יישום ביוניקה בחיים. ביוניקה - למידה מהטבע

24/10/2003, ו', 18:10, מש"ק

בעשור האחרון, הביוניקה קיבלה תנופה חזקה לפיתוח חדש, מאז טכנולוגיות מודרניותלאפשר לך להעתיק מבנים טבעיים מיניאטוריים עם דיוק חסר תקדים. יחד עם זאת, הביוניקה המודרנית קשורה במידה רבה לא למבנים הפתוחים של העבר, אלא לפיתוח חומרים חדשים המעתיקים עמיתים טבעיים, רובוטיקה ואיברים מלאכותיים.

המושג ביוניקה אינו חדש בשום פנים ואופן. כך למשל, כבר לפני 3,000 שנה ניסו הסינים לאמץ את שיטת הכנת המשי מחרקים. אבל בסוף המאה העשרים, הביוניקה קיבלה רוח שנייה, טכנולוגיות מודרניות מאפשרות להעתיק מבנים טבעיים מיניאטוריים בדיוק חסר תקדים. אז, לפני כמה שנים, מדענים הצליחו לנתח את ה-DNA של עכבישים וליצור אנלוגי מלאכותי של רשת המשיי - Kevlar. חומר סקירה זה מפרט כמה תחומים מבטיחים של הביוניקה המודרנית ומציג את המקרים המפורסמים ביותר של הלוואה מהטבע.

טבע חכם

ההבדל העיקרי בין מבנים הנדסיים אנושיים לאלה שנוצרו על ידי הטבע טמון ביעילות האנרגטית המדהימה של האחרונים. משתפרים ומתפתחים במשך מיליוני שנים, אורגניזמים חיים למדו לחיות, לנוע ולהתרבות תוך שימוש בכמות מינימלית של אנרגיה. תופעה זו מבוססת על חילוף החומרים הייחודי של בעלי חיים ועל חילופי אנרגיה מיטביים ביניהם צורות שונותחַיִים. כך, באמצעות השאלת פתרונות הנדסיים מהטבע, ניתן להגדיל משמעותית את היעילות האנרגטית של הטכנולוגיות המודרניות.

חומרים טבעיים הם סופר זולים ושופעים, וה"איכות" שלהם טובה בהרבה מאלה שיוצרו על ידי אדם. אז, החומר של קרני הצבאים חזק הרבה יותר מהדוגמאות הטובות ביותר של מרוכב קרמי שאנשים מצליחים לפתח. יחד עם זאת, אדם משתמש בתהליכים די "טיפשיים" עתירי אנרגיה כדי להשיג חומרים סופר חזקים מסוימים, והטבע הופך אותם להרבה יותר אינטליגנטיים ו דרכים יעילות. לשם כך נעשה שימוש בחומרים הטבעיים שמסביב (סוכרים, חומצות אמינו, מלחים), אך באמצעות "ידע" - פתרונות עיצוב והנדסה מקוריים, זרזים אורגניים יעילים במיוחד, שבמקרים רבים עדיין אינם נגישים. הבנה אנושית. ביוניקה, בתורה, עוסקת במחקר והעתקה של "ידע" טבעי.

ביוניקה(כותרות באנגלית - "ביומימטיקה") הוא כיוון מדעי וטכנולוגי מבטיח להשאלת רעיונות יקרי ערך מהטבע וליישם אותם בצורה של עיצוב ו פתרונות עיצובוטכנולוגיות מידע חדשות. נושא ביוניקהידוע בשמות שונים: למשל, באמריקה המונח נפוץ "ביומימטיקה"אבל לפעמים הם מדברים על ביוגנזה. המהות של הכיוון המדעי והטכנולוגי המבטיח הזה היא לשאול רעיונות יקרי ערך מהטבע וליישם אותם בצורה של פתרונות עיצוב ועיצוב מקוריים, כמו גם טכנולוגיות מידע חדשות. בעשור האחרון, הביוניקה קיבלה תנופה משמעותית לפיתוח חדש. זאת בשל העובדה שהטכנולוגיות המודרניות עוברות לרמת הגיגה והננו ומאפשרות העתקה של מבנים טבעיים מיניאטוריים בדיוק חסר תקדים. הביוניקה המודרנית קשורה בעיקר לפיתוח חומרים חדשים המעתיקים אנלוגים טבעיים, רובוטיקה ואיברים מלאכותיים.

גם תכנון של מבנים טבעיים לא ניתן להשוות עם ניסיונות אנושיים לבנות משהו שמתיימר להיות יעילות טבעית. צורתו של עצם ביולוגי (לדוגמה, עץ בוגר) נוצרת בדרך כלל כתוצאה מתהליך הסתגלות ארוך, תוך התחשבות בחשיפה של שנים רבות הן לתמיכה ידידותית (למשל, לתמיכה מעצים אחרים ביער) והן לתוקפנות. גורמים. תהליכי הגדילה וההתפתחות כוללים ויסות אינטראקטיבי ברמה התאית. כל זה יחד מספק עמידות מדהימה של המוצר לאורך כל מחזור החיים. הסתגלות כזו בתהליך העיצוב מובילה ליצירת מבנה אדפטיבי ייחודי, הנקרא בביוניקה מערכת חכמה. יחד עם זאת, טכנולוגיות ליצירת מערכות חכמות המקיימות אינטראקציה עם הסביבה ויכולות להסתגל על ​​ידי שינוי תכונותיהן אינן זמינות עדיין לתעשייה שלנו.

נכון לעכשיו, מדענים מנסים לתכנן מערכות עם התאמה מינימלית לפחות לסביבה. לדוגמה, מכוניות מודרניות מצוידות בחיישנים רבים המודדים את העומס על רכיבים בודדים ויכולים, למשל, לשנות אוטומטית את לחץ האוויר בצמיגים. עם זאת, מפתחים ומדע נמצאים רק בתחילת המסע הארוך הזה.

הסיכויים למערכות חכמות מרתקים. מערכת חכמה אידיאלית תוכל לשפר באופן עצמאי את העיצוב שלה ולשנות את צורתה במגוון דרכים, למשל, הוספת חומר חסר לחלקים מסוימים של המבנה, שינוי תרכובת כימיתצמתים בודדים וכו'. אבל האם לאנשים יהיו מספיק התבוננות ואינטליגנציה כדי ללמוד מהטבע?

