ไบโอนิคเป็นหนึ่งในพื้นที่ของไซเบอร์เนติกส์ หัวข้อ: ไบโอนิคส์ - จากชีววิทยาสู่ทางเทคนิค
ไบโอนิคคืออะไร?
ไบโอนิค... คำนี้ไม่คุ้นเคย แต่สำหรับหลาย ๆ คนคำนี้จะทำให้เกิดการเชื่อมโยงบางอย่าง มันเป็นการรวมกันของคำว่าชีววิทยาและอิเล็กทรอนิกส์หรือไม่?
การคาดเดาดังกล่าวไม่เพียงเกิดขึ้นในหมู่ผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัดเท่านั้น แต่ในตอนแรกยังเกิดขึ้นในหมู่ผู้ที่คุ้นเคยกับหัวข้อและวิธีการของวิทยาศาสตร์นี้ในระดับหนึ่งด้วยซ้ำ การดำรงอยู่ของมันเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงอย่างแท้จริง นอกเหนือจากชีววิทยาและอิเล็กทรอนิกส์ แต่คำว่า "ไบโอนิค" ก็มีต้นกำเนิดที่แตกต่างออกไป มาจากคำภาษากรีกโบราณ "bion" ซึ่งหมายถึงเซลล์แห่งชีวิต
สำหรับไบโอนิคก็เหมือนกับชีววิทยาที่มีความสนใจในธรรมชาติที่มีชีวิต แต่จุดประสงค์ของไบโอนิคนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิง วิทยาศาสตร์ใหม่เชื่อมโยงกับการปฏิบัติกับเทคโนโลยีและการศึกษาอย่างแยกไม่ออก สัตว์ป่าโดยเฉพาะเพื่อที่จะเข้าใจว่ามันสมบูรณ์แบบกว่า ฉลาดกว่า ประหยัดกว่าเทคโนโลยีสมัยใหม่อย่างไร และเมื่อเข้าใจแล้ว เพื่อที่จะมอบความรู้ใหม่ หลักการ และวิธีการใหม่ในการแก้ปัญหาที่ยากที่สุดที่เทคโนโลยีกำลังเผชิญอยู่ในมือของวิศวกร นั่นคือเหตุผลว่าทำไมไบโอนิคจึงเป็นทั้งวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปพร้อมๆ กัน วิศวกรคนหนึ่งให้คำจำกัดความของไบโอนิคไว้ดังนี้ “ไบโอนิคคือศิลปะในการประยุกต์ความรู้เกี่ยวกับระบบชีวภาพและวิธีการในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรม”
หากเรามองไบโอนิคจากมุมมองดังกล่าว เราอาจตัดสินใจว่าไม่มีอะไรใหม่ในนั้น ท้ายที่สุดตั้งแต่วันแรกที่เผ่าพันธุ์มนุษย์เลียนแบบธรรมชาติ เรียนรู้จากมัน พยายามนำทุกสิ่งที่สามารถนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์ได้ ดังนั้นตำนานโบราณกล่าวว่าในช่วงยุคกลางนักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับได้ศึกษาโครงสร้างของดวงตาได้คิดค้นเลนส์โดยที่การมีอยู่ของเลนส์การถ่ายภาพและการถ่ายภาพยนตร์นั้นเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึง หากปราศจากฟิสิกส์สมัยใหม่ก็คงจะไม่เกิดขึ้น อาจกล่าวได้มากมายเกี่ยวกับวิธีที่การศึกษาธรรมชาติที่มีชีวิตช่วยให้มนุษย์ประดิษฐ์คิดค้นมาตั้งแต่สมัยโบราณได้อย่างไร
แต่ไบโอนิคยังเด็กอยู่ มันกำลังปรากฏต่อหน้าต่อตาเรา ต่างจากนักวิจัยธรรมชาติคนก่อนๆ ซึ่งมีการค้นพบเป็นครั้งคราวและนำไปสู่การประดิษฐ์ทางเทคนิคโดยไม่ได้ตั้งใจเท่านั้น นักชีววิทยามักจะตั้งเป้าหมายในการศึกษาธรรมชาติที่มีชีวิตเสมอเพื่อค้นพบหลักการทางเทคนิคใหม่ ๆ และสร้างอุปกรณ์ทางวิศวกรรมใหม่ ๆ บนพื้นฐานของพวกเขา
กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักไบโอนิคศึกษาธรรมชาติที่มีชีวิตไม่ใช่เพื่อตัวมันเอง แต่ได้กำหนดเป้าหมายทางเทคนิคไว้ก่อนหน้านี้แล้ว
