Бионика Печать

Вернуться к оглавлению

Бионика это наука, занимающаяся использованием биологических процессов и методов для решения инженерных задач. Бионику можно определить также как учение о методах создания технических систем, характеристики которых приближаются к характеристикам живых организмов.bionics

Название бионики происходит от древнегреческого слова «бион» - «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Другими словами, бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы. Бионика интересуется всем, что может быть названо «техникой природы».

Каждый понимает, что построить одноэтажный дом проще, чем громадный небоскреб в сто этажей. Не вызывает сомнения и то, что один кирпич в здании устойчивее, крепче, чем все гигантское здание, собранное из множества кирпичей.

А в живой природе? Сам организм в целом выше каждого своего «кирпичика» в отдельности. Вот почему живое способно к выживанию. Чем это объяснить? Ученые пока до конца не знают. Но с разных сторон все чаще и все чувствительнее атакует бионика этот издавна неприступный бастион - единицу живого.

При этом даже стремятся не к слепому подражанию, не к заимствованию всех характеристик биологических объектов, а к критическому, строгому отбору только полезных для техники свойств. Бионика, отталкиваясь от биологического прототипа, разрабатывает такие модели, которые имеют конкретное практическое применение.

Моделировать интересно и нужно, говорят специалисты, лишь те функции, которые повышают гибкость, надежность, экономичность системы или процесса.

Самой сложной биологической системой, выполняющей разнообразные и, казалось бы, непохожие функции по управлению и переработке сигналов, издавна признана нервная система. На протяжении развития биологической науки нервную систему изучали и изучают буквально «со всех сторон». В результате выяснили, что многие ее особенности связаны со структурными особенностями нервных клеток - нейронов.

    
Нейрон живого организма обычно находится в двух состояниях: либо в спокойном (торможение), либо в возбужденном (возбуждение). Специалисты говорят, что в упрощенном представлении эти функции нейрона можно сравнить с радиоэлектронным двухпозиционным элементом, работающим по схеме «включено - выключено», которая определяется изменением длительности и порогом возбуждения.

По нервным клеткам передаются все сигналы, получаемые организмом. Можно сказать, что нервы - это сложнейшие и чуткие линии связи между организмом в целом, его внутренней и внешней средой.

Живой нейрон, представляют собой пороговые элементы: они включаются и срабатывают тогда, когда получают из внешней среды сигнал, превосходящий их порог - уровень. При этом происходит и временное, и пространственное суммирование - накопление сигналов. В нейроне число сигналов, которые он принимает, может быть очень разным. Оно изменяется от нескольких единичных сигналов до нескольких тысяч.

Какие же практические результаты дала бионика? Чем помогла технике? Специалистов этой области науки поражают, например, необыкновенные способности птиц к навигации. Всем известно, что почтовые голуби, где бы они ни были, обязательно вернутся в свой «родной дом». Доказано, что вроде бы ничем не примечательная птаха золотистая ржанка без посадки может пересечь Атлантический океан от Новой Шотландии до Южной Америки (около 4 тысяч километров). И из года в год летают стаи золотистых ржанок, летают по одним и тем же воздушным трассам.

Как ориентируются они в пространстве? Как находят свои невидимые дороги в небе? Что за «навигационные приборы», точные и высокочувствительные, «работают» внутри у этих рекордсменов навигации?

Мы вправе надеяться, что вопрос не останется без ответа. Залогом этой уверенности служат интересные эксперименты с птицами, которые ведут ученые. Например, уже установлено, что почтовые голуби обладают особенно острым зрением и способны выделять детали местности, при случае играющие роль ориентиров. Безупречная память воздушных почтальонов накапливает информацию, как компьютер.

А вот удивительная способность летучих мышей безошибочно ориентироваться в самых темных уголках пещер, проноситься сквозь кроны деревьев безлунной ночью уже не секрет для биоников. Они знают, что беспорядочное на первый взгляд ныряние, кручение и другие неожиданные выверты и трюки летучих мышей в погоне за добычей - не что иное, как чрезвычайно точный метод, названный эхолокацией. Это она помогает животным не приблизительно, а строго определенно узнавать расстояние до своей жертвы. Летучие мыши во время охоты необычайно болтливы: они «выстреливают» в насекомых заряды ультразвуков и тут же принимают их отраженными от насекомых.

Не удивляйтесь, что бионики в течение многих лет изучали, какую скорость развивают некоторые степные животные, птицы, насекомые, рыбы. Ведь известно: человек давно перекрыл скоростные рекорды и голубой акулы, делающей до 70 км/час, и самых быстроногих кузнечиков, которые могут скакать со скоростью в пределах от 10 до 60 км/час!

Японские инженеры и биологи установили в результате многочисленных экспериментов, что форма тела кита совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское китоподобное судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъемность остались теми же.

Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности и «Пингвин» механический.

Пластика живых форм безупречна. При минимуме затрат в ней достигается максимальный эффект. Этот принцип, присущий живой природе, позволяет архитекторам создавать совершенно новые строения. Например, складчатые структуры по аналогии с листьями некоторых растений, многоэтажные здания, которым не страшны ни сильные ветры, ни грозные землетрясения, ибо их остовы подобны бамбуковым стеблям.

Давно известно, что химический состав растений может указать на присутствие полезных ископаемых. Пчелиный мед для геологов - своеобразный вид информации, «сладкая топографическая карта». Ведь по составу меда можно судить о залежах руд в районе сбора пчелами нектара. В морях и океанах животные, водоросли, бактерии, микробы накапливают в своих организмах химические элементы. Нельзя ли это «морское население» заставить добывать ценные вещества для человека?

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире техники. И самые неожиданные сюрпризы ждут нас в разработке различных приборов обнаружения, методах добычи полезных ископаемых и производства веществ. А в технике - и этого ожидают - появятся такие системы управления, куда будут «встроены» новые биологические машины.


Вернуться к оглавлению