바이오닉스 메시지. 바이오닉스 - 자연에서 영감을 받은 과학

발견이 이루어지는 방식, 다양한 발명이 만들어지는 방식 - 한마디로 모든 것, 무엇이 인류를 앞으로 나아가게 하는가?물론 여기에는 지식, 재능, 인내 및 작업 능력이 필요합니다. 하지만 그게 다가 아닙니다.

진정한 과학자는 창의적인 상상력과 결합된 예리한 관찰력으로 구별됩니다. 이러한 특성의 조합을 통해 자연 구조의 산업 유사체를 만들 수 있습니다.

자연의 특허로

XX 세기의 60 년대부터 생체 공학, 야생 동물에 대한 지식을 사용하여 기술적 문제를 해결하는 과학.이 과학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 결국, 자연은 최대한의 효율성으로 창조물을 만듭니다.

그러한 인공 아날로그를 만드는 가장 간단한 예는 재킷, 신발 등의 패스너로 사용되는 벨크로와 지퍼입니다. 그러나이 단순하지만 매우 편리한 발명은 자연에서 빌린 것입니다. 우엉 가시는 다양한 재료에 쉽게 달라붙어 꽤 강한 연결을 형성하고, 한 번 머리카락에 붙으면 많은 문제를 일으킨다.

과학자들은 해양 생물을 연구함으로써 수많은 흥미로운 아이디어를 배웠습니다.

• 따라서 밀레니엄 진화에 의해 갈고 닦은 잠수함과 선박 설계의 프로토타입으로 사용되었습니다. 그리고 이 연구를 통해 완전히 독특한 람포 소재를 만들 수 있었습니다. 이 재료로 만든 선박의 수중 부분을 덮으면 속도가 15-20% 증가합니다.

• 아마 젤리처럼 바닷물에 납작해져서 만났을 것입니다. 심해의이 주민을 연구하면서 과학자들은 그녀에게서 많은 흥미로운 것을 발견했습니다. 해파리가 어떻게 움직이는지 아십니까? 그녀는 힘으로 촉수에서 물을 밀어내며 앞으로 나아갑니다. 같은 원칙에. 백열 가스는 노즐에서 빠른 속도로 빠져 나와 로켓을 반대 방향으로 밀어냅니다.

• 그러나 해파리는 사람들을 위해 또 다른 놀라움을 준비했습니다. 이 사람들은 다가오는 폭풍의 소리를 "들을" 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 폭풍이 오기 전에 그들은 바다의 파도에 밀려 뭍으로 밀리지 않으려고 멀리 바다로 갑니다. 과학자들은 해파리의 이러한 특징을 연구할 수 있었습니다. 이 발견 덕분에 Medusa Ear 장치가 만들어졌으며 그 이후로 사람들에게 매우 안정적으로 서비스를 제공했습니다. 폭풍이 시작되기 12-15시간 전에 폭풍의 접근을 예측할 수 있습니다. 이 시간 동안 선원과 어부들은 맹렬한 요소와의 만남을 준비할 수 있습니다. 고마워, 메두사!
• 브라질의 저수지에는 네 개의 눈을 가진 물고기가 살고 있습니다. 실제로 그녀는 두 개의 눈을 가지고 있지만 각각은 두 부분으로 나뉩니다. 위쪽 절반은 수면 위의 상황을 모니터링하고 아래쪽 절반을 통해 이 벌레 눈의 아름다움을 잠식하는 포식자로부터 자신을 보호할 수 있습니다. 동일한 원리가 이중 초점 안경의 기초가 됩니다. 그들의 렌즈는 광학 능력이 다른 두 개의 절반으로 구성됩니다. 상단은 원거리 시력에 사용되며 하단은 독서에 사용됩니다.
• 저명한 심해 탐험가인 Jacques-Yves Cousteau는 걱정스럽게 기포를 물 속으로 끌어들이는 벌레를 흥미롭게 관찰했습니다. 이것은 과학자에게 수족관을 만들 아이디어를 주었습니다.

해양 생물에서 빌린 특허 목록은 고갈되지 않았지만 인류가 새와 날아 다니는 곤충을 염탐 한 흥미로운 발명품에 대해 알아야합니다.

높은 곳에서 먹이를 바라보는 빠른 속도나 장엄한 독수리를 보면서 사람들도 조용히 땅 위로 솟아오르는 꿈을 꿨습니다. 비행을 스케치하고 심지어 하늘로 날 수 없는 비행 기계를 개발했습니다.

그러나 자연에서 빌린 아이디어는 항공기 발명가에 의해 여전히 사용되었습니다.

• 항공기 날개의 디자인은 가능한 한 큰 새의 날개 모양에 가깝습니다.
• 오랫동안 고속 항공기 테스터는 가장 강한 진동 인 플러터 현상에 직면했습니다. 항공기 날개의 앞쪽 가장자리가 두꺼워지기 때문에 제거 할 수있었습니다. 자연은 이미 오래 전에이 문제에 대한 기성 엔지니어링 솔루션을 생각해 냈습니다. 잠자리 날개에 비슷한 두꺼워짐이 있습니다.
• 잠자리는 설계자들에게 헬리콥터를 만들도록 "영감"을 주었습니다.
• 살아있는 잠자리를 드론으로 활용한다고 합니다. 제어 시스템과 전력용 태양 전지 패널이 있는 "백팩"이 그녀의 등에 부착됩니다. 이러한 방식으로 곤충을 관리하여 작물의 더 나은 수분을 유도할 수 있습니다. 사람을 추적하기 위한 용도는 제외되지 않습니다.
• 초음파를 사용하여 탐색하는 박쥐의 능력은 반향정위의 프로토타입으로 사용되었습니다. 해저 지형 연구, 침몰선 수색, 상업용 어류 집적지 찾기 등을 할 수 있습니다. 시각 장애인을 위한 지팡이도 설계할 수 있었는데, 여기에는 초음파 소스와 수신기가 장착되어 있어 삶의 질을 향상시킵니다.
• 그녀는 과학에 귀중한 도움을 제공했습니다. 과학자들은 신비한 기관(haltere) 중 하나를 연구하여 이 원리에 따라 매우 중요한 탐색 장치인 진동 자이로스코프를 만들었습니다.

• 이 매력적이지 않은 곤충은 또 다른 흥미로운 아이디어를 "촉진"했습니다. 파리의 눈은 한 번에 같은 물체의 여러 이미지를 찍을 수 있습니다. 이를 통해 그녀는 매우 정확하게 그의 움직임 속도를 결정할 수 있습니다. 이 원칙에 따라 과학자들은 "파리의 눈"이라고 부르는 장치를 만들었습니다. 이제 여객기의 속도를 결정하는 데 사용됩니다.
• 수천 년 동안 동물이 자신을 변장하고 환경의 색에 맞게 색을 바꾸는 연마된 능력은 카멜레온이라는 소재 개발에 사용되었습니다. 그것에 적용된 전기 충격은 그것에 잘못된 그림을 형성하는 것을 가능하게 합니다. 이러한 물질로 덮인 군사 장비는 지형과 합쳐지면서 드론에게 보이지 않게 됩니다.
• 바이너리 무기의 아이디어는 폭격수 딱정벌레에서 빌린 것으로 밝혀졌습니다. 자연은 그에게 자기 방어를 위한 독창적인 무기를 제공했습니다. 자율적으로 작동하는 두 개의 땀샘은 성난 벌레가 동시에 복부에서 버리는 두 가지 무해한 물질을 생성합니다. 연결 지점에서 온도는 100 °C에 이릅니다! 이진 발사체에는 칸막이에 의해 두 부분으로 나뉜 챔버가 장착되어 있습니다. 그들은 단독으로 위험을 초래하지 않는 두 가지 물질을 포함합니다. 그러나 폭발할 때 결합하여 가장 강력한 독가스를 형성합니다.
• 자연의 특허 도서관을 둘러보는 여정이 막바지에 이르렀습니다. 그러나 이전에 "일급 비밀"이라고 표시된 다른 폴더를 열어 보겠습니다.

바이오닉스의 미래

최근 몇 년 동안 생체 공학에서 별도의 섹션이 등장했습니다. 신경 생물학.그는 컴퓨터와 동물의 신경계 사이의 유사성을 연구합니다. 이 과학의 가장 중요한 임무 중 하나는 컴퓨터 기술의 제어를 신경계만큼 안정적이고 유연하게 만드는 것입니다.

그녀의 첫 번째 성공에는 마비된 사람들을 일어서게 하는 외골격 및 생체 보철물의 제작이 포함됩니다. 다음 단계는 생각의 힘으로 이러한 장치를 제어하는 ​​것입니다. 뉴로바이오닉스는 인공지능 창조의 기반이 될 가능성이 높다.

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에서 모델 생성 생체 공학- 전투의 절반입니다. 구체적인 실제 문제를 해결하기 위해서는 실습에 관심이 있는 모델 특성의 가용성을 확인하는 것뿐만 아니라 장치의 미리 결정된 기술적 특성을 계산하는 방법을 개발하고 작업에 필요한 지표.

그리고 너무 많은 바이오닉모델은 기술 구현을 받기 전에 컴퓨터에서 수명을 시작합니다. 모델에 대한 수학적 설명이 작성됩니다. 그것에 따르면 컴퓨터 프로그램이 컴파일됩니다. 생체 공학 모델. 이러한 컴퓨터 모델에서는 짧은 시간에 다양한 매개변수를 처리하고 설계상의 결함을 제거할 수 있습니다.

맞습니다. 소프트웨어를 기반으로 모델링, 일반적으로 모델 기능의 역학을 분석합니다. 모델의 특수 기술 구성과 관련하여 이러한 작업은 의심할 여지 없이 중요하지만 목표 하중이 다릅니다. 가장 중요한 것은 모델의 필수 속성을 가장 효율적이고 정확하게 재현할 수 있는 최상의 기반을 찾는 것입니다. 누적 생체 공학실제 경험 모델링매우 복잡한 시스템은 일반적으로 과학적으로 중요합니다. 이러한 종류의 작업에서 절대적으로 필수 불가결한 수많은 발견적 방법은 실험 및 기술 물리학, 경제 문제, 다단계 분기 통신 시스템 설계 등에서 중요한 문제를 해결하는 데 이미 널리 보급되었습니다.

오늘날 바이오닉스는 여러 방향을 가지고 있습니다.

건축 및 건축 바이오 공학은 생체 조직의 형성 및 구조 형성 법칙을 연구하고 재료, 에너지 절약 및 신뢰성 확보의 원칙에 따라 생물의 구조 시스템을 분석합니다. 뉴로바이오닉스는 뇌의 기능을 연구하고 기억의 메커니즘을 탐구합니다. 동물의 감각 기관과 동물과 식물 모두에서 환경에 대한 내부 반응 메커니즘이 집중적으로 연구되고 있습니다.

건축 및 건설 바이오닉스의 생생한 예는 곡물 줄기와 현대식 고층 건물의 구조에 대한 완전한 비유입니다. 곡물 식물의 줄기는 무거운 하중을 견딜 수 있으며 동시에 꽃차례의 무게로 인해 부서지지 않습니다. 바람이 지면으로 휘어지면 빠르게 수직 위치를 복원합니다. 비밀은 무엇입니까? 그들의 구조는 최신 엔지니어링 성과 중 하나 인 현대식 고층 공장 파이프의 디자인과 유사하다는 것이 밝혀졌습니다. 두 디자인 모두 속이 비어 있습니다. 식물 줄기의 Sclerenchyma 가닥은 세로 보강 역할을합니다. 줄기의 절점은 강화 고리입니다. 줄기의 벽을 따라 타원형의 수직 공극이 있습니다. 파이프 벽에는 동일한 설계 솔루션이 있습니다. 곡류 줄기에서 파이프 바깥쪽에 위치한 나선형 전기자의 역할은 얇은 피부에 의해 수행됩니다. 그러나 엔지니어들은 자연을 "보지 않고" 스스로 건설적인 솔루션에 도달했습니다. 구조의 정체는 나중에 밝혀졌다.

최근 몇 년 동안 생체 공학은 대부분의 인간 발명품이 이미 본질적으로 "특허"되었음을 확인했습니다. 지퍼와 벨크로와 같은 20세기의 이러한 발명은 새의 깃털 구조를 기반으로 만들어졌습니다. 후크가 장착된 다양한 주문의 깃털 미늘은 안정적인 그립을 제공합니다.

생체 공학의 적극적인 지지자인 유명한 스페인 건축가 M. R. Cervera와 J. Ploz는 1985년에 "동적 구조"에 대한 연구를 시작했으며 1991년에 "건축 혁신 지원 협회"를 조직했습니다. 건축가, 엔지니어, 디자이너, 생물학자 및 심리학자를 포함하는 그들의 지도 하에 있는 그룹은 "수직 바이오닉 타워 시티" 프로젝트를 개발했습니다. 15년 안에 상하이에 타워 시티가 등장해야 합니다(과학자에 따르면 20년 안에 상하이 인구는 3천만 명에 달할 수 있음). 타워 도시는 10 만 명을 위해 설계되었으며이 프로젝트는 "나무 건설 원칙"을 기반으로합니다.

타워시티는 높이 1128m, 밑단 둘레 133 x 100m, 가장 넓은 지점 166 x 133m의 사이프러스 형태로 300층 규모로 건설된다. 80층의 12개의 수직 블록. 쿼터 사이에는 각 레벨 쿼터의 지지 구조 역할을 하는 천정 스크 리드가 있습니다. 숙소 내부 - 수직 정원이 있는 다양한 높이의 집. 세심하게 고려된 이 디자인은 사이프러스의 가지 구조와 전체 크라운과 유사합니다. 타워는 아코디언의 원리에 따라 말뚝 기초 위에 서게 될 것입니다. 아코디언은 깊어지지 않지만 올라갈 때 모든 방향으로 발달합니다. 이는 나무의 뿌리 시스템이 발달하는 방식과 유사합니다. 상층부의 바람 진동이 최소화됩니다. 공기가 타워 구조를 쉽게 통과합니다. 타워를 마주하기 위해 피부의 다공성 표면을 모방하는 특수 플라스틱 재료가 사용됩니다. 건설이 성공하면 그러한 건설 도시를 몇 개 더 건설할 계획입니다.

건축 및 건축 바이오닉스에서는 새로운 건축 기술에 많은 관심을 기울입니다. 예를 들어, 효율적이고 폐기물이 없는 건축 기술 개발 분야에서 유망한 방향은 계층 구조를 만드는 것입니다. 이 아이디어는 심해 연체 동물에서 빌린 것입니다. 널리 퍼진 전복과 같은 강한 껍질은 딱딱한 판과 부드러운 판으로 구성되어 있습니다. 경판이 크랙이 발생하면 연질층이 변형을 흡수하여 크랙이 더 이상 진행되지 않습니다. 이 기술은 자동차를 덮는 데에도 사용할 수 있습니다.

뉴로바이오닉스의 주요 분야는 인간과 동물의 신경계에 대한 연구와 신경 세포-뉴런 및 신경망의 모델링입니다. 이를 통해 전자 및 컴퓨터 기술을 개선하고 개발할 수 있습니다.

살아있는 유기체의 신경계는 인간이 발명한 가장 현대적인 유사체에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

외부 정보의 형식(필기, 글꼴, 색상, 음색 등)에 관계없이 유연하게 인식합니다.

높은 신뢰성: 하나 이상의 부품이 고장나면 기술 시스템이 고장나고 수십만 개의 세포가 죽어도 뇌는 기능을 유지합니다.

세밀화. 예를 들어, 사람의 뇌와 같은 수의 소자를 가진 트랜지스터 소자는 약 1000m3의 부피를 차지하지만 우리의 뇌는 1.5dm3의 부피를 차지합니다.

에너지 소비의 경제 - 그 차이는 분명합니다.

높은 수준의 자기 조직화 - 새로운 상황, 활동 프로그램의 변화에 ​​대한 빠른 적응.

에펠탑과 경골

프랑스 혁명 100주년을 맞아 파리에서 세계 전시회가 열렸다. 이 전시회의 영역에는 프랑스 혁명의 위대함과 최신 기술 성과를 모두 상징하는 타워를 세울 계획이었습니다. 700개 이상의 프로젝트가 경쟁에 제출되었으며 교량 엔지니어 Alexander Gustave Eiffel의 프로젝트가 최고로 인정되었습니다. 19세기 말, 창시자의 이름을 딴 이 탑은 투각과 아름다움으로 전 세계를 강타했습니다. 300미터 높이의 타워는 일종의 파리의 상징이 되었습니다. 탑은 알려지지 않은 아랍 과학자의 그림에 따라 지어졌다는 소문이 있었습니다. 그리고 반세기가 지난 후에야 생물학자와 엔지니어는 예상치 못한 발견을 했습니다. 에펠탑의 디자인은 인체의 무게를 쉽게 견딜 수 있는 경골의 구조를 정확히 반복합니다. 베어링 표면 사이의 각도도 일치합니다. 이것은 또 다른 대표적인 예입니다. 생체 공학행동 중.

인간 생활의 바이오닉스

그들은 한 세기에 한 번 천재가 지구에 태어난다고 말합니다. 레오나르도 다빈치는 그런 천재였다. 가장 위대한 예술가, 조각가, 수학자, 엔지니어 및 해부학자 레오나르도 다빈치는 진실을 찾고, 알고, 설명하려고 노력했습니다.

“나는 자연을 나의 멘토이자 모든 선생님의 선생님으로 삼았습니다.”

이 위대한 과학자는 왜 자연을 스승으로 삼았습니까?

가장 원시적인 형태의 생명체는 약 20억 년 전에 지구에 나타났습니다. 무자비한 자연 선택은 수백만 세기 동안 지속되었으며 그 결과 가장 강력하고 완벽한 것이 살아남았습니다. 자연에서 가장 좋은 것을 빌려 인간에게 먼저 힘을 실어주고 레오나르도 다빈치를 제안했습니다. 1485년에 그는 기계식 항공기인 ornithoptel을 만들었는데, 그 원리를 새에서 복사했습니다. 그리고 그 당시 사람은 비행 방법을 배우지 못했지만 이것은 새로운 과학 인 생체 공학의 기초를 마련했습니다. 바이오닉스는 생물학과 기술의 공생입니다.

45억 년이라는 지구의 역사를 하루로 표현하면, 이성적인 사람이 지구에 나타난 것은 불과 1분도 채 되지 않은 시간이다. 말 그대로 몇 분의 1초가 지났고 그는 이미 자신을 창조주라고 상상했으며 이미 자연보다 더 나쁜 것을 만들 수 없습니다. 최근까지 사람들은 새로운 것을 발명할 때 그것이 이미 존재한다는 사실을 깨닫지 못했습니다. 보시고 신청하시면 됩니다. 과학적 발견의 99%는 인간이 자연을 관찰한 것입니다. 우리를 둘러싸고 있는 모든 것에는 자연적으로 대응하는 것이 있습니다.

생체공학(에서 Βίον - 생활 ) - 적용 조직, 속성, 기능 및 구조 원칙의 기술 장치 및 시스템에 적용 . 간단히 말해서 바이오닉스는 연결입니다 그리고 . Bionics의 생년월일: 1960년 9월 13일.생체 공학에는 교차 메스, 납땜 인두 및 통합 기호와 같은 기호가 있습니다. 생물학, 기술 및 수학의 이러한 결합을 통해 우리는 생체 공학 과학이 아직 아무도 침투하지 못한 곳을 침투하고 아직 아무도 보지 못한 것을 볼 수 있기를 희망합니다.

인간은 항상 하늘을 정복하는 꿈을 꾸었습니다. 그러나 그것은 새들에게만 가능했습니다. 그리고 사람들에게 비행에 대한 아이디어를 준 것은 새였습니다.

비행의 꿈과 실제 구현은 매우 다릅니다. 레오나르도 다빈치와 같은 대담한 아이디어에도 불구하고 인류는 앞으로 수 세기 동안 지구에 묶여 있을 것입니다. 날개와 꼬리의 구조인 새에 대한 연구는 사람이 비행기를 발명했다는 사실로 이어졌습니다. 인간의 눈의 구조는 사진 렌즈의 기초, 해바라기 꽃차례의 구조 - 태양 전지 패널의 기초를 놓았습니다. 산책 후 우엉의 꽃차례와 올빼미 개의 머리카락을 빗어내는 유명한 디자이너는 벨크로 패스너를 발명했습니다. 곤충은 과학자들에게 헬리콥터에 대한 아이디어를 주었습니다. 물고기는 잠수함의 창조를 촉발했습니다. MercedesBenz Corporation은 열대성 복어를 모방한 생체 공학 차량을 개발했습니다. 가방 모양에도 불구하고 기계는 공기 저항이 매우 낮습니다.

우리는 자신도 모르는 사이에 매일 생체공학 발명품을 접하고 있습니다. 대부분의 경우 자연에서 채택된 원칙은 건축에서 발견됩니다. 예를 들어, 유명한 에펠탑의 디자인에는 인간 대퇴골의 구조가 있습니다. 뼈의 머리에는 많은 기준점이 있으며 덕분에 관절의 하중이 고르게 분산됩니다. 이렇게 하면 구부러진 대퇴골이 큰 체중을 지탱할 수 있습니다. 에펠탑 바닥에서도 동일한 기준점을 찾을 수 있습니다. 그 디자인은 지속 가능성에 대한 아키텍처 벤치마크로 간주됩니다.

또 다른 타워인 Ostankinskaya에도 자연적인 유사체가 있습니다. 그녀의 날씬한 실루엣이 눈에 띈다. Ostankino 타워의 원형은 밀 줄기입니다. 꽃차례의 무게로 인해 부서지지 않는 능력이 탑의 기초를 형성했습니다.

건축가는 점점 더 살아있는 유기체의 기능 원리로 눈을 돌리고 있습니다. 그것이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 디자이너는 생물학을 공부해야 합니다. 물고기, 새, 식물, 심지어 인체까지도 건축 구조의 자연스러운 원형이 됩니다.

바이오닉스는 가만히 있지 않습니다. 이 과학은 진정한 혁명을 일으킵니다. 일반적인 관찰, 모델링은 많이 할 수 있습니다.미래의 직업은 기계 공학과 관련이 있습니다. 엔지니어링 산업은 가장 로봇 적인 산업입니다. 처음으로 실용화산업용 로봇20세기의 50년대 후반과 60년대 초반에 미국 엔지니어 D. Devol과 D. Engelberg 덕분에 받았습니다. 기업의 효율성을 높이기 위해 다양한 기술 프로세스를 수행하는 데 사용됩니다.

로봇의 설계는 하나 이상의 조작기를 포함할 수 있지만 조작기 자체는 다른 부하 용량, 위치 정확도, 자유도를 가질 수 있습니다. 산업용 로봇을 만들 때 생체 공학 모델이 ​​활발히 사용됩니다. 산업용 로봇의 매니퓰레이터는 서로 연결된 일정 수의 가동 링크(축)로 구성됩니다. 그것은 절지 동물의 사지의 원리에 따라 배열됩니다. 축이 많을수록 로봇 설계가 더 다양해집니다.로봇의 축 연결 위치와 유연성은 인체 모델(관절 연결)에 따라 세심하게 제작되었습니다. 조작기의 축은 센서에 의해 제어됩니다. 감각기관과 유사하며 빛, 공간의 위치에 반응

자연은 여전히 ​​\u200b\u200b많은 신비를 간직하고 있으며 창조물의 조화는 항상 인간 세계를 놀라게했으며 계속해서 놀라게 할 것입니다. 그러나 문제는 "나머지 "야생 동물의 특허"를 사용할 시간이 있습니까? 식물과 동물이 지구상에서 사라지는 속도와 통계에 따르면 매년 - 한 종의 동물과 매일 - 한 종의 식물이 있음을 감안할 때 제기 된 질문은 매우 놀라운 것처럼 들립니다. 이와 관련하여 희귀하고 멸종 위기에 처한 동식물을 보존하고 지구상의 모든 생명체에게 유리한 조건으로 환경을 유지하는 것은 인류의 더 많은 발전을 보장하는 시급한 문제입니다.

글라즈코바 나스티야

태곳적부터 인간의 생각은 다음과 같은 질문에 대한 답을 찾고 있었습니다. 살아있는 자연이 달성한 것과 동일한 것을 사람이 달성할 수 있습니까? 예를 들어, 그는 새처럼 날거나 물고기처럼 물속에서 헤엄칠 수 있습니까? 처음에는 사람이 그것에 대해 꿈꿀 수 있었지만 곧 발명가는 생물 조직의 기능을 디자인에 적용하기 시작했습니다.

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시사:

1. 소개 ...........................................................................2
2. "바이오닉스"란 무엇입니까?...........................................4
3. 야생 동물 특허 ...........................................9
4. 건축 바이오닉스 ...........................................16
5. 뉴로바이오닉스 ........................................................... 29
6. 테크니컬 바이오닉스 ...........................................37
7. 결론...........................................................................39
8. 문학 ...........................................................................40

새 - 수학 법칙에 따라 행동

만들 수 있는 인간의 능력 안에 있는 도구

그의 모든 움직임으로 ...

레오나르도 다빈치.

태곳적부터 인간의 생각은 다음과 같은 질문에 대한 답을 찾고 있었습니다. 살아있는 자연이 달성한 것과 동일한 것을 사람이 달성할 수 있습니까? 예를 들어, 그는 새처럼 날거나 물고기처럼 물속에서 헤엄칠 수 있습니까? 처음에는 사람이 그것에 대해 꿈꿀 수 있었지만 곧 발명가는 생물 조직의 기능을 디자인에 적용하기 시작했습니다.

또 다른 주요 그리스 철학자, 유물론자 데모크리토스(기원전 460-370년경)는 다음과 같이 썼습니다.

“동물에게서 우리는 모방을 통해 가장 중요한 것을 배웠습니다. 우리는 거미줄 짜기와 재단사 견습생, 집을 짓는 제비 견습생..."

데모크리토스의 말을 읽은 후 나는 인간이 삶을 개선하기 위해 자연에서 무엇을 취했는지에 대해 생각했습니다.

현대 과학의 특징은 서로 다른 분야에 내재된 아이디어, 이론적 접근 및 방법의 집중적인 상호 침투입니다. 이것은 특히 물리학, 화학, 생물학 및 수학에 해당됩니다. 따라서 물리학 연구 방법은 살아있는 자연 연구에 널리 사용되며이 대상의 독창성은 새롭고보다 진보 된 물리학 연구 방법을 제공합니다.

예를 들어:

• 잠자리가 공중에서 맴돌거나 옆으로 움직이거나 급격히 뒤로 이동할 수 있다는 것은 누구나 알고 있습니다. 그리고 그녀는 모든 기동을 고속으로 수행합니다. 그러나 잠자리의 양력이 현대 항공기의 양력보다 3배 더 크다는 것을 아는 사람은 거의 없습니다. 잠자리의 공기역학적 특징을 사용하여 과학자들은 항공기의 효율성과 안전성을 크게 향상시킬 수 있다고 믿습니다. 잠자리 기능으로 설계된 항공기는 더 세게 회전할 수 있고 불행히도 여전히 충돌을 일으키는 돌풍에 덜 민감할 것입니다.
• 방울뱀은 1000분의 1도에 해당하는 온도 차이를 감지합니까?
• ...어떤 물고기는 1리터의 물에서 1000억분의 1의 냄새 물질을 느낀다고? 아랄해 전체에서 30g의 그러한 물질의 존재를 감지하는 것과 같습니다.
• ...쥐는 방사선을 감지합니까?
• ...어떤 종류의 미생물은 약간의 방사선 변화에도 반응한다?
• ...일반 ​​검은 바퀴벌레는 방사선을 볼 수 있습니까?
• ... 모기에 물렸을 때 최대 10억 kg/cm2의 특정 압력이 발생합니까? 16kg 무게와 4cm2의 밑면과 4kg/cm2의 특정 압력을 가진 비교는 "모기의 힘"이 얼마나 큰지 보여줍니다.
• ...심해 물고기는 전류 밀도의 변화를 암페어의 1000억분의 1 미만으로 감지합니까?
• ... 나일강 물고기 mormirus는 전자기 진동을 사용하여 물을 통해 길을 "느끼게"합니까?

놀라운 목록이 아닙니까? 그리고 그것은 덜 놀라운 예와 함께 계속해서 계속될 수 있습니다. 이 모든 것을 배운 사람이 유혹적인 아이디어를 지나칠 수 있습니까? 자연이 이미 만든 것을 자신의 손으로 만들 수 있습니까?

나의 연구 목표:인간이 인간의 이익을 위한 인공 장치를 만들기 위해 동물과 식물의 "자연적인" 발명품을 어떻게 사용하는지 알아보십시오.

"바이오닉스"란 무엇입니까?

생체 공학의 창시자는 레오나르도 다빈치입니다.

그의 그림과 항공기 계획

새의 날개 구조를 기반으로

레오나르도 다빈치의 그림.

우리 시대에는 Leonardo da Vinci의 그림에 따르면 ornithopter가 반복적으로 모델링되었습니다.

1960년에는 미국의 데이토나(Daytona)에서 생체 공학에 관한 최초의 심포지엄이 열렸고, 이는 미국 엔지니어 잭 스틸(Jack Steele)이 제안한 이름과 새로운 과학의 탄생을 공식화했습니다.

생물학 + 전자공학 = 바이오닉스.

생체공학 (그리스어 "bion"-생명의 요소, 말 그대로-생활), 생물학과 기술의 경계를 이루는 과학, 유기체의 구조와 생명 모델링을 기반으로 공학 문제를 해결합니다.

바이오닉스 모토: « 살아있는 프로토타입은 신기술의 열쇠입니다»

생체공학 교차 메스, 납땜 인두 및 통합 기호와 같은 기호가 있습니다. 생물학자, 기술자, 수학자의 이 연합을 통해 우리는 과학이생체 공학 아직 아무도 꿰뚫지 못한 곳을 꿰뚫고, 아직 아무도 보지 못한 것을 보기 위해.

야생 동물 특허.

식물은 유해한 불순물로부터 공기와 물을 정화하는 "녹색 필터"인 것으로 알려져 있습니다. 그들은 대기에 산소를 보충하고 공기를 가습 및 이온화하며 미생물 수를 줄입니다.

Chlorophytum은 천연 컨디셔너입니다.

가정용 및 산업용 전기 공기 청정기가 만들어졌으며 기능면에서 천연 녹색 필터와 유사합니다.

고래와 돌고래 구조의 유체역학적 특징에 대한 연구는 선박의 수중 부분을 위한 특수 스킨을 만드는 데 도움이 되었으며 동일한 엔진 출력으로 20-25%의 속도 증가를 제공합니다. 이 덮개는라민플로 그리고 돌고래의 피부처럼 젖지 않고 탄성-탄성 구조를 가지고 있어 난류를 제거하고 최소한의 저항으로 슬라이딩을 제공합니다.

나무는 강력한 식물 펌프입니다. 물의 이동에 매우 중요한 것은 뿌리 압력과 증산(잎에 의한 물의 증발), 물 분자와 용기 벽 사이의 접착력입니다.

나무가 뿌리를 통해 영양분과 수분을 공급하듯이 사람들은 땅에서 미네랄을 추출하려고 합니다.

습식 제련 방법은 화재 방법(고로에서)에 비해 간단하고 경제적입니다. 탄산나트륨은 우라늄 광상으로 펌핑됩니다. 그런 다음 뿌리가 있는 식물처럼 우라늄이 포함된 액체 혼합물을 호스를 통해 샤프트에서 빨아들입니다. 침전 후, 우라늄은 다른 방법으로 채굴된 것보다 더 순수한 형태로 얻어진다. 우라늄은 또한 매우 소량 함유되어 있는 구리 광석에서 추출됩니다.

습식 제련은 복잡한 광석 및 광석 정광 처리에 사용됩니다.

건축 바이오닉스.

살아있는 자연은 더 이상 신비한 현상이 아닙니다. 현대 생물학의 주요 일반화 중 하나는 생명의 모든 현상이 물리학 및 화학 법칙을 따르고 분자, 결정 형성 중, 기계적(구조적) 조직 형성 및 지지와 같은 다양한 수준에서 이러한 법칙을 사용하여 설명할 수 있다는 것입니다. 골격, 일반적인 시스템 형태 및 생태학적 연결. 살아있는 자연과 건축은 지구와 우주의 동일한 생물물리학적 조건에서 발전하며 중력, 관성, 열역학의 법칙을 따릅니다. 그들의 형태는 온도 및 습도 요인의 유사한 작용, 일사 체제, 기상 현상의 주기적 특성 등에 의해 결정됩니다. 건축뿐만 아니라 살아있는 유기체의 건설 활동은 건축 자재 생성 및 특정 작업 순서 (기술)와 관련이 있습니다.

발전 과정에서 큰 사회적 현상이 된 건축은 사회적뿐만 아니라 생물학적 인간의 요구를 충족시키는 것을 목표로합니다. 그리고 여기에서 인간의 생물학적 조직에 대한 연구를 통해 건축은 과학 및 기술 혁명의 조건, 공공 에너지 절약 및 인간 노동의 강화에 대한 요구 사항 증가의 중요성이 증가하는 형성에 대한 특별한 충동을받습니다.

지난 30년 동안의 세계 건축 경험은 건축 바이오닉스가 개별 해석과 조합 모두에서 다양한 건축 문제를 해결할 수 있음을 확인시켜줍니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 발전의 근본적인 측면과 관련된 건축의 일반적인 이론적 문제에 대한 설명; 시스템 이론의 개선; 건축 형태와 건축 공간의 기능적 구조를 차별화하는 추가 방향; 심화 구성 기술 - 구조론, 비율, 균형, 대칭, 리듬, 빛, 색상 등; 유리한 미기후를 만드는 문제에 대한 해결책~에 건물 및 기타 건축 구조물; 기존 구조의 합리화 및 새로운 구조적 형태의 도입; 건축 및 구조 요소의 통일, 표준화 및 조립식 기반 생산 산업화 발전; 새롭고 효과적인 복합 구조 및 단열 특성을 가진 건축 자재 생성; 구조물 생산을 위한 기술의 추가 개발 및 건물 발표 생산 조직; 물리적 모델에 대한 실험 설계 방법론 개선 등

따라서 건축 바이오 공학 분야에서 수행 된 연구 결과는 주거 단지, 공공 및 산업 건물 및 구조물, 도시에서 가장 다양한 유형 학적 부문에서 건축의 사회적 및 미적 개선 문제를 해결하는 데 유용하다는 것이 밝혀졌습니다. 계획. 물론 이것이 그녀가~에 이 모든 문제를 끝까지 해결할 수 있습니다. 아니요, 기존 방법을 대체하거나 제외하지 않으며 추가 진행을 돕기 위한 준비만 되어 있습니다. 그러나 일부 영역에서는 혁명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 건축 생체 공학은 실습뿐만 아니라 건축 과학의 추가 발전에 매우 중요합니다.

건축용 생체공학 개발의 역사적 배경

건축 바이오닉스의 이론과 실천의 형성을 위한 역사적 전제 조건이 어떻게 형성되었는지 추적하여 그 정당성과 발전의 불가피성을 확인하고 동시에 발전된 방향의 형성을 조명하는 것은 흥미 롭습니다. 우리 시대에.

역사를 통틀어 건축 및 건설 활동에서 인간은 의식적으로 또는 직관적으로 야생 동물로 향하여 다양한 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.

남미 인디언 오두막과 흰개미 언덕; 새둥지 직공; 아프리카 어도비 집

물론 사람은 모방으로 시작되지 않았습니다. 아마도 우리는 유기적으로 내재 된 노동 건설 활동의 형태에 대해 이야기 할 수 있습니다. 알려진 바와 같이 인간은 가장 고대의 포유류 영장류에서 점차 "호모 사피엔스" 상태로 발전했습니다. 그러나 분명히 동물 조상으로부터 시간이 지남에 따라 사람이 점차적으로 제거되고 인간 가지의 독립적 인 발전, "나 자신"원칙에 따른 활동의 형성이 동물 기원의 유기적 직접성을 부드럽게하고 수준으로 옮겼습니다. 살아있는 자연의 다소 의미있는 모방, 살아있는 유기체의 활동.

연꽃과 파피루스 꽃의 형태와 유추하여 고대 이집트 사원 기둥의 수도 디자인 : 장식적인 측면을 중심으로(1-4) 지각 발달 이전(5-6)

일본 민속 건축. 가문비나무를 닮은 건물의 단면

고딕 대성당 내부의 야생 동물 공간의 비유적 표현: 아미앵 대성당(프랑스)과 숲속 골목(사진: Yu. Lebedev)

건축물의 형태와 주변 자연의 통일성. 모스크바 근처 Zvenigorod 근처 Savvino-Storozhevsky 수도원 (XV-XUM 세기) (Yu. Lebedev의 사진)

모스크바의 라디오 및 텔레비전 타워, 1922. Ing. V.G. 슈호프. 일반 보기 및 내부 보기(사진: L.V. Kuchinsky)

바이오닉스는 이렇게 생각합니다. 공학이나 설계 문제에 직면했을 때, 그들은 동식물에 속하는 무제한 크기의 "과학 기반"에서 솔루션을 찾습니다.

1889년 에펠탑 그림을 그린 귀스타브 에펠(Gustave Eiffel)도 비슷한 일을 했습니다. 이 구조는 공학에서 생체 공학을 사용한 가장 초기의 분명한 예 중 하나로 간주됩니다.

에펠탑의 디자인은 스위스 해부학 교수인 Hermann Von Meyer의 과학적 연구를 기반으로 합니다. 파리 공학의 기적이 일어나기 40년 전, 그 교수는 대퇴골두가 구부러져 비스듬히 관절에 들어가는 지점에서 대퇴골두의 뼈 구조를 연구했습니다. 그리고 동시에 어떤 이유로 뼈는 몸의 무게로 인해 부러지지 않습니다.

Von Meyer는 뼈의 머리가 미니어처 뼈의 복잡한 네트워크로 덮여 있다는 것을 발견했습니다. 덕분에 뼈 위로 놀라운 방식으로 하중이 재분배됩니다. 이 네트워크는 교수가 문서화한 엄격한 기하학적 구조를 가지고 있습니다.

1866년 스위스 엔지니어 Carl Cullman은 von Meyer의 발견을 위한 이론적인 기초를 제공했으며 20년 후 에펠은 곡선 캘리퍼스를 사용한 자연 하중 분포를 사용했습니다.

건축 및 건설 바이오닉스의 생생한 예는 곡물 줄기와 현대식 고층 건물의 구조에 대한 완전한 비유입니다. 곡물 식물의 줄기는 무거운 하중을 견딜 수 있으며 동시에 꽃차례의 무게로 인해 부서지지 않습니다. 바람이 지면으로 휘어지면 빠르게 수직 위치를 복원합니다. 비밀은 무엇입니까? 그들의 구조는 최신 엔지니어링 성과 중 하나 인 현대식 고층 공장 파이프의 디자인과 유사하다는 것이 밝혀졌습니다. 두 디자인 모두 속이 비어 있습니다. 식물 줄기의 Sclerenchyma 가닥은 세로 보강 역할을합니다. 줄기의 절점은 강화 고리입니다. 줄기의 벽을 따라 타원형의 수직 공극이 있습니다. 파이프 벽에는 동일한 설계 솔루션이 있습니다. 곡류 줄기에서 파이프 바깥쪽에 위치한 나선형 전기자의 역할은 얇은 피부에 의해 수행됩니다. 그러나 엔지니어들은 자연을 "보지 않고" 스스로 건설적인 솔루션에 도달했습니다. 구조의 정체는 나중에 밝혀졌다.

이러한 생물형성법칙을 사용하는 과정은 객관적이고 주관적인 요인에 따라 그 성격과 경계를 변화시켰다.

현대 단계 이전에 이 과정의 본질 변화에 해당하는 세 가지 연대기 단계를 골라낼 수 있습니다.

첫 번째 단계-역사의 깊이로 거슬러 올라가는 가장 오래된 단계는 야생 동물의 건설적이고 기능적인 공간적 수단의 자발적인 사용 단계와 동물, 새 및 곤충의 "건설"활동 결과로 간주 될 수 있습니다. 대피소, 오두막, 고인돌 또는 "공공 건물"(menhirs, cromlechs 등이 있을 수 있음) 만들기 자연에서 차용한 형태들이 미학적으로 어느 정도 이해되었다고 말하기는 어렵다. 의심할 여지 없이 단 한 가지: 그것들은 무엇보다도 기능적이었습니다(그들의 수준과 방식으로). 기능과 함께 자연적인 형태도 인공 구조물에 기계적으로 도입되었으며, 둥지, 오두막 등 고대 인간의 구조물이 많이 있습니다. - 흰개미와 같은 건물에서 동물이나 곤충을 구별하기 어려운 경우가 많습니다.

두 번째 단계 - 예술로서의 건축 형성 초기부터 XIX 세기 중반까지. 이 기간의 긴 시간에도 불구하고 가능한 모든 중간 단계는 자연 모방 원칙이라는 하나의 기반으로 통합됩니다. 이것은 주로 회화 및 장식 목적으로 자연의 형태를 사용하고 자연의 외부 형태를 복사하는 것을 의미했습니다. 룩소르와 카르낙에 있는 이집트 신전의 기둥이 그 예입니다. 그리스 사원 기둥의 코린트식 및 이오니아식 수도; 르네상스 궁전과 고전주의 궁전; 러시아 교회의 비 유적 및 예술적 형성 방법; 기둥의 수도와 고딕 대성당의 숲 모티프를 모방한 전체 구조; 민속 일본 건축 등

이 기간에 대해 말하면 살아있는 자연의 일부 구성적 구조적 원리에 대한 해석을 거부할 수 없습니다. 예를 들어, 높이에 따른 지름의 주기성을 가진 기둥 구조론은 나무 줄기의 구조론을 해석합니다. 기둥의 세로 홈은 마주하는 식물의 세로 홈과 유사하여 추가 강도를 제공합니다. 그리스 사원 주문의 구성 단위에서 한 형태에서 다른 형태로의 전환 논리는 본질적으로 식물 줄기, 나무 줄기, 동물 골격의 수직을 따라 형태를 변경하는 원칙을 반복합니다. 고딕 양식의 사원 덮개의 갈비뼈는 나무의 녹색 잎 등의 신경 (정맥)과 동일한 구성 기능을 수행합니다.

비트루비우스(Vitruvius), 알베르티(Alberti), 팔라디오(Palladio) 등의 진술에서 알 수 있듯이 건축 형태의 자연 구조론이 항상 자발적으로 존재하는 것은 아니지만 디자인 솔루션에 대한 표현된 생각은 대부분 제한된 기술 능력으로 인해 실행되지 못했습니다. . 자연과 유사한 구조적 체계를 만드는 것보다 예술적 목적으로 돌이나 점토로 자연과 유사한 형태를 만드는 것이 더 쉬웠다.

세 번째 단계 - 19세기 말 - 20세기 초, "현대" 건축에서 그 표현을 찾았습니다. 이 단계에서 자연적 원리는 비록 정도는 다르지만 기능적 구조적, 건설적, 장식적 솔루션으로 동시에 나타납니다.

생물학의 급속한 발전과 건축 기술의 전례 없는 성공(예: 철근 콘크리트의 발명과 금속 구조물, 도자기 등의 집약적 사용의 시작)은 이 단계에서 천연 자원의 사용에 큰 영향을 미쳤습니다. .

러시아 근대성에 대한 최근 연구에서 알 수 있듯이 현대 건축에서 건축 형태의 기능적 및 구조적 발전은 건축과 환경의 점점 더 복잡해지는 작업에 대한 적응성의 원칙에서 시작되었습니다. 고전적 시스템과 같이 기존의 엄격한 시스템으로 연결되지 않고 건축 형태에 대한 가장 다양한 해석의 길을 열어준 것은 아르누보였습니다. 여기에서도 자발적이든 비자발적이든 형태의 다양성의 자연적 원리는 "양식"의 통일성으로 구현되었습니다. 자연을 연상시키는 새로운 공간 구조가 그 적용을 찾은 것은 아르누보에서였습니다. 그리고 마지막으로 장식용으로 생체 형태를 사용합니다.

19세기와 20세기 초 생물학의 업적, 야생동물 발달의 복잡하고 체계적인 원리는 도시 계획과 같은 광범위한 활동 분야에도 반영되었습니다. 영국, 독일/러시아 등에서 E. Howard의 '정원도시' 이론을 실천에 옮기려는 시도를 함축하고 있다. 공업도시의 성장은 우리로 하여금 도시지역을 구하는 문제, 그 체계적인 형성, 혼돈을 방지하기 위한 방안의 모색, 교통문제의 해결, 공공센터의 위치 등에 대해 생각하게 했다. 그리고 여기에서도 야생동물에게 어필하려는 시도가 있었습니다. XIX 말 - XX 세기 초. 많은 유사한 제안이 이루어졌습니다. T. Fritsch - 나선형의 연체 동물 껍데기처럼 발전하는 도시, 1896년; Sant Elia, E. Gleden 및 기타 프로젝트.

유명한 스페인 건축가 M.R. 생체 공학의 적극적인 지지자인 Servera와 H. Ploz는 1985년에 "동적 구조"에 대한 연구를 시작했으며 1991년에 "건축 혁신 지원 협회"를 조직했습니다. 건축가, 엔지니어, 디자이너, 생물학자 및 심리학자를 포함하는 그들의 지도 하에 있는 그룹은 "수직 바이오닉 타워 시티" 프로젝트를 개발했습니다. 15년 안에 상하이에 타워 시티가 등장해야 합니다(과학자에 따르면 20년 안에 상하이 인구는 3천만 명에 달할 수 있음). 타워 도시는 10 만 명을 위해 설계되었으며이 프로젝트는 "나무 건설 원칙"을 기반으로합니다.

시티타워는 높이 1128m, 밑단 둘레 133 x 100m, 가장 넓은 부분이 166 x 133m인 편백나무 형태로 300층으로 12층에 들어설 예정이다. 80층의 수직 블록. 쿼터 사이에는 각 레벨 쿼터의 지지 구조 역할을 하는 천정 스크 리드가 있습니다. 숙소 내부 - 수직 정원이 있는 다양한 높이의 집. 세심하게 고려된 이 디자인은 사이프러스의 가지 구조와 전체 크라운과 유사합니다. 타워는 아코디언의 원리에 따라 말뚝 기초 위에 서게 될 것입니다. 아코디언은 깊어지지 않지만 올라갈 때 모든 방향으로 발달합니다. 이는 나무의 뿌리 시스템이 발달하는 방식과 유사합니다. 상층부의 바람 진동이 최소화됩니다. 공기가 타워 구조를 쉽게 통과합니다. 타워를 마주하기 위해 피부의 다공성 표면을 모방하는 특수 플라스틱 재료가 사용됩니다. 건설이 성공하면 그러한 건설 도시를 몇 개 더 건설할 계획입니다.

뉴로바이오닉스.

뉴로바이오닉스의 주요 분야는 인간과 동물의 신경계에 대한 연구와 신경 세포-뉴런 및 신경망의 모델링입니다. 이를 통해 전자 및 컴퓨터 기술을 개선하고 개발할 수 있습니다.

살아있는 유기체의 신경계는 인간이 발명한 가장 현대적인 유사체에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

1) 외부 정보의 형식(예: 손글씨, 글꼴, 텍스트 색상, 그림, 음색 및 기타 음성 특징 등)에 관계없이 외부 정보에 대한 매우 완벽하고 유연한 인식.

2) 높은 신뢰성, 기술 시스템의 신뢰성을 훨씬 능가함

3) 신경계의 미니어처 요소: 요소의 수 10 10 - 10 11 인간 두뇌 볼륨 1.5디엠 3 . 동일한 수의 요소를 가진 트랜지스터 장치는 수백 또는 수천 개의 부피를 차지합니다. m 3.

4) 작업의 효율성 : 인간의 두뇌가 소비하는 에너지가 수십을 넘지 않음화요일

5 ) 신경계의 높은 수준의 자기 조직화, 새로운 상황에 대한 빠른 적응, 활동 프로그램의 변화.

인간과 동물의 신경계를 모델링하려는 시도는 뉴런과 그 네트워크의 유사체 구성으로 시작되었습니다. 다양한 유형의 인공 뉴런이 개발되었습니다. 자가 조직화할 수 있는 인공 "신경 네트워크"가 만들어졌습니다. 즉 균형이 무너지면 안정적인 상태로 돌아갑니다. 에 대해 공부하다메모리 및 신경계의 기타 속성 - 복잡한 생산 및 관리 프로세스를 자동화하기 위해 "생각하는" 기계를 만드는 주요 방법. 신경계의 신뢰성을 보장하는 메커니즘에 대한 연구는 기술적으로 매우 중요하기 때문입니다. 이 주요 기술 문제의 솔루션은 여러 기술 시스템(예: 10 5 전자 요소).

분석기 시스템 연구. 모든 사람분석기 동물과 인간은 다양한 자극(빛, 소리 등)을 인지하며 수용체(또는 감각기관), 경로, 뇌중추로 구성된다. 이들은 매우 복잡하고 민감한 구조물로, 기술 장치 중에서 유례가 없습니다. 단일 양자의 빛에 반응하는 눈, 0.001 ° C의 온도 변화를 구별하는 방울뱀의 온도 민감 기관 또는 마이크로볼트의 분수에서 잠재력을 감지하는 물고기는 움직임의 기술적 진보와 과학 연구를 크게 가속화할 수 있습니다.

가장 중요한 분석기(시각적)를 통해 대부분의 정보가 인간의 뇌에 들어갑니다. 엔지니어링 관점에서 시각 분석기의 다음 기능이 중요합니다. 단일 양자에서 강렬한 광속까지 광범위한 감도; 중앙에서 주변부로의 시야의 선명도 변화; 움직이는 물체의 지속적인 추적; 정적 이미지에 대한 적응(고정된 물체를 보기 위해 눈은 1-150의 빈도로 작은 진동 운동을 합니다. Hz) . 기술적 목적을 위해 인공 망막의 개발이 흥미롭습니다. (망막은 매우 복잡한 구조입니다. 예를 들어 인간의 눈에는 10개의 8 10을 통해 뇌와 통신하는 광수용체 6 신경절 세포.) 인공 망막의 변종 중 하나(개구리 눈의 망막과 유사)는 3개의 층으로 구성됩니다. 이미지의 대비를 결정합니다. 세 번째 레이어에는 5가지 유형의 650개의 "세포"가 있습니다. 이러한 연구를 통해 자동 인식을 위한 추적 장치를 만들 수 있습니다. 한 눈으로 볼 때의 공간 깊이 감각(단안 시력)에 대한 연구는 항공 사진 분석을 위한 공간 깊이의 결정 요인을 만드는 것을 가능하게 했습니다.

인간과 동물의 청각 분석기를 모방하는 작업이 진행 중입니다. 이 분석기는 또한 매우 민감합니다. 청각이 예민한 사람들은 외이도의 압력이 약 10도 변동할 때 소리를 인지합니다.미크론/m2(0.0001다인/cm2). 귀에서 뇌의 청각 영역으로 정보가 전달되는 메커니즘을 연구하는 것도 기술적으로 흥미롭습니다. 그들은 "인공 코"를 만들기 위해 동물의 후각 기관을 연구합니다 - 공기나 물에서 낮은 농도의 악취 물질을 분석하는 전자 장치[일부 물고기는 몇 가지 물질의 농도를 느낍니다. mg/m3(mcg/l )]. 많은 유기체에는 인간에게 없는 그러한 분석 시스템이 있습니다. 예를 들어, 더듬이의 12번째 부분에 있는 메뚜기에는 적외선을 감지하는 결절이 있고, 상어와 광선에는 머리와 몸 앞쪽에 0.1°C의 온도 변화를 감지하는 채널이 있습니다. 달팽이와 개미는 방사능에 민감합니다. 물고기는 분명히 공기의 대전으로 인해 표류 조류를 감지합니다 (이는 뇌우 전에 물고기가 깊은 곳으로 출발하여 입증됨). 모기는 인공 자기장 내에서 닫힌 경로로 움직입니다. 일부 동물은 적외선 및 초음파 진동을 잘 느낍니다. 일부 해파리는 폭풍 전에 발생하는 초저주파 진동에 반응합니다. 박쥐는 45-90 범위의 초음파 진동을 방출합니다. kHz 그러나 그들이 먹고 사는 나방은 이러한 파도에 민감한 기관입니다. 올빼미는 또한 박쥐를 감지하는 "초음파 수신기"를 가지고 있습니다.

이 장치는 동물의 감각 기관의 기술적 유사체일 뿐만 아니라 생물학적으로 민감한 요소가 있는 기술 시스템일 가능성이 높습니다(예: 꿀벌의 눈-자외선 감지 및 바퀴벌레의 눈-적외선 감지) 광선).

기술 설계에서 매우 중요한 것은 소위입니다.퍼셉트론 - 식별 및 분류의 논리적 기능을 수행하는 "자가 학습" 시스템. 그들은 수신된 정보의 처리가 일어나는 뇌 센터에 해당합니다. 대부분의 연구는 시각, 음향 또는 기타 이미지의 인식, 즉 물체에 고유하게 대응하는 신호 또는 코드의 형성에 전념합니다. 이미지의 주요 값을 유지하면서 이미지의 변화(예: 밝기, 색상 등)에 관계없이 인식을 수행해야 합니다. 이러한 자기 조직화 인지 장치는 사전 프로그래밍 없이 인간 조작자가 수행하는 점진적인 훈련으로 작동합니다. 그것은 이미지를 제시하고, 오류를 알리고, 올바른 응답을 강화합니다. 퍼셉트론의 입력 장치는 인식하는 수용체 필드입니다. 시각적 개체를 인식할 때 이것은 광전지 세트입니다.

"학습" 기간이 지나면 퍼셉트론은 독립적인 결정을 내릴 수 있습니다. 퍼셉트론을 기반으로 텍스트, 그림을 읽고 인식하고, 오실로그램, 방사선 사진 등을 분석하기 위한 장치가 만들어집니다.

조류, 물고기 및 기타 동물의 탐지, 탐색 및 방향 시스템에 대한 연구도 생체 공학의 중요한 작업 중 하나입니다. 동물이 탐색하고, 먹이를 찾고, 수천 마리의 이동을 하는 데 도움이 되는 소형의 정확한 인식 및 분석 시스템 km, 항공, 해양 업무 등에 사용되는 도구를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 초음파 측정은 박쥐와 여러 해양 동물(물고기, 돌고래)에서 발견되었습니다. 바다거북은 바다 속으로 수천 피트를 수영하는 것으로 알려져 있습니다. km 그리고 항상 해안의 같은 장소에 알을 낳기 위해 돌아갑니다. 그들은 두 가지 시스템을 가지고 있다고 믿어집니다. 별에 의한 장거리 방향과 냄새에 의한 단거리 방향 (연안 해역의 화학). 나비 수컷 작은 야행성 공작의 눈은 최대 10의 거리에서 암컷을 찾습니다. km. 꿀벌과 말벌은 햇빛을 잘 받습니다. 이처럼 다양하고 많은 탐지 시스템에 대한 연구는 많은 기술을 제공합니다.

따라서 내비게이션 시스템 개발자인 미국 회사인 Orbital Research는 지상의 자동차와 공중의 항공기 간의 충돌을 피할 직관적인 센서 시스템에 대한 작업을 시작했습니다.

이러한 시스템을 설계하기 위해 과학자들은 바퀴벌레를 잡으려는 순간 바퀴벌레의 행동에 자극을 받았습니다. 바퀴벌레의 신경계는 주변에서 일어나는 가장 작은 변화까지 모든 것을 지속적으로 모니터링하며, 위험이 발생하면 빠르고 명확하게 그리고 가장 중요하게는 정확하게 반응합니다. "바퀴벌레 두뇌"가 있는 무선 조종 자동차의 작동 모델이 이미 만들어졌습니다.

호주 국립 대학의 과학자들은 잠자리의 비행을 자세히 연구했습니다. 그들은 "매우 작은 두뇌에도 불구하고 이 곤충들은 안정성과 충돌 회피가 필요한 빠르고 정확한 공중 기동을 수행할 수 있다"고 결론지었습니다. 그들은 태양계 행성의 대기를 연구하기 위해 "이미지와 유사성"으로 설계된 새로운 항공기를 사용하기를 원합니다.

그리고 여기 자연이 "던지는" 다른 독특한 아이디어가 있습니다. 결과적으로 웹은 강철보다 5배 더 강하고 나일론보다 30% 더 탄력적입니다. 거미에서 "빌린"신소재에서 과학자들은 안전 벨트, 무중력 와이어, 방탄 직물, 의료용 실, 자동차 타이어 및 인공 인대를 만들 것을 제안합니다. 왜냐하면 웹 단백질은 주로 신체에서 거부되지 않기 때문입니다. 단백질 기반이며 독특한 특성을 가지고 있습니다. : 매우 강하고 가벼우 며 오랜 시간 동안 환경의 영향을 받아 무너지지 않으며 미생물 및 곰팡이에 의한 손상을 거의받지 않습니다. 하지만 천연그물을 적당량 확보하는 것은 다소 문제가 있어 캐나다 생명공학기업 넥시아(Nexia) 유전학자들이 거미줄 합성을 담당하는 유전자를 나이지리아 염소에 이식했다. 그리고 그들은 거미줄과 같은 단백질을 함유한 우유를 주기 시작했습니다. 실을 얻기 위해 우유에서 원료를 추출하고 튼튼한 실크를 짠다.

차례로 Lucent Technologies의 연구 센터인 Bell Laboratories의 과학자들은 부서지기 쉬운 별(뱀꼬리 모양)에 속하는 불가사리의 골격을 형성하는 방해석 결정이 독특한 기능을 가지고 있음을 발견했습니다. 겹눈에 대한 광학 수용체의 기능. 과학자들에 따르면 이 새로운 생체 ​​재료에 대한 연구는 통신 네트워크용 광학 요소 설계 개선에 기여할 수 있습니다. 벨라 랩스의 페데리코 카파소(Federico Capasso) 부사장은 "우리 눈 앞에 있는 것은 자연에서 배울 수 있는 좋은 예"라며 "이 작은 방해석 결정은 오늘날 우리가 생산할 수 있는 것보다 훨씬 더 나은 거의 완벽한 마이크로렌즈"라고 말했다.

다음은 다른 무척추동물에서 볼 수 있는 예입니다. 미국 에너지부의 실험실 중 하나에서 그들은 이매패류 연체동물이 선박 바닥에 단단히 달라붙기 위해 생성하는 혼합물을 연구합니다. 이 연구를 바탕으로 중요한 컴퓨터 부품을 조립하는 산화된 금속판을 접착하거나 수술 후 인체의 외과용 봉합사를 대체하는 데 도움이 되는 새로운 접착제가 만들어지고 있습니다. 그러나 1g의 단백질 접착제를 생산하려면 10,000개의 조개류가 필요합니다. 이와 관련하여 과학자들은 연구의 다음 단계인 원하는 연체 동물 유전자를 식물에 이식하는 것을 고려하고 있습니다.

맨체스터에 있는 나노기술의 중심에서 과학자들은 거의 모든 표면에서 이동할 수 있는 원시적으로 조직된 도마뱀붙이 그룹이 설정한 "문제"에 대해 연구하고 있었습니다. 연구 결과에 따르면 도마뱀붙이의 발에는 약 200nm 크기의 케라틴 털이 여러 개 있습니다. 모세관 힘은 도마뱀붙이가 젖은 표면에서 기어가는 데 도움이 되는 반면 반 데르 발스 힘은 마른 표면에서 크롤링하는 데 도움이 됩니다. 각 머리카락은 10의 힘으로 표면에 바인딩됩니다.-7 N. 도마뱀붙이 다리의 고밀도 모발로 인해 연결 강도가 크게 증가합니다.

맨체스터 팀은 동일한 배열의 나노섬유를 구성하여 연구를 계속하기로 결정했습니다. 예를 들어 전자빔 리소그래피와 같은 그리 비싸지 않은 기술의 도움으로 "도마뱀붙이 다리"의 대량 생산이 가능합니다. 고래와 돌고래와 같은 다른 척추동물에 주의를 기울이면 콜라겐 섬유의 복잡한 네트워크로 구성된 매우 탄력 있는 고무와 같은 조직에 "포장"되어 있음을 알 수 있습니다. 이 발견으로 합성 대응물의 생산을 시작할 수 있습니다. 이 멋진 재료를 해상 선박과 잠수함에 넣으면 유선형이 증가하고 연료 소비가 감소하며 안정성이 증가합니다.

그러나 2004 년 올림픽을 위해 미국 회사 Speedo의 새로운 "상어"수트 Fastskin FSII가 특별히 제작되었습니다. 표면에는 수백 개의 작은 이빨이 늘어서 있습니다. 이 "피부"는 상어를 염탐하고 컴퓨터에서 추가로 계산했습니다. 회사가 주장하는 물과의 마찰은 총 저항의 29%에 달하며 이전에 생각했던 것처럼 8-10%가 아니라고 보고합니다.Membrana.ru. 결과적으로 이동에 대한 총 저항이 4% 감소하고 물 속에서 이동 속도가 증가합니다. 프로 스포츠의 경우 이 승리가 중요할 수 있습니다.

군부도 물러서지 않았다. 예를 들어, Howie Chozet 교수는 군비로 코끼리 몸통을 닮은 바퀴 달린 로봇을 개발하고 있고, 미 해군은 랍스터 로봇 제작에 자금을 지원하고 있으며, 국방고등연구소는 기계 곤충 건설에 자금을 지원하고 있습니다.

테크니컬 바이오닉스.

고래와 돌고래 구조의 유체역학적 특징에 대한 연구는 선박의 수중 부분을 위한 특수 스킨을 만드는 데 도움이 되었으며 동일한 엔진 출력으로 20-25%의 속도 증가를 제공합니다. 이 피부는 laminflo라고 불리며 돌고래의 피부처럼 젖지 않고 탄성-탄성 구조를 가지고 있어 난류를 제거하고 최소한의 저항으로 슬라이딩을 제공합니다. 항공의 역사에서도 같은 예를 들 수 있습니다. 오랫동안 고속 비행의 문제는 특정 속도로 발생하는 날개의 갑작스럽고 격렬한 진동인 플러터였습니다. 이러한 진동 때문에 비행기는 몇 초 만에 공중에서 떨어져 나갔습니다. 수많은 사고 후에 디자이너는 탈출구를 찾았습니다. 날개는 끝 부분이 두꺼워지기 시작했습니다. 얼마 후 잠자리 날개 끝에서 비슷한 두꺼워짐이 발견되었습니다. 생물학에서는 이러한 비후를 익상(pterostigmas)이라고 합니다. 새와 곤충의 비행, 점프하는 동물의 움직임, 관절의 구조에 대한 연구를 기반으로 비행의 새로운 원리, 바퀴가 없는 운동, 베어링의 구성 등을 개발하고 있습니다.

Xerox Research Center(Palo Alto)에서 만든 새로운 인쇄 회로에는 움직이는 부품이 없습니다(각각 4개의 노즐로 구성된 144세트).

AirJet 장치에서 개발자는 각 흰개미가 독립적인 결정을 내리는 동시에 흰개미 떼가 둥지를 짓는 것과 같은 공통 목표를 향해 이동하는 흰개미 떼의 행동을 복사했습니다.

Palo Alto에서 설계된 인쇄 회로에는 CPU 명령 없이 각각 독립적으로 작동하는 많은 공기 노즐이 장착되어 있지만 동시에 용지를 발전시키는 전반적인 작업에 기여합니다. 장치에 움직이는 부품이 없어 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 각 인쇄 회로에는 32,000개의 광학 센서와 마이크로컨트롤러뿐만 아니라 서로 다른 방향으로 향하는 4개의 노즐로 구성된 144세트가 포함되어 있습니다.

그러나 가장 헌신적인 생체 공학 지지자는 로봇 건설에 종사하는 엔지니어입니다. 오늘날 개발자들 사이에서는 미래에 로봇이 가능한 한 사람과 유사해야만 효과적으로 작동할 수 있을 것이라는 관점이 매우 인기가 있습니다. 과학자와 엔지니어는 계단, 문 및 특정 크기의 기타 장애물이 있는 "인간" 내부와 같은 도시 및 가정 조건에서 기능해야 한다는 사실에서 출발합니다. 따라서 최소한 크기와 운동 원리 측면에서 사람과 일치해야합니다. 즉, 로봇은 다리가 있어야 합니다(바퀴, 애벌레 등은 도시에 적합하지 않음). 그러나 동물이 아닌 경우 누구에게서 다리 디자인을 복사합니까?

스탠포드 대학의 과학자들은 직립 이족 보행 로봇을 만드는 방향으로 가장 멀리 발전했습니다. 그들은 바퀴벌레의 운동 시스템에 대한 연구를 바탕으로 제작된 다리가 6개인 소형 로봇인 6각류로 거의 3년 동안 실험을 해왔습니다.

스탠포드 대학의 약 17cm 길이의 6족 로봇(육각형 로봇)이 이미 55cm/초의 속도로 달리고 있습니다.

첫 번째 헥사포드는 2000년 1월 25일에 설계되었습니다. 이제 설계는 초당 55cm(자체 길이 3개 이상)의 속도로 매우 빠르게 실행되고 장애물도 성공적으로 극복합니다.

결론.

자연은 엔지니어와 과학자가 기술과 아이디어를 빌릴 수 있는 끝없는 기회를 열어줍니다. 이전에는 사람들이 문자 그대로 코 앞에 있는 것을 볼 수 없었지만 현대 기술 도구와 컴퓨터 모델링은 세상이 어떻게 작동하는지 최소한 이해하고 필요에 따라 세부 사항을 복사하는 데 도움이 됩니다.

과거에는 인간과 자연의 관계가 소비주의적이었습니다. 기술은 천연 자원을 착취하고 파괴했습니다. 그러나 점차 사람들은 자연을 더 신중하게 다루기 시작했으며 기술에서 현명하게 사용하기 위해 자연의 방법을 자세히 살펴 보았습니다. 이러한 방법은 친환경 산업 제품 개발의 모델이 될 수 있습니다.

표준으로서의 자연 - 이것이 바이오닉스입니다.

서지.

1. 학교에서 생체공학. Ts.N. Feodosievich, G.I. 이바노비치, 키예프, 1990.

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인터넷 리소스

http://www.studik.ru

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http://www.bestreferat.rureferat-42944.html

http://referat.ru/pub/item/9920

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바이오닉스는 실제 인간 활동에서 얻은 지식을 사용하기 위해 야생 동물을 연구하는 과학입니다. 생체 공학의 문제: 이를 기반으로 새로운 유형의 컴퓨터, 탐지기, 항공기, 수영 기구, 등.; 근육과 같은 경제적인 엔진을 만들기 위한 생체 에너지 연구; 화학의 해당 분야를 개발할 목적으로 물질의 생합성 과정에 대한 연구. Bionics는 기술(전자, 통신, 해양 문제 등) 및 자연 과학(, 의학) 분야 및 사이버네틱스(참조)와 밀접하게 연결되어 있습니다.

Bionics(영어 바이오닉스, bion - 살아있는 존재, 유기체; 그리스어 Bioo - I live)는 실제 인간 활동에서 얻은 지식을 사용하기 위해 야생 동물을 연구하는 과학입니다.

바이오닉스라는 용어는 1960년 미국 데이토나에서 열린 심포지엄에서 다양한 분야의 전문가들이 "살아 있는 프로토타입이 신기술의 핵심"이라는 슬로건을 내걸면서 처음 등장했습니다. 바이오닉스는 생물학을 수학, 물리학, 화학 및 기술과 연결하는 일종의 다리였습니다. 생체 공학의 가장 중요한 목표 중 하나는 기술에서 접하는 물리화학적 및 정보 프로세스와 살아있는 자연의 해당 프로세스 간의 유추를 설정하는 것입니다. 생체 공학 전문가는 수백만 년의 진화를 통해 살아있는 자연이 개발한 다양한 "기술적 아이디어"에 매료됩니다. 생체 공학 작업 중 특별한 위치는 생물학 지식의 사용을 기반으로 한 제어 및 통신 시스템의 개발 및 설계입니다. 이것은 좁은 의미의 바이오닉스입니다. 생체 공학은 사이버네틱스, 무선 전자, 항공, 생물학, 의학, 화학, 재료 과학, 건설 및 건축 등에 매우 중요합니다. 생체 공학의 작업에는 생물학적 채굴 방법 개발, 복합 물질 생산 기술도 포함됩니다. 유기 화학, 건축 자재 및 야생 동물을 사용하는 코팅. Bionics는 생물학적 개체, 프로세스 및 현상을 적절하게 사용하기 위한 기술적 조건을 찾고 살아있는 자연을 합리적으로 복사하는 기술을 가르칩니다.

여기에서 가능한 방법 중 하나는 기능적(수학적 또는 소프트웨어적) 모델링이며, 이는 프로세스의 블록 다이어그램, 객체의 기능, 이러한 기능의 수치적 특성, 목적 및 시간 경과에 따른 변화를 연구하는 것으로 구성됩니다. 이 접근 방식을 사용하면 수학적 수단으로 관심 프로세스를 연구하고 원칙적으로 모델의 효율성이 확립되고 그러한 구성의 경제적, 에너지 및 기타 가능성을 확인하는 것이 남아 있을 때 모델의 기술적 구현을 ​​수행할 수 있습니다. 사용 가능한 기술적 수단을 사용하는 모델. 생물 공학 분야의 전문가가 살아있는 유기체에서 발생하는 물질의 변형 (분해 및 합성 포함) 원리를 연구하기 위해 생화학 및 생물 물리학 적 과정을 연구하는 물리 화학적 모델링이라는 또 다른 방법이 있습니다. 이 경로는 무엇보다도 화학 및 기술 문제에 인접하고 에너지 및 고분자 화학 개발의 새로운 기회를 열어줍니다. 바이오닉스가 개발한 세 번째 접근 방식은 기술 시스템에서 살아있는 시스템과 생물학적 메커니즘을 직접 사용하는 것입니다. 이 접근 방식을 일반적으로 역 모델링 방법이라고 합니다. 이 경우 생체 공학 전문가는 순전히 엔지니어링 문제를 해결하기 위해 살아있는 시스템을 적용할 수 있는 가능성과 조건, 즉 생물학적 개체에 대한 기술적 장치나 프로세스를 시뮬레이션하려고 하기 때문입니다. 실천의 요구에 부응하여 등장한 바이오닉스는 모든 기술 분야에 생물학적 지식을 적용하는 연구의 시발점이 되었습니다. 그 주요 결과는 생물학의 더 큰 기술적 발전을 위한 최초의 방법을 확립한 것입니다.