ช่วงเวลาของการค้นพบแบบสุ่มเป็นเรื่องของอดีตไปแล้ว ทุกวันนี้ นักชีววิทยาก็เหมือนกับตัวแทนของวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ รู้ว่าพวกเขาต้องการค้นหาอะไร ไบโอนิคก็รู้เรื่องนี้เช่นกัน แต่ต่างจากนักชีววิทยาตรงที่พวกเขามีความสนใจในหลักการทางเทคนิคของการทำงานของระบบชีวภาพเป็นหลัก (เครื่องจักรทางชีวภาพ หากคุณต้องการ) หรืออวัยวะแต่ละส่วน ซึ่งหมายความว่าไบโอนิคมุ่งเน้นไปที่วิธีการทำงานของระบบ วิธีการทำงานของอวัยวะ และไม่เน้นที่ลักษณะทางชีววิทยา หากสิ่งเหล่านั้นไม่สำคัญสำหรับการแก้ปัญหาทางเทคนิค
แน่นอนว่าไบโอนิคไม่ได้เกิดขึ้นจากที่ไหนเลย วิทยาศาสตร์ที่มันเติบโตขึ้นนั้นทุกคนรู้จัก วิชาเหล่านี้ ได้แก่ ชีววิทยา ฟิสิกส์ เคมี คณิตศาสตร์ และแน่นอนว่า อิเล็กทรอนิกส์และไซเบอร์เนติกส์ เหล่านี้เป็นวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์มากมาย การกำเนิดของไบโอนิคเป็นการยืนยันกฎพื้นฐานของการพัฒนา วิทยาศาสตร์สมัยใหม่: ทิศทางที่สำคัญและเกิดผลที่สุดเกิดขึ้นที่จุดตัดของวิทยาศาสตร์ที่ไม่เกี่ยวข้องมากมายจนบัดนี้
ฉันมีหนังสือเกี่ยวกับไบโอนิคหลายเล่มอยู่ตรงหน้าฉัน สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่หนังสือเรียน (จะไม่มีการเขียนในเร็วๆ นี้) หรือเอกสารประกอบ นี่คือชุดรายงานที่อ่านในการประชุมของสหภาพโซเวียตและต่างประเทศ มีหัวข้อต่างๆ มากมายผิดปกติ: มีรายงานเกี่ยวกับอุปกรณ์ไบโอนิครุ่นแรกๆ และรายงานเกี่ยวกับการศึกษาหลักการบินของนก, การทำให้ร่างกายของปลาและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในน้ำมีความคล่องตัว, การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต (การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต) เกี่ยวกับโครงสร้างของกล้ามเนื้อและอีกมากมาย ไม่ว่าหัวข้อจะมีความหลากหลายแค่ไหน งานวิจัยและรายงานต่างๆ ในปัจจุบัน สิทธิเท่าเทียมกันทั้งหมดเป็นของสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกิดต่อหน้าต่อตาเรา และเรียกว่าไบโอนิก
อย่างไรก็ตาม ถึงตอนนี้ก็เป็นไปได้ที่จะกำหนดทิศทางหลักของวิทยาศาสตร์นี้ในอนาคตอันใกล้นี้ได้อย่างแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบรายงานการประชุมและบทความในวารสาร จะสังเกตได้ง่ายว่าจำนวนผลงานที่เกี่ยวข้องกับอวัยวะรับความรู้สึกของสัตว์ กระบวนการในระบบประสาท และปัญหาการนำทางในสัตว์เพิ่มขึ้นทุกปี นี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เป็นการศึกษาหลักการทำงานของอวัยวะรับความรู้สึก ระบบประสาทการอพยพของนก การเดินทางของแมลง ปลา และสัตว์ทะเลจะทำให้เราสามารถแก้ไขปัญหาที่สำคัญและยากที่สุดซึ่งเป็นปัญหาเร่งด่วนที่สุดที่เกิดขึ้นในเทคโนโลยี และจะช่วยวิศวกรสร้างเครื่องจักรที่น่าทึ่งใหม่ๆ
แต่ฉันขอย้ำอีกครั้งว่าไบโอนิคยังเกี่ยวข้องกับปัญหาอื่น ๆ อีกมากมายและดำเนินการวิจัยในทิศทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดเดาได้ว่าใครจะประสบความสำเร็จเป็นคนแรก
ท้ายที่สุดแล้วยังไม่มีการจัดตั้งขึ้นในไบโอนิค และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีการค้นพบพื้นฐานหรือสาระสำคัญ ผลลัพธ์เชิงปฏิบัติ. ทุกวันนี้เธอเป็นเพียงเด็กที่มีอนาคต มีเพียงสิ่งเดียวที่แน่นอน: งานวิจัยด้านไบโอนิคจำนวนมากจะเกิดผลไม่ช้าก็เร็ว ไบโอนิคส์ได้เริ่มมีอิทธิพลต่อเทคโนโลยีแล้ว และเมื่อคุณสำเร็จการศึกษา นั่นคือประมาณปลายทศวรรษที่ 1970 วิทยาศาสตร์นี้จะมีทฤษฎีของตัวเองและจะให้ผลลัพธ์ที่สำคัญมากสำหรับการฝึกฝน
อย่างที่คุณเห็น ไม่มีคำตอบที่สั้นและชัดเจนสำหรับคำถามที่ว่า "ไบโอนิคคืออะไร" ไม่ได้อยู่. นอกจากนี้ยังมีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ปฏิเสธไบโอนิค แต่ฉันยังไม่เคยพบวิศวกรสักคนเดียวที่ไม่ต้อนรับวิทยาศาสตร์ใหม่นี้ เหตุใดในหมู่นักวิทยาศาสตร์จึงมีผู้ที่ปฏิเสธไบโอนิค แต่ในหมู่วิศวกรไม่มีใครเลย และไม่ว่าการปฏิเสธดังกล่าวจะสมเหตุสมผลหรือไม่ เราจะมาดูกันในภายหลัง สำหรับตอนนี้ ฉันจะเสริมว่าวันนี้ไม่มีไบโอนิค "มืออาชีพ" ในโลก และไม่มีเลย สถาบันการศึกษายังไม่ได้สร้างแผนกไบโอนิค ปัจจุบันผู้ชื่นชอบเทคโนโลยีหลากหลายสาขา ส่วนใหญ่เป็นอิเล็กทรอนิกส์ และแน่นอน นักชีววิทยาและไซเบอร์เนติกส์ ต่างทุ่มเทพลังให้กับวิทยาศาสตร์นี้
ตอนนี้คุณผู้อ่าน ผมอยากจะพูดนอกเรื่องเล็กน้อย ฉันรู้ว่าคุณรู้บางอย่างเกี่ยวกับ "สิทธิบัตรทางธรรมชาติ" อยู่แล้ว เนื่องจากมีการเขียนเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ในหนังสือพิมพ์และนิตยสารมากกว่าหนึ่งครั้ง และมีการพูดคุยกันมากมายทางวิทยุ และคุณอาจคาดหวังว่าจากหน้าถัดไป เรื่องราวจะเริ่มต้นเกี่ยวกับการค้นพบที่น่าตื่นเต้น เครื่องจักรไบโอนิคที่น่าทึ่ง และความลึกลับอันลึกลับของธรรมชาติ หรือพูดง่ายๆ ก็คือ เกี่ยวกับทุกสิ่งที่คุณเคยได้ยินมาบ้างแล้ว
ฉันต้องทำให้คนที่หวังเช่นนั้นผิดหวัง ก่อนที่จะพูดถึง "สิทธิบัตรทางธรรมชาติ" คุณจะต้องอ่านหลายหน้าที่เกี่ยวกับไบโอนิคที่ไม่น่าตื่นเต้นและแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ซึ่งมีการพูดคุยและเขียนน้อยมาก ฉันก็อยากจะเอาวัวไปข้างเขาเหมือนกัน แต่ฉันกลัวว่าการกระทำที่หุนหันพลันแล่นจะทำให้คุณและฉันไปสู่จุดจบที่น่าเศร้ามาก: ฉันคงไม่สามารถบอกคุณได้จริงๆและ คุณจะไม่สามารถเข้าใจได้ว่าไบโอนิคคืออะไร เหตุใดจึงมีความหวังมากมาย และสิ่งที่เราสามารถคาดหวังได้จากวิทยาศาสตร์ทางวิศวกรรมนี้
เพื่อทำความเข้าใจไบโอนิค คุณจำเป็นต้องรู้ต้นกำเนิดและเหตุผลที่ทำให้มันมีชีวิตขึ้นมา ดังนั้น ลองจินตนาการถึงเส้นทางที่วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาถึงโรงเรียนแห่งธรรมชาติที่มีชีวิต
และแม้ว่าจะเป็นเวลาสั้น ๆ แต่เราจะต้องทำซ้ำเส้นทางนี้: เราจะเริ่มต้นในอิตาลีเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 จากนั้นเราจะเรียนรู้เกี่ยวกับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์บางอย่างที่เกิดขึ้นในบ้านเกิดของเราในตอนท้ายของครั้งสุดท้ายและในตอนต้น ในศตวรรษของเรา เราจะได้รู้จักกับนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันคนหนึ่ง และระหว่างทาง เรามาพูดถึงไฟฟ้า ไซเบอร์เนติกส์ อาชีพวิศวกร การออม และเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่น่าเชื่อถือได้อย่างไร
สิ่งที่คุณจะพบในตอนต้นของหนังสือเล่มนี้อาจเป็นที่รู้จักสำหรับคุณ แต่ความจริงก็คือเมื่อไม่นานมานี้สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดที่รู้จักแม้กระทั่งผู้เชี่ยวชาญดูเหมือนจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียวโดยไม่มีอะไรนอกจากประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ตอนนี้หลังจากการเกิดขึ้นของไบโอนิกส์ก็เห็นได้ชัดว่าทุกสิ่งที่เราจะพูดถึงนั้นเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด เข้าไปในโซ่เดียว
ในระหว่างนี้ฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับเหตุการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้นกับเด็กหญิงตัวเล็ก ๆ ที่เดินทางไปทางใต้
เด็กสาวเคยได้ยินมามากมายเกี่ยวกับทะเลดำอันน่าทึ่ง เกี่ยวกับเทือกเขาคอเคซัส และเธอแทบรอไม่ไหวที่จะได้เห็นทุกสิ่งด้วยตัวเธอเอง ภูเขา และโดยเฉพาะทะเล เธอไม่แข็งแรงในด้านภูมิศาสตร์และรู้เพียงสิ่งเดียว: ทะเลอยู่ทางใต้ แต่เธอเข้าใจภาคใต้ในแบบของเธอเอง - สำหรับเธอแล้วมันไม่ใช่ทิศทาง แต่เป็นประเทศหนึ่งที่มีทะเลอุ่นสาด
และเมื่อรถไฟเริ่มเคลื่อนที่เด็กหญิงก็กดจมูกของเธอไปที่กระจกหน้าต่างและดูอย่างต่อเนื่องว่าโลกหันไปด้านนอกหน้าต่างอย่างช้าๆวิธีการที่โรงงานสูบบุหรี่ปล่องไฟบ้านซักผ้าแขวนอยู่บนราวตากผ้า เข้ามาใกล้แล้วก็กลับพร้อมฝูงสัตว์ บ้าน โรงงาน ต้นไม้... ทุกอย่างคุ้นเคย เธอเคยเห็นทั้งหมดนี้มากกว่าหนึ่งครั้ง และดูเหมือนว่ารถไฟจะไม่รีบร้อนและวิ่งช้าเกินไป เธออยากจะไปทางใต้โดยเร็วที่สุด!
แต่ถึงกระนั้นรูปภาพที่กระพริบอยู่นอกหน้าต่างก็ค่อยๆเปลี่ยนไป: ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งป่าก็ถอยห่างจากถนนไปอย่างไม่น่าเชื่อจากนั้นก็หายไปโดยสิ้นเชิงและทุ่งหญ้าสเตปป์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดก็แผ่กระจายออกไปนอกหน้าต่าง แต่มันก็ค่อยๆเดินไปที่เนินเขา - รถไฟกำลังเข้าใกล้คอเคซัส เหนือขอบฟ้ากลางคืนยอดเขาของภูเขาเปลี่ยนเป็นสีชมพูในรังสีสุดท้ายของดวงอาทิตย์ แต่แล้วหญิงสาวก็เข้านอน
ในตอนเช้าหญิงสาวตื่นขึ้นมาและมองออกไปนอกหน้าต่าง แต่ฉันไม่เห็นอะไรเลยนอกจากต้นไม้สูงและท้องฟ้าสีฟ้าและสูงผิดปกติ และในไม่ช้ารถม้าก็มืดกว่าตอนกลางคืน - รถไฟเข้าไปในอุโมงค์ จากนั้นเขาก็ออกจากที่นั่นและพุ่งออกไปอีกหนึ่งในสามเกือบจะในทันที และเมื่อเขาออกจากอันสุดท้าย พ่อก็ร้องว่า: "ดูสิ ทะเล!"
ทะเล! เธอยังฝันถึงเรื่องนี้ด้วย หญิงสาวรู้ว่ามันเป็นสีฟ้า แวววาว ใหญ่โต แล้วเธอก็รีบหันไปทางหน้าต่าง แต่เห็นเพียงต้นไม้ หญ้า และท้องฟ้าสีครามไม่มีที่สิ้นสุด
มันอยู่ที่ไหน