стоят суперсовременные протезы человеческих частей тела и органов.

Именно благодаря этому обстоятельству Микка Терхо после многолетней жизни в темноте смог увидеть, что показывают стрелки на часах, прочитать свое имя в больничной карте и различить столовые приборы и фрукты, лежащие перед ним.

Финский экономист потерял зрение в результате дегенерации желтого пятна – заболевания центральной части сетчатки. Теперь имплантированный в его глаз чип выполняет функцию, утраченную в результате дистрофии глаза и всей зрительной системы.

Кроме того, что датчики позволяют мозгу получать и обрабатывать визуальные образы, они также осуществляют интеллектуальную обработку изображения, автоматически улучшая его контрастность и снижая зернистость.

Можно ли при помощи бионики «собрать» полную техно-копию человеческого тела?

Помимо бионических глаз, современные ученые создают и другие искусственные органы. Например, утраченные конечности – руки и ноги, которые выполняют не только эстетическую функцию, но и соединяются со здоровыми двигательными нервами при помощи особых электродов и отвечают нервным импульсам, поступающим от здоровых и сохранившихся мышц.

Так, недавно исследователи разработали прототип протеза кисти, который способен выполнять различные манипуляции с предметами и предварительно оценивать то, какие движения оптимальны при взаимодействии с теми или иными вещами.

А некоторые подобные протезы могут обеспечивать даже передачу тактильных ощущений от соприкосновения с поверхностями различных предметов.

Другой популярный пример – бионические уши – уже существует на рынке медицинских технологий не первый год, и множество людей спасаются от глухоты кохлеарными имплантами. Также ведутся разработки по совершенствованию «портативных почек» – устройств, отвечающих за удаление токсинов из крови и поддержание баланса жидкости в организме человека с почечной недостаточностью.

Ряд исследовательских центров, в частности, Техасский университет и университет Сент-Эндрюса, ищут способы создать аналог человеческих мышц из синтетических полимерных гелей, которые способны сжиматься и расширяться (читай: сокращаться) под воздействием электротоков.

Схема дырчатого инплантанта. Показано внедрение полимерного имплантанта в сетчатку глаза. Миг / traditio.wiki (CC BY-SA 2.5)

Бионика = шанс на жизнь?

Но, пожалуй, самое непростое – воссоздать человеческое сердце и мозг. Однако с одной проблемой ученым уже удалось справиться, ведь первое бионическое сердце было пересажено человеку еще в 2011 году.

C мозгом все обстоит намного сложнее. По сути, полностью бионический мозг – есть воплощение искусственного интеллекта, успеха в создании которого сегодня стремятся достичь исследователи по всему миру.

Понимая все трудности в исполнении этой задачи, специалисты в области нейрофизиологии и биоэлектроники работают над более приземленными проектами, а именно: конструируют специальные чипы, которые могут заменить собой отдельные участки головного мозга.

Например, ученым в университете Южной Калифорнии удалось создать имплант, который моделирует сложную нервную активность и помогает сохранять воспоминания.

В частности, такие микрочипы, имитирующие гиппокамп, уже вживляются пациентам, перенесшим инсульт и страдающим болезнью Альцгеймера.

Невольно возникает вопрос: а можно ли при помощи бионики «собрать» полную техно-копию человеческого тела? На данный момент он остается открытым.

Тем более, что по оценкам одного из признанных специалистов в этой сфере, профессора университета Бата Джулиана Винсента (Julian Vincent), на сегодняшний день переплетение биологии и искусственных технологий, с точки зрения использования потенциала, составляет всего лишь 12%.

На что еще природа вдохновляет ученых?

На самом деле бионика охватывает огромное пространство для технологических и конструкторских решений. Подобно тому, как в свое время великий Леонардо да Винчи создавал свой летательный аппарат, вдохновленный физиологической архитектурой стрекозы, современные ученые черпают идеи из живой природы, не обязательно связанные с человеческим телом.

Например, военными, путешественниками и спортсменами широко используется так называемая «умная одежда», которая изготавливается из специальной мембранной ткани, способной адаптироваться под температуру тела и условия окружающей среды. Не секрет, что механизм открытия частиц ткани во время жары и их смыкание на холоде был заимствован инженерами у сосновых шишек, чешуйки которой ведут себя аналогичным образом.

А в 2004 году исследователи из Пенсильванского университета начали подробно изучать наноструктуры крыльев синих бабочек Морфо. В результате механизм люминесценции в крыльях этих насекомых был взят за основу при создании наносенсеров для обнаружения взрывчатых веществ.

А в число же наиболее известных из последних бионических разработок входят такие любопытные проекты, как: бронежилеты из сверхпрочного материала, структура которого напоминает паутину; суперклейкая лента, вдохновленная удивительными способностями гекконов прочно закрепляться на любых плоскостях и при этом свободно перемещаться; а также практически христоматийный пример бионики – самоочищающиеся и водоотталкивающие материалы, сконструированные благодаря технологии, подсмотренной у цветков лотоса.

К слову, если вы слышали о фаворитах всех профессиональных пловцов – купальных костюмах Speedo Fastskin, то вот секрет их высокого качества: ткань для купальников была разработана после подробного изучения микроструктур на поверхности кожи акулы, и по сути представляет собой синтетический ее аналог.

О взаимном влиянии человека и природы можно вести нескончаемые философские дискуссии. Но одно можно сказать точно: использование живого мира в качестве источника вдохновения для науки и технологий – куда лучший сценарий отношения людей и окружающей среды, чем нещадная эксплуатация ее ресурсов.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://sciencepop.ru/vdohnovlennye-prirodoj-chudesa-sovremennoj-bioniki/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.