מפתחים אחרים מתרכזים בחקר אורגניזמים טבעיים. לדוגמה, חוקרים ממעבדות בל (Lucent Corporation) גילו לאחרונה סיב אופטי איכותי () בגוף של ספוגים בים עמוקים מהסוג Euplectellas. על פי תוצאות הבדיקה, התברר שהחומר מהשלד של הספוגים האלה בגודל 20 ס"מ יכול להעביר אות דיגיטלי לא גרוע יותר מכבלי תקשורת מודרניים, בעוד שסיבים טבעיים הרבה יותר חזקים מהאדם בגלל נוכחות של מעטפת אורגנית. המאפיין השני שהפתיע את המדענים הוא האפשרות ליצור חומר כזה בטמפרטורה של כאפס מעלות צלזיוס, בעוד שבמפעלי לוסנט נעשה שימוש בעיבוד בטמפרטורה גבוהה למטרה זו. כעת מדענים חושבים כיצד להגדיל את אורך החומר החדש, שכן השלדים של ספוגי הים אינם עולים על 15 ס"מ. בנוסף לפיתוח חומרים חדשים, מדענים מדווחים ללא הרף על תגליות טכנולוגיות המבוססות על "הפוטנציאל האינטלקטואלי" של הטבע. לדוגמה, באוקטובר 2003 התפתח מרכז המחקר Xerox Palo Alto טכנולוגיה חדשהמנגנון הזנה למכונות צילום ומדפסות. במכשיר ה-AirJet העתיקו המפתחים התנהגות של נחיל טרמיטים, כאשר כל טרמיט מקבל החלטות עצמאיות, אך במקביל הנחיל נע לעבר מטרה משותפת, כמו בניית קן. המעוצב בפאלו אלטו, המעגל המודפס מצויד בחרירי אוויר רבים, שכל אחד מהם פועל באופן עצמאי, ללא פקודות מהמעבד, אך במקביל הם תורמים לביצוע משימה משותפת- קידום נייר. אין חלקים נעים במכשיר, מה שמאפשר להוזיל את עלות הייצור. כל מעגל מודפס מכיל 144 סטים של 4 חרירים המכוונים לכיוונים שונים, כמו גם 32,000 חיישנים אופטיים ומיקרו-בקרים. אבל החסידים המסורים ביותר של הביוניקה הם מהנדסים שמתכננים רובוטים. כיום, בקרב מפתחים, נקודת המבט פופולרית מאוד שבעתיד רובוטים (יותר) יוכלו לפעול ביעילות רק אם הם דומים ככל האפשר לאנשים. מדענים ומהנדסים יוצאים מהעובדה שהם יצטרכו לתפקד בתנאים עירוניים וביתיים, כלומר בפנים "אנושיים" - עם מדרגות, דלתות ומכשולים אחרים בגודל מסוים. לכן, לכל הפחות, עליהם להתאים לאדם בגודל ובמונחים של עקרונות התנועה. במילים אחרות, הרובוט חייב להיות בעל רגליים (גלגלים, זחלים וכו' אינם מתאימים לעיר). אבל ממי להעתיק את עיצוב הרגליים, אם לא מבעלי חיים? מדענים מאוניברסיטת סטנפורד התקדמו הכי רחוק בכיוון של יצירת רובוטים דו-פדלים זקופים. הם מתנסים כבר כמעט שלוש שנים ברובוט מיניאטורי בעל שש רגליים, משושה, שנבנה ממחקר של מערכת התנועה של ג'וק. המשושה הראשון תוכנן ב-25 בינואר 2000. כעת העיצוב פועל מהר מאוד - במהירות של 55 ס"מ (יותר משלושה אורכים עצמיים) בשנייה - וגם מתגבר בהצלחה על מכשולים. סטנפורד פיתחה גם מונופוד קפיצה ברגל אחת בגודל אדם המסוגל לשמור על איזון לא יציב על ידי קפיצה מתמדת. כידוע, אדם נע על ידי "נפילה" מרגל אחת לאחרת ומבלה את רוב הזמן על רגל אחת. בעתיד מקווים מדעני סטנפורד ליצור רובוט דו-פדאלי עם מערכת הליכה אנושית. דוגמאות ראשונות של ביוניקה כמעט כל בעיה טכנולוגית שעומדת בפני מעצבים או מהנדסים נפתרה זה מכבר בהצלחה על ידי יצורים חיים אחרים. למשל, יצרני משקאות קלים מחפשים כל הזמן דרכים חדשות לארוז את המוצרים שלהם. יחד עם זאת, עץ תפוח רגיל פתר את הבעיה הזו מזמן. תפוח הוא 97% מים, ארוז לא בקרטון עץ, אלא בקליפה אכילה מעוררת תיאבון מספיק כדי למשוך חיות שאוכלות את הפרי ומפיצות את הגרגירים. מומחי ביוניקה טוענים כך. כאשר מתמודדים עם בעיה הנדסית או עיצובית, הם מחפשים פתרון ב"בסיס המדע" בגודל בלתי מוגבל ששייך לבעלי חיים ולצמחים. גוסטב אייפל, שב-1889 בנה ציור של מגדל אייפל, עשה משהו דומה. מבנה זה נחשב לאחת הדוגמאות הברורות המוקדמות ביותר לשימוש בביוניקה בהנדסה. העיצוב של מגדל אייפל מבוסס על עבודתו המדעית של הפרופסור השוויצרי לאנטומיה הרמן פון מאייר. ארבעים שנה לפני בניית הנס ההנדסי הפריזאי חקר הפרופסור את מבנה העצם של ראש הירך בנקודה שבה הוא מתכופף ונכנס בזווית למפרק. ויחד עם זאת, משום מה, העצם לא נשברת תחת משקל הגוף. פון מאייר גילה שראש העצם מכוסה ברשת סבוכה של עצמות מיניאטוריות, שבזכותן העומס מתחלק מחדש בצורה מדהימה על העצם. לרשת זו היה מבנה גיאומטרי קפדני, אותו תיעד הפרופסור. בשנת 1866, המהנדס השוויצרי קרל קולמן סיפק בסיס תיאורטי לתגליתו של פון מאייר, ו-20 שנה מאוחר יותר, חלוקת עומסים טבעית באמצעות קליפרים מעוקלים שימשה את אייפל. הלוואה מפורסמת נוספת בוצעה על ידי המהנדס השוויצרי ז'ורז' דה מסטרל ב-1955. לעתים קרובות הוא טייל עם הכלב שלו והבחין שכמה צמחים בלתי מובנים נדבקים כל הזמן לפרווה שלה. עייף מלנקות כל הזמן את הכלב, המהנדס החליט לברר את הסיבה לכך שהעשבים שוטים נדבקים למעיל. לאחר חקירת התופעה, קבע דה מסטרל שזה אפשרי הודות לווים הקטנים על פירות הקולבור (זהו שמו של העשב הזה). כתוצאה מכך, המהנדס הבין את חשיבות הגילוי שלו ושמונה שנים מאוחר יותר הוא רשם פטנט על הסקוטש הנוח, שנמצא כיום בשימוש נרחב בייצור לא רק צבאי, אלא גם בגדים אזרחיים. הטבע פותח הזדמנויות אינסופיות למהנדסים ולמדענים לשאול טכנולוגיות ורעיונות. בעבר, אנשים לא היו מסוגלים לראות את מה שנמצא ממש מול אפם, אלא מודרני אמצעים טכנייםו דוגמנות מחשבעוזר להבין לפחות קצת איך זה עובד העולם, ונסה להעתיק ממנו כמה פרטים לצרכים שלך.

ביוניקה(מיוונית. ביון- אלמנט של חיים, פשוטו כמשמעו - חיים), מדע הגובל בין ביולוגיה לטכנולוגיה, פתרון בעיות הנדסיות המבוססות על מודלים של מבנה וחיים של אורגניזמים.

לאחרונה נולד מדע הביוניקה (בשנת 1960), שמטרתו לעזור לאדם לאמץ את ה"סודות" מהטבע החי. הטבע יצר מנגנוני חיים מושלמים בצורה יוצאת דופן. מדענים נמשכים למהירות ועקרון התנועה של דולפינים, לווייתנים, דיונונים, עכבישים, שומות, קנגורו, אמנות המעוף של ציפורים וחרקים, המוזרויות של איברי הראייה של זבובים, צפרדעים, איברי שמיעה של מדוזה. , ה"סודות" של מהדי עטלפים, מכשירי תרמו של נחש רעשן וכו'. וכו '

ביוניקס מצאה יישום בתחומים כמו מטוסים ובניית ספינות, אסטרונאוטיקה, הנדסת מכונות, ארכיטקטורה, מכשור ניווט, כרייה וכו'.

ביוניקה בבנייה ובתעשייה

הבה נבחן כמה הישגים קונקרטיים של ביוניקה, שכבר מומשו למטרות מעשיות.

פינגווינים נעים על ידי החלקה על השלג, דוחפים עם סנפירים. אופנוע השלג תוכנן על אותו עיקרון.במכון הפוליטכני גורקי. בשכיבה על השלג עם תחתית רחבה, הוא אינו יוצר תלם, אינו מחליק ואינו נתקע.

בוני ספינות ברחבי העולם משכו זה מכבר את תשומת הלב לראש הלוויתן בצורת אגס, המותאם יותר לנוע במים מאשר האף בצורת סכין של ספינות מודרניות. בהשוואה לספינות קונבנציונליות, ספינת הקיטור לווייתנים התגלתה כחסכונית יותר.

צורות בצורת חרוט נמצאות בעיצובים של כתרים וגזעים של עצים, פטריות. זוהי צורה זו שיש לקומבינות כריית פחם. זוהי הצורה האופטימלית לעמידה בעומסי רוח וכוח הכבידה. אדריכלים משתמשים לעתים קרובות במבנים בצורת חרוט (מגדל הטלוויזיה של אוסטנקינו.)

המבנים שנוצרו על ידי הטבע הם הרבה יותר מושלמים ממה שאדם יכול לעשות עד כה.

עולם החיות החיות מתחת לאדמה עשיר ומגוון. לתולעי אדמה, לשומות יש התאמות מדהימות שבעזרתן הן בונות מעברים תת קרקעיים.

יש להם עניין רב ביצירת יחידות חפירה תת-קרקעיות. לדוגמה, פותח דגם מקורי, שנע מתחת לאדמה כמו חפרפרת, פורץ מנהרה עם קירות צפופים חלקים.

הביוניקה לקחה מדו-חיים את העיקרון של מבנה הגפה האחורית. על ידי גילום זה בחפץ כמו סנפירים.

אלו הן רק מספר קטן של דוגמאות לאופן שבו בני אדם מיישמים מודלים ביולוגיים. אבל לבעלי חיים יש גם תכונות רבות אחרות המשמשות, או יכולות לשמש את בני האדם: ראייה קולית של עטלפים, הד של דולפינים (במרחק של 20-30 מ', דולפין מציין במדויק את המקום שבו גלולה בקוטר 4 מ"מ נפל).

ביוניקה בחיי אדם

אומרים שפעם במאה נולד גאון על כדור הארץ. לאונרדו דה וינצ'י היה כזה גאון. האמן, הפסל, המתמטיקאי, המהנדס והאנטומי הגדול ביותר לאונרדו דה וינצ'י ביקש למצוא את האמת, לדעת ולתאר אותה.

"לקחתי את הטבע בתור המנטור שלי, המורה של כל המורים."

מדוע לקח המדען הגדול הזה את הטבע כמורה שלו?

חיים בצורתם הפרימיטיבית ביותר התעוררו על פני כדור הארץ לפני כ-2 מיליארד שנים. הברירה הטבעית חסרת הרחמים נמשכה מיליוני מאות שנים, וכתוצאה מכך שרדו החזקים והמושלמים ביותר. שאל את הטוב ביותר מהטבע כדי להעצים את האדם קודם והציע את ליאונרדו דה וינצ'י. בשנת 1485, הוא יצר כלי טיס מכני - אורניתופטל, שאת העיקרון שלו העתיק מציפורים. ולמרות שאז אדם לא הצליח ללמוד איך לעוף, אבל זה הניח את הבסיס למדע חדש - ביוניקה. ביוניקה היא סימביוזה של ביולוגיה וטכנולוגיה.

אם ההיסטוריה של כדור הארץ - 4.5 מיליארד שנים - מוצגת כיום אחד, אז מתברר שאדם סביר הופיע על הפלנטה לפני פחות מדקה. פשוטו כמשמעו חלפו שברירי שנייה, והוא כבר דמיין את עצמו יוצר וכבר יכול ליצור לא יותר גרוע מהטבע. עד לאחרונה, כשהמציאו משהו חדש, אנשים לא הבינו שהוא כבר קיים. אתה רק צריך לראות ולהחיל. 99% מהתגליות המדעיות שהאדם ריגל אחר הטבע. לכל מה שמקיף אותנו יש את המקבילה הטבעית שלו.

ביוניקה(מ Βίον - חַי ) - מיושם ביישום ב מכשירים טכנייםומערכות של עקרונות ארגון, מאפיינים, פונקציות ומבנים . במילים פשוטות, ביוניקה היא חיבור ו . תאריך הלידה של ביוניקס: 13 בספטמבר 1960.לביוניקה יש סמל: אזמל מוצלב, מלחם וסימן אינטגרלי. האיחוד הזה של ביולוגיה, טכנולוגיה ומתמטיקה מאפשר לנו לקוות שמדע הביוניקה יחדור למקום שבו אף אחד עדיין לא חדר, ויראה את מה שאף אחד עדיין לא ראה.

האדם תמיד חלם לכבוש את השמים. אבל זה היה זמין רק לציפורים. והציפורים הן שנתנו לאנשים את רעיון הטיסה.

חלומות לטוס והיישום שלהם בפועל הם דברים שונים מאוד. ולמרות הרעיונות הנועזים, כמו אלה של ליאונרדו דה וינצ'י, האנושות תישאר כבולה לכדור הארץ במשך מאות שנים רבות קדימה. חקר הציפורים, מבנה כנפיהן וזנבן, הוביל לכך שהאדם המציא את המטוס. מבנה העין האנושית הניח את הבסיס לעדשת הצילום, מבנה התפרחת החמנייה – לפאנלים סולאריים. סירק את התפרחות של ברדוק ושיער של כלב ינשוף לאחר טיול, המעצב המפורסם המציא מחברי סקוטש. חרקים נתנו למדענים את הרעיון של מסוקים. דגים הובילו ליצירת צוללות. תאגיד מרצדסבנץ פיתח מכשיר ביוני רכבמועתק מדג גוף טרופי. למרות צורת המזוודה, למכונה התנגדות אוויר נמוכה במיוחד.

אנו מתמודדים כל יום עם המצאות ביוניות מבלי לדעת זאת. לרוב, העקרונות שאומצו מהטבע נמצאים באדריכלות. לדוגמה, בעיצוב מגדל אייפל המפורסם טמון מבנה עצם הירך האנושית. על ראש העצם ישנן נקודות התייחסות רבות, הודות להן, העומס על המפרק מופץ באופן שווה. זה מאפשר לעצם הירך המעוקלת לעמוד משקל גדולגוּף. את אותן נקודות התייחסות ניתן למצוא בבסיס מגדל אייפל. העיצוב שלו נחשב לאמת מידה אדריכלית לקיימות.

למגדל אחר, Ostankinskaya, יש גם אנלוגי טבעי. ניתן לזהות את הצללית הדקה שלה. אב הטיפוס של מגדל אוסטנקינו הוא גבעול חיטה. יכולתו לא להישבר תחת משקל התפרחת היוותה את הבסיס למגדל.

אדריכלים פונים יותר ויותר לעקרונות התפקוד של אורגניזמים חיים. כדי להבין איך זה עובד, המעצב צריך ללמוד ביולוגיה. דגים, ציפורים, צמחים ואפילו גוף האדם הופכים לאבות טיפוס טבעיים של מבנים אדריכליים.

ביוניקה לא עומדת במקום. המדע הזה יוצר מהפכה של ממש. תצפית רגילה, דוגמנות מסוגלת להרבה.המקצוע העתידי שלי קשור בהנדסת מכונות. תעשיית ההנדסה היא הרובוטית ביותר. לראשונה היישום המעשי שלורובוטים תעשייתייםקיבל הודות למהנדסים האמריקאים ד.דבול וד.אנגלברג בסוף שנות ה-50 ותחילת שנות ה-60 של המאה העשרים. הם משמשים לביצוע שונים תהליכים טכנולוגייםעל מנת לשפר את יעילות הארגון.

העיצוב של הרובוט עשוי להכיל מניפולטור אחד או יותר, בעוד שלמניפולטור עצמו עשוי להיות קיבולת עומס שונה, דיוק מיקום, דרגת חופש שונה. בעת יצירת רובוט תעשייתי, נעשה שימוש פעיל במודלים ביוניים. המניפולטור של רובוט תעשייתי מורכב ממספר מסוים של קישורים (צירים) הנעים המחוברים זה לזה. זה מסודר על העיקרון של גפיים פרוקי רגליים. ככל שיותר צירים, כך העיצוב של הרובוט תכליתי יותר.המיקום והגמישות של חיבור הצירים של הרובוט נעשו בקפידה לפי המודל האנושי (חיבור המפרקים). הצירים של המניפולטור נשלטים על ידי חיישנים. הם דומים לאיברי החישה ומגיבים לאור, ממוקמים בחלל

הטבע עדיין שומר על תעלומות רבות, ההרמוניה של יצירותיו תמיד הפתיעה ותמשיך להפתיע את העולם האנושי. אבל השאלה היא: "האם יהיה לנו זמן להשתמש ב"פטנטים של חיות הבר" הנותרים? בהתחשב בקצב היעלמותם של צמחים ובעלי חיים מעל פני כדור הארץ, והסטטיסטיקה קובעת ללא מוצא: מדי שנה - מין אחד של בעלי חיים ויומי - מין צמחים אחד, השאלה שנשאלת נשמעת מדאיגה מאוד. בהקשר זה, שימור מינים נדירים ובסכנת הכחדה של בעלי חיים וצמחים, שמירה סביבהבתנאים נוחים לחיי כל החיים על פני כדור הארץ היא בעיה דחופה, וערובה פיתוח עתידיאֶנוֹשִׁיוּת.

איך מגלים תגליות, איך נוצרות המצאות שונות - במילה אחת, הכל, מה מקדם את האנושות?כמובן שצריך ידע, כישרון, התמדה ויכולת עבודה. אבל זה לא הכל.

מדען אמיתי מובחן על ידי התבוננות חדה בשילוב עם כוחו של דמיון יצירתי. השילוב של תכונות אלה מאפשר ליצור אנלוגים תעשייתיים של מבנים טבעיים.

לפי פטנטים של הטבע

מאז שנות ה-60 של המאה העשרים, הופיע מונח חדש - ביוניקה, מדע שמשתמש בידע על חיות בר כדי לפתור בעיות טכניות.בקושי ניתן להפריז בחשיבותו של מדע זה. הרי הטבע יוצר את יצירותיו ביעילות מירבית.

הדוגמה הפשוטה ביותר ליצירת אנלוגי כזה מעשה ידי אדם הם סקוטש ורוכסנים המשמשים כמחברים על מעילים, נעליים וכו'. אבל המצאה פשוטה אך נוחה מאוד זו הושאלה מהטבע. קוצי ברדוק נדבקים בקלות חומרים שונים, יוצרים מספיק קשר חזק, וברגע על השיער, לגרום להרבה צרות.

מדענים אספו מספר עצום של רעיונות מעניינים על ידי לימוד חיים ימיים:

• אז, מושחז על ידי האבולוציה של המילניום, הוא שימש אב טיפוס לתכנון של צוללות וכלי שיט ימיים. והמחקר איפשר ליצור חומר למפו ייחודי לחלוטין. המעטפת של החלק התת-ימי של ספינות העשויות מחומר זה מגבירה את מהירותן ב-15-20%.

• כנראה פגשתם, משוטחים במי ים, בדומה לג'לי. לומדים את התושב הזה מעמקי הים, מדענים מצאו בה הרבה דברים מעניינים. האם אתה יודע איך מדוזה זזה? היא דוחפת מים מהמחושים שלה בכוח וכך נעה קדימה. על אותו עיקרון. גזי ליבון בורחים מהזרבובית שלו במהירות רבה, ודוחפים את הרקטה לכיוון ההפוך.

• אבל המדוזה הכינה הפתעה נוספת לאנשים. מסתבר שאנשים אלו מסוגלים "לשמוע" את רעש הסערה המתקרבת. ולפני הסערה הם הולכים רחוק אל הים, כדי לא להיזרק לחוף על ידי גלי הים. מדענים הצליחו לחקור תכונה זו של מדוזה. הודות לתגלית זו נוצר מכשיר Medusa Ear, אשר שימש אנשים בצורה אמינה מאוד מאז. זה מאפשר לך לחזות את התקרבות של סערה אפילו 12-15 שעות לפני שהיא מתחילה. במהלך הזמן הזה, מלחים ודייגים יכולים להתכונן לפגישה עם הגורמים המשתוללים. תודה, מדוזה!
• במאגרי ברזיל חי דג בעל ארבע עיניים. למעשה, יש לה רק שתי עיניים, אבל כל אחת מהן מחולקת לשני חלקים. החצי העליון עוקב אחר המצב מעל פני המים, והחצי התחתון מאפשר לך להגן על עצמך מפני טורפים שפולשים ליופי בעל עיני החרק הזה. אותו עיקרון עומד בבסיס המשקפיים הביפוקאליים. העדשות שלהם מורכבות משני חצאים בעלי כוחות אופטיים שונים. החלק העליון משמש לראייה למרחק, החלק התחתון מיועד לקריאה.
• החוקר הצרפתי המדהים של הים העמוק, ז'אק-איב קוסטו, צפה בעניין בברק, שגרר בדאגה בועת אוויר לתוך המים. זה נתן למדען את הרעיון ליצור אקוולונג.

רשימת הפטנטים המושאלים מחיים ימיים רחוקה מלהיות מוצתה, אך עדיין עלינו להכיר המצאות מעניינות שהאנושות ריגלה אחר ציפורים וחרקים מעופפים.

כשהם צופים במזלפים מהירים או בנשרים מלכותיים הצופים בטרף שלהם מגובה, אנשים חלמו לעלות בשלווה גם מעל הקרקע. שרטט טיסות ואף פיתח מכונת טיסה שלא נועדה לעלות לאוויר.

עם זאת, רעיונות שהושאלו מהטבע עדיין שימשו את ממציאי המטוסים:

• עיצוב כנף המטוס קרוב ככל האפשר לצורת הכנפיים של ציפורים גדולות.
• במשך זמן רב התמודדו בודקי מטוסים מהירים עם תופעת הרפרוף - הרטט החזק ביותר. ניתן היה להיפטר ממנו עקב עיבוי הקצה המוביל של כנפי המטוס. התברר שהטבע כבר מצא פתרון הנדסי מוכן לבעיה הזו מזמן - יש עיבוי דומה בכנפי שפיריות.
• השפירית "העניקה השראה" למעצבים ליצור מסוק.
• זה אמור להשתמש בשפירית חיה בתור מזל"ט. "תרמיל" עם מערכת בקרה יצורף לגבה ו פנלים סולארייםבשביל אוכל. בדרך זו ניתן יהיה לנהל חרקים, לכוון אותם להאבקה טובה יותר של יבולים. זה לא נכלל בשימוש שלהם למעקב אחר אדם.
• יכולתם של העטלפים לנווט באמצעות אולטרסאונד שימשה אב טיפוס לאקו. היא מאפשרת ללמוד את הטופוגרפיה של קרקעית הים, לחפש ספינות טבועות, לזהות מקומות הצטברות של דגים מסחריים וכו'. אפילו ניתן היה לעצב מקל לעיוורים, בו מותקנים מקור אולטרסאונד ומקלט, אשר מאוד משפר את איכות חייהם.
• היא סיפקה סיוע רב ערך למדע. במחקר אחד האיברים המסתוריים שלו (haltere), מדענים יצרו על עיקרון זה מכשיר ניווט חשוב מאוד - גירוסקופ רוטט.

• החרק הלא מושך הזה "עורר" אחר רעיון מעניין. עיני הזבוב מאפשרות לו לצלם מספר תמונות של אותו אובייקט בבת אחת. זה מאפשר לה לקבוע את מהירות התנועה שלו במידה רבה של דיוק. על פי עיקרון זה, מדענים יצרו מכשיר, אותו כינו "עין הזבוב". הוא משמש כעת לקביעת המהירות של מטוסי נוסעים.
• במשך אלפי שנים נעשה שימוש ביכולת המושחזת של בעלי חיים להסוות את עצמם ולשנות צבע כדי להתאים לצבע הסביבה בפיתוח חומר - זיקית. הדחפים החשמליים המופעלים עליו מאפשרים ליצור עליו תמונה כוזבת. ציוד צבאי המכוסה בחומר כזה הופך לבלתי נראה לרחפנים, מכיוון שהוא מתמזג עם השטח.
• מסתבר שהרעיון של נשק בינארי שאול מחיפושית ההפצצה. הטבע סיפק לו נשק מקורי להגנה עצמית. שתי בלוטות, הפועלות באופן אוטונומי, מייצרות שני חומרים בלתי מזיקים שחרק כועס זורק בו זמנית מהבטן. בנקודת החיבור שלהם, הטמפרטורה מגיעה ל-100 מעלות צלזיוס! קליעים בינאריים מצוידים בתא המחולק על ידי מחיצה לשני חלקים. הם מכילים שני חומרים שאינם מהווים כל סכנה בבידוד. אבל כשהם מתפוצצים, הם מתאחדים ויוצרים את הגז הרעל החזק ביותר.
• המסע במסדרונות ספריית הפטנטים של הטבע מתקרב לסיומו. אבל בואו נפתח תיקיה נוספת, שקודם לכן הייתה שכותרתה "סודי ביותר".

העתיד של הביוניקה

בשנים האחרונות, צמח קטע נפרד בתחום הביוניקה - נוירוביוניקה.הוא חוקר את קווי הדמיון בין מחשבים ו מערכת עצביםחיות. אחת המשימות החשובות ביותר של מדע זה היא להפוך את השליטה בטכנולוגיית המחשב לאמינה וגמישה כמו מערכת העצבים.

ההצלחות הראשונות שלה כוללות יצירת שלדים חיצוניים וביופרוטזות שהעמידו אנשים משותקים על רגליהם. השלב הבא הוא לשלוט במכשירים הללו בכוח המחשבה. סביר להניח שהנוירוביוניקה תהפוך לבסיס ליצירת בינה מלאכותית.

אם הודעה זו הייתה שימושית עבורך, אשמח לראותך

אי אפשר לומר בדיוק מתי נולד מדע הביוניקה, כי האנושות תמיד שאבה השראה מהטבע, ידוע למשל שלפני כ-3,000 שנה נעשו ניסיונות להעתיק את יצירת המשי, כפי שעושים חרקים. כמובן, ניסיונות כאלה לא יכולים להיקרא התפתחויות, רק לאחר שהופיעו טכנולוגיות מודרניות, לאדם הייתה הזדמנות אמיתית מאוד להעתיק רעיונות טבעיים, לשחזר באופן מלאכותי תוך כמה שעות את כל מה שנולד בתנאים טבעיים במשך שנים. לדוגמה, מדענים מסוגלים לגדל אבנים סינתטיות שאינן נחותות מאלו הטבעיות ביופי ובטוהר, בפרט, כאנלוגי ליהלומים.

ההתגלמות החזותית המפורסמת ביותר של הביוניקה היא מגדל אייפל בפריז. בנייה זו התבססה על מחקר עצם הירך, אשר, כפי שהתברר, מורכב מעצמות קטנות. הם עוזרים לפזר באופן אידיאלי את המשקל, כך שראש הירך יכול לעמוד בעומס גדול. אותו עיקרון שימש ביצירת מגדל אייפל.

אולי הביוניקה ה"" המפורסמת ביותר, שתרמה תרומה עצומה לפיתוחה, היא לאונרדו דה וינצ'י. לדוגמה, הוא צפה במעוף של שפירית, ולאחר מכן ניסה להעביר את תנועותיו בעת היצירה כְּלִי טַיִס.

משמעות הביוניקה לתחומים מדעיים אחרים

לא כולם מקבלים את הביוניקה כמדע, בהתחשב בכך שהוא ידע שנולד בצומת של מספר דיסציפלינות, בעוד שהמושג של ביוניקה עצמו רחב, הוא מכסה מספר תחומים מדעיים. בפרט, אלו הם הנדסה גנטית, עיצוב, אלקטרוניקה רפואית וביולוגית.

אפשר לדבר על אופיו המיושם באופן בלעדי, אבל מודרני תוֹכנָהמאפשר לדגמן ולתרגם למציאות כל מיני פתרונות טבעיים, ולכן הלימוד וההשוואה תופעת טבעעם יכולות אנושיות יותר ויותר רלוונטי. בעת יצירת רובוטיקה מודרנית, מהנדסים פונים יותר ויותר למדענים ביונים לעזרה. אחרי הכל, רובוטים הם שיקלו על אדם בעתיד, ולשם כך הם חייבים להיות מסוגלים לנוע נכון, לחשוב, לחזות, לנתח וכו'. אז, מדענים מאוניברסיטת סטנפורד יצרו רובוט המבוסס על תצפיות של ג'וקים, ההמצאה שלהם לא רק זריזה ואורגנית אלא גם מאוד פונקציונלית. בעתיד הקרוב, הרובוט הזה עשוי להפוך עוזר הכרחילמי שלא יכול לנוע באופן עצמאי.

בעזרת הביוניקה, ניתן יהיה בעתיד ליצור קולוסאלי התפתחויות טכנולוגיות. עכשיו אדם יצטרך רק כמה שנים כדי ליצור אנלוגי של תופעות טבע, בעוד הטבע עצמו יבלה על זה אלפי שנים.