Бионика - Биология

Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?

Антибиотици от бактерии

Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин

Молекулярен компас за подравняване на клетките

Какво кара листата да стареят през есента

Демокрацията на лешоядите токачки

Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи

| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство

Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви

Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?

Бионика

The Бионика (също Биомимикрия, Биомиметика или Биомиметрия) се занимава с трансфер на природни явления към технологиите. Най-старият известен пример за това е идеята на Леонардо да Винчи да прехвърли полета на птиците на летящи машини. Най-честият пример от съвременното ежедневие е велкро закопчалката, вдъхновена от велкро. Биониката се основава на предположението, че живата природа развива оптимизирани структури и процеси чрез еволюционни процеси, от които хората могат да се учат. [1]

Като интердисциплинарна област на изследване, биониката привлича естествени учени и инженери, архитекти, философи и дизайнери. Bionics е за системно разпознаване на решения от живата природа; по този начин се отличава от безцелното вдъхновение от природата. Вашата цел винаги е технически обект или процес, който е отделен от природата. Това отличава биониката от науките, които използват и разширяват биологичните процеси, като биоинформатика, биофизика и биохимия.

Формиране на концепция и история

Английският термин бионика Американският военновъздушен майор Джак Е. Стийл беше представен за първи път през 1960 г. на конференция под ръководството на Хайнц фон Фоерстър във военновъздушната база на Райт-Патерсън в Дейтън, Охайо: „Симпозиум по бионика: Живите прототипи - ключът към новите технологии“. J.E. Steele, невролог на военна служба, извежда термина от гръцкия ствол "bios" (живот) и суфикса "-onics", което означава "изследване на" - германската дума-случай Бионика се състои от биология и технологии.

В англоговорящия свят значението на е ограничено бионичен най-вече върху конструкцията на части от тялото или - по-общо - комбинация от биология и електроника (също във връзка с идеята за киборга). Това, което се нарича бионика в немскоговорящото пространство, съответства повече на термина на английски език биомиметика или биомимикрия. Тъй като много автори са наясно с езиковия проблем, двата термина бионика и биомиметика сега често се използват като синоними.

Италианският изобретател Леонардо да Винчи обикновено се цитира като исторически пионер на биониката, който през 1505 г. анализира полета на птиците в своя ръкопис On Bird Flight и се опитва да пренесе своите открития в летящи машини. Първият германски патент в областта на биониката е издаден на Раул Хайнрих Франсе през 1920 г. за „нов разпръсквач“ по модела на капсула с маково семе. [2] Малко след това швейцарският учен Джордж де Местрал разработва велкро закопчалката по модела на репей.

Важен момент в историята на биониката е лекцията на Инго Рехенберг, изнесена през 1964 г. със заглавие: „Контрол на кибернетичното решение на експериментална изследователска задача“. Тук той демонстрира експеримента с тунела на Дарвин-в-вятъра, при който шарнирна плоча, сгъната в зигзагообразна форма, се развива в плоска форма с най-малко съпротивление. [3]

Развитие и демаркация

Биониката се е превърнала в утвърдена научна дисциплина през последните няколко десетилетия, по-специално благодарение на нови и подобрени методи (компютърна производителност, производствени процеси, интердисциплинарни съображения). При разработването на технически функционални елементи инженерите не винаги са били наясно с паралелните развития в природата. Рамката е разработена без познаване на фината структура на трабекулите. Тъй като не е имало никакъв трансфер, такива формални или функционални съвпадения се наричат еквиваленти, а не бионика.

Биомиметиката или биониката като научна дисциплина, от друга страна, специално търси структури в природата, които могат да имат техническо значение като модели за подражание. Тази процедура често може да бъде описана като чисто аналогично търсене. Често обаче позволява само малки иновационни скокове, тъй като техническото приложение вече трябва да бъде разпознаваемо.

Като алтернатива, някои структурни или организационни принципи могат да бъдат описани чрез основни биологични изследвания, които едва тогава са признати за подходящи за трансфер към технологията. Например, нови рамкови конструкции (например за укрепващи конструкции с двойна стена) се разработват въз основа на изследването на костната структура. Познанието за немоквостта и самопочистването на някои зеленчукови повърхности едва по-късно доведе до разработването на толкова разнообразни индустриални продукти като фасадна боя, керемиди и сенници с така наречения ефект на лотос, а аеродинамиката търси много стимули в зоологията.

Bionic Learning Network е изследователска асоциация на компанията Festo с университети, институти и фирми за развитие. Целта на инициативата е да се произвеждат нови видове технологични носители чрез прилагането на бионика.

Биониката може да бъде разделена на различни под-области: Строителната бионика сравнява конструктивните елементи и техните интеграции, сензорната бионика изследва системите за приемане на стимул, структурната бионика анализира биологични структурни елементи, механизмите за движение на биониката, регулиране на повърхността и настройката на потока, невробиониката наблюдава естествения трансфер на информация и предаването към ИТ системи, строителната бионика изследва цялостни конструкции на живи същества или техните продукти, бионика на устройствата изпълнява естествени конструкции на устройства, бионика на процеса осигурява аналитични изследвания на биологични процеси като Б. Фотосинтезът, климатичната биомиметика търси системи за пасивна вентилация, охлаждане или нагряване, антропобиониката изучава движенията на животните, често за използване в роботиката, еволюционната бионика прехвърля еволюционните процеси в изследвания (експериментално разработване на опити и грешки).

Основен подход

В Аналогова бионика протича „процес отгоре надолу“: вие определяте проблема, търсите аналогии в природата, анализирате тези аналогии и накрая търсите решения на проблема със знанията, получени от природата. Примери:

Самолет: Ото Лилиентал и братя Райт наблюдават полета (движението) на големи птици и по този начин оптимизират техните прототипи.
Парашут: плод от козя брада
Крила в краищата на крилата на самолета: големите вихри в върховете на крилата на самолета водят до висок разход на гориво, който може да бъде намален с около пет до шест процента чрез използване на крила. Изследване на крилата на извисяващи се/плъзгащи се птици като самолетна аналогия. Описание на ръчните крила на някои видове птици (например мишелов, кондор и орел), които вместо един голям вихър причиняват няколко по-малки и по този начин консумират по-малко енергия като цяло. Производство на изкуствени крила с няколко вихрови проливни конструкции (крила). Конструкторите на самолети са доразвили крилата до профил на контура на върха на крилото (контур с разделено крило) (спироид). Примерът показва, че в края на оптимизацията нейното бионично извеждане не винаги трябва да бъде видимо.
Разработване на нови видове профили за автомобилни гуми: Биологичният модел е например котешки лапи, които се разширяват при смяна на посоката и по този начин имат по-голяма контактна площ със земята.
Паякообразни роботи, чиито крака имат автономни функции за управление и следователно превъзхождат централизираните роботи.

В Абстракционна бионика се осъществява „процес отдолу-нагоре“: човек провежда основни биологични изследвания, изследва биомеханиката и функционалната морфология на биологичните системи, разпознава и описва основен принцип, води до абстракция на този принцип (откъсване от биологичния модел и превод в не- специфичен за предмета език), търси възможни технически приложения и накрая разработва такива приложения заедно с инженери, техници, дизайнери и др. Примери: