Характеристика основных методов, использованных в бионике

Бионика

Бионика (от греч. Bion — «элемент жизни», «живущий») — это новое направление, основанное на использовании знаний из области биологии в технике для решения инженерных задач и создания более совершенных технических устройств, принципиально новых машин и аппаратов. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. бионика инженерный анализаторный навигация Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Методы в бионике:

1). Нейробионика Нейробионика — одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании способов преобразования информации в биологических системах. изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики. Широкие возможности в моделировании нервных процессов проявляются в моделировании нервных сетей, что привело к построению ряда специальных бионических устройств, позволяющих успешно решать множество задач, связанных с передачей и обработкой информации. Примером таких устройств являются перцептроны — обучающиеся самоорганизующиеся системы, выполняющие логические функции опознавания и классификации образов.

Перцептрон — математическая или компьютерная модель восприятия информации мозгом, предложенная в 1957 году и реализованная в виде электронной машины «Марк-1"[nb 2] в 1960 году. Перцептрон стал одной из первых моделей нейросетей, а «Марк-1» — первым в мире нейрокомпьютером. Несмотря на свою простоту, перцептрон способен обучаться и решать довольно сложные задачи.

2). Моделирование анализаторных систем Моделирование анализаторных систем — одно из направлений бионики, специализирующееся на моделировании органов восприятия. К примеру, бионическое устройство — «визиолог», давно разработанное американскими учеными, может выполнять некоторые функции человеческого глаза: воспринимать изображение, проводить измерения и перерабатывать информацию.

Бионический глаз — искусственная зрительная система для восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.

3). Ориентация и навигация Ориентация и навигация — одно из направлений бионики, специализирующееся на моделировании органов восприятия, на изучении конструктивных особенностей созданных природой слуховых анализаторов.

Уже давно была разработана электронная модель, воспроизводящая частотные характеристики человеческого уха, и тому подобные устройства.

Ультразвуковой локационный аппарат летучих мышей помогает им хорошо ориентироваться в темноте, искать пищу и летать, не задевая препятствий.

Один из видов тропических летучих мышей при полете над поверхностью воды на высоте 7 — 8 см обнаруживает съедобную для него рыбу, находящуюся под водой. Установлено, что перед захватыванием рыбы летучей мышью наблюдается увеличение частоты ультразвуковых импульсов, посылаемых мышью. Считают, что изучение принципов локации и распознавания сигналов у летучих мышей позволит усовершенствовать методы выделения отраженных радиолокационных и гидроакустических сигналов на фоне шумов и помех, а также разработать более эффективные средства защиты от искусственных помех.

4). Биомеханика Биомеханика — одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании морфологических особенностей живых организмов. Так, на основе анализа способа передвижения пингвина конструктор А. Ф. Николаев создал оригинальную снегоходную машину «Пингвин», развивающую скорость до 30 км в час. Так же бег кенгуру подсказал идею «прыгающей машины». Разработано большое число манипуляторов, в той или иной степени повторяющих элементы конструкции человеческих конечностей. Застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

5). Биоэнергетика Биоэнергетика — одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании биоэнергетики живых организмов. В частности, большое внимание уделяется изучению и моделированию работы мышцы. Основанной на непосредственном превращении химическое энергии в механическую.

6). Биоархитектура Биоархитекрура — одно из направлений бионики, специализирующееся на исследовании органических конструктивных систем. Яркий пример архитектурно-строительной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые.

Эйфелева башня считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии.

Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии. За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости.

Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд.

Бионика, в свою очередь, играет большую роль в жизни человека. Это одна из самых быстроразвивающихся наук нашего времени, мощный ускоритель научно-технической революции. Она обещает неслыханный расцвет производительных сил человечества, новый взлет науки и техники.