Біоніка - біологія

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

Антибіотики від бактерій

Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка

Молекулярний компас для вирівнювання клітин

Від чого листя старіє восени

Демократичність грифа-цесарки

Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

Біоніка

Біоніка (також Біомімікрія, Біоміметика або Біоміметрія) займається перенесенням природних явищ на технологію. Найдавнішим відомим прикладом цього є ідея Леонардо да Вінчі про перенесення польоту птахів на літаючі машини. Найпоширеніший приклад із сучасного повсякденного життя - застібка-липучка, натхненна липучками. Біоніка заснована на припущенні, що жива природа розробляє оптимізовані структури та процеси завдяки еволюційним процесам, з яких людина може вчитися. [1]

Як міждисциплінарна галузь досліджень, біоніка приваблює вчених-природознавців та інженерів, архітекторів, філософів та дизайнерів. Біоніка - це систематичне розпізнавання рішень живої природи; таким чином він відрізняється від безцільного натхнення природою. Ваша мета - це завжди технічний об'єкт або процес, який відрізняється від природи. Це відрізняє біоніку від наук, які використовують і розширюють біологічні процеси, такі як біоінформатика, біофізика та біохімія.

Формування концепції та історія

Англійський термін біоніка Майор ВПС США Джек Е. Стіл вперше виступив у 1960 році на конференції під керівництвом Хайнца фон Фоерстера на авіабазі Райт-Паттерсон в Дейтоні, штат Огайо: "Симпозіум з біоніки: живі прототипи - ключ до нових технологій". J.E. Стіл, невролог на військовій службі, виводить цей термін від грецького стовбура "bios" (життя) та суфікса "-onics", що означає "вивчення" - німецького слова-відмінка Біоніка складається з біології та технології.

В англомовному світі значення слова обмежене біонічний здебільшого на конструкції частин тіла або - загальніше - на поєднанні біології та електроніки (також у зв'язку з ідеєю кіборга). Те, що в німецькомовній зоні називають біонікою, більше відповідає терміну в англійській мові біоміметики або біомімікрія. Оскільки багато авторів усвідомлюють лінгвістичну проблему, два терміни біоніка та біоміметика зараз часто використовуються як синоніми.

Як історичного піонера біоніки, як правило, називають італійського винахідника Леонардо да Вінчі, який у 1505 році проаналізував політ птахів у своєму рукописі «Про пташиний політ» і спробував перенести свої знахідки на літаючі машини. Перший німецький патент у галузі біоніки був виданий Раулю Генріху Франсе в 1920 році для «нового розповсюджувача» на основі моделі капсули з маком. [2] Незабаром після цього швейцарський вчений Джордж де Местраль розробив застібку-липучку на основі моделі лопуха.

Віхою в історії біоніки є лекція Інго Рехенберга, виголошена в 1964 р. Під назвою: «Кібернетичне управління розв’язанням експериментального завдання дослідження». Тут він продемонстрував експеримент Дарвіна-в-вітряному тунелі, в якому шарнірна пластина, складена в зигзагоподібну форму, перетворюється в плоску форму з найменшим опором. [3]

Розробка та розмежування

Біоніка перетворилася на усталену наукову дисципліну лише за останні кілька десятиліть, зокрема завдяки новим та вдосконаленим методам (продуктивність комп’ютера, виробничі процеси, міждисциплінарні міркування). Розробляючи технічні функціональні елементи, інженери не завжди усвідомлювали паралельні події в природі. Структура була розроблена без будь-яких знань про тонку структуру трабекул. Оскільки не було передачі будь-якого виду, такі офіційні або функціональні збіги називаються відповідностями, а не біонікою.

Біоміметика або біоніка як наукова дисципліна, навпаки, спеціально шукає в природі структури, які можуть мати технічне значення як зразки для наслідування. Цю процедуру часто можна описати як чисто аналогічний пошук. Однак це часто допускає лише незначні стрибки в інноваціях, оскільки технічне застосування вже повинно бути впізнаваним.

В якості альтернативи, деякі структурні або організаційні принципи можна описати за допомогою базових біологічних досліджень, які лише тоді визнаються придатними для передачі технології. Наприклад, нові каркасні конструкції (наприклад, для жорсткості конструкцій з подвійною стінкою) розробляються на основі вивчення структури кістки. Знання про не змочуваність і самоочищення певних рослинних поверхонь лише згодом призвели до розвитку таких різноманітних промислових виробів, як фасадна фарба, черепиця та тенти з так званим ефектом лотоса, а аеродинаміка шукала багато стимулів у зоології.

Bionic Learning Network - це дослідницька асоціація компанії Festo з університетами, інститутами та компаніями-розробниками. Метою ініціативи є створення нових типів носіїв технологій за допомогою біоніки.

Біоніку можна розділити на різні підгалузі: Будівельна біоніка порівнює елементи конструкції та їх інтеграції, сенсорна біоніка досліджує системи прийому стимулів, структурна біоніка аналізує біологічні структурні елементи, механізми руху біоніки руху, поверхневий вплив та регулювання потоку, нейробіоніка спостерігає за природним перенесенням інформації та передачею до ІТ-систем, будівельна біоніка розглядає цілі конструкції живих істот або їх вироби, біоніка пристрою реалізує природні конструкції пристроїв, технологічна біоніка забезпечує аналітичні дослідження біологічних процесів, таких як Б. Фотосинтез, кліматична біоміметика шукає системи для пасивної вентиляції, охолодження або нагрівання, антропобіоніка вивчає руху тварин, часто для використання в робототехніці, еволюційна біоніка переносить еволюційні процеси на дослідження (експериментальний розвиток методом спроб і помилок).

Основний підхід

В Аналогічна біоніка відбувається «процес зверху вниз»: ви визначаєте проблему, шукаєте аналогії в природі, аналізуєте ці аналогії і нарешті шукаєте рішення проблеми на основі знань, отриманих від природи. Приклади:

Літак: Отто Лілієнталь та брати Райт спостерігали за польотом (пересуванням) великих птахів і таким чином оптимізували їх прототипи.
Парашут: плід бороди козла
Крильця на кінцях крил літаків: великі вихори на кінчиках крил літака призводять до великого споживання палива, яке можна зменшити приблизно на п’ять-шість відсотків за допомогою крилець. Дослідження крил витаючих/ковзаючих птахів як аналогія літака. Опис ручних крил певних видів птахів (наприклад, канюка, кондора та орла), які замість одного великого вихору спричиняють кілька менших і, таким чином, споживають менше енергії в цілому. Виробництво штучних крил з кількома вихровими линяючими конструкціями (крилець). Авіаконструктори надалі розробляли крила до профілю петлі на кінчику крила (петля з розділеним крилом) (спіроїд). Приклад показує, що в кінці оптимізації її біонічне виведення не завжди повинно бути видимим.
Розробка нових типів профілів для автомобільних шин: Біологічною моделлю є, наприклад, котячі лапи, які розширюються при зміні напрямку і, таким чином, мають більшу площу контакту з землею.
Павукоподібні роботи, ноги яких мають функції автономного управління, і тому перевершують роботи з центральним управлінням.

В Абстракційна біоніка відбувається "процес знизу вгору": проводяться основні біологічні дослідження, вивчаються біомеханіка та функціональна морфологія біологічних систем, розпізнається і описується основний принцип, ведеться абстракція цього принципу (відрив від біологічної моделі та переклад у не- мова), шукає можливі технічні додатки та, нарешті, розробляє такі програми разом з інженерами, технікамі, дизайнерами тощо. Приклади: