Читайте также:
|
|
Бионика – это совершенно новый метод в современной медицине, симбиоз биологического и искусственного материалов, который может превратиться в полноценный орган в человеческом теле.
Основы бионики: история, предмет, принципы, задачи
Большой интерес к бионике обусловлен значительной практической направленностью этой науки, изучающей принципы построения и функционирования биологических систем прежде всего с целью создания новых машин, приборов, механизмов, строительных конструкций и технологических процессов, характеристики которых были бы столь же совершенными и высокоэффективными, как в живых системах. Несомненно, что в век научно-технической революции эти бионические исследования имеют большое значение для решения сложных инженерных проблем.
Каждое из направлений бионики имеет три аспекта — биологический, математический и технический.
Бионика – это самая молодая наука биологического цикла. Слово «бионика» произведено от греческого «бион» — ячейка жизни.
В отличие от других наук она имеет точную дату официального рождения – 13 сентября I960 г., когда в г. Дайтон (США) на симпозиуме по использованию знаний о живых организмах для усовершенствования технических систем было предложено название для вновь созданной биологической науки.
Тогда же был провозглашен лозунг: живые прототипы – ключ к новой технике.
Действительно, в течение всего пути эволюционного развития органического мира, длившегося миллиарды лет, непрерывно вырабатывались приспособления к окружающей среде. Жесткие рамки отбора, воздействовавшего в течение огромного количества поколений на направление развития всех биологических систем, и привели к выработке совершеннейших механизмов и приспособлений.
В современном понимании бионика – научное направление, занимающееся изучением и использованием принципов организации и функционирования организмов и их элементов для совершенствования существующих и создания принципиально новых технических систем.
Как и многие другие науки, бионика зародилась как чисто практическая отрасль знания, и лишь впоследствии оформилось теоретическое направление в бионических исследованиях
Теоретическая бионика занимается изучением особых «инженерных» свойств организмов, причем такое изучение проводится на базе достижений современной техники. Многие особенности животных удалось по-настоящему попять и изучить только после того, как развитие техники привело к созданию сходных инженерных устройств. Так, например, эхолокация у животных была открыта и изучена только после создания сонара, т. е. звукового или ультразвукового локатора. Таким образом, теоретическая бионика позволяет глубже и разностороннее изучить особенности организмов на базе знания аналогичных технических устройств.
Бионику нельзя считать разделом кибернетики. Область бионики несравненно шире, и только часть ее направлений, например моделирование нейронов и нервных сетей, контактирует с кибернетикой.
В исследованиях по бионике можно наметить три этапа, которые выполняются специалистами различного профиля: биологом, математиком, механиком или физиком и инженером.
Поскольку первый этап представляет собой поиск и обнаружение феномена, его тщательное изучение с применением современных экспериментальных методов и наиболее совершенных технических средств, то приоритет принадлежит биологу.
Для обнаружения феномена, представляющего интерес в качестве модели будущей технической системы, применяются исследования в различных отраслях биологии. На первом этапе большое значение имеют экологические исследования в самом широком смысле слова и исследования поведения животных: изучение способов движения, миграций животных и ориентации, функции рецепторов, сигнальной системы связи и других сторон поведения животных в природе.
Эти исследования дают зачастую результаты типа «черного ящика», то есть становится известным только, каким сигналам на входе соответствуют те или иные реакции на выходе системы. Расшифровать внутренний механизм «черного ящика» можно с помощью исследований по физиологии (особенно надо выделить электрофизиологические исследования центральной нервной системы, проводящих нервных путей и рецепторов с применением микроэлектродов (биохимии, функциональной морфологии).
Второй этап – разработка математической или физической модели принципов организации и функционирования изученных процессов и особенностей организации и функционирования биологического прототипа. В зависимости от направления биологических исследований этот этап выполняется математиком, физиком или специалистом по механике. Второй этап исследований нередко включается в состав теоретической бионики.
На третьем этапе работы вступает в действие инженерное проектирование. Для его осуществления, безусловно, требуется точное описание структур и функций организма, химических реакций, физических особенностей организмов или частей тела, выраженных языком математических формул. Вместе с тем, создавая технические модели, инженер далеко не всегда просто копирует природу – часто это нецелесообразно (так как не исключается улучшение ряда характеристик при техническом моделировании), а иногда и невозможно.
Дело в том, что целостность организма значительно ограничивает разнообразие его структур. В организме не может быть никаких органов, вращающихся на оси по типу колеса, турбины, винта и т. д. Агрегатность технических систем, наоборот, позволяет широко использовать вращающиеся детали. Использование таких агрегатных устройств может значительно облегчить проблему бионического моделирования. Вместе с тем подвижные или имеющие движущиеся части технические устройства неизбежно коренным образом отличаются от животных прототипов тем, что в них не используются двигатели типа сокращающихся волокон. Пока не создана искусственная мышца, существует препятствие точному копированию многих биологических моделей. Таким образом, в технической бионике, т. е. на третьем этапе работы, чаще создаются изоморфные (подобные) конструкции, а не точные копии.
Попытки моделировать биологические прототипы предпринимались задолго до официального выделения бионики как самостоятельной науки.
Однако еще на заре своего развития генеральное направление техники пошло по особому пути. Было создано колесо, видимо как усовершенствование катка, роль которого выполняло бревно. Стала использоваться энергия ветра в водном транспорте, мельницах, шест в качестве способа передвижения судна на воде. Все это не имело аналогий в животном мире. Наряду с этим некоторые технические идеи черпались из окружающей природы.
Дата добавления: 2015-01-05; просмотров: 66 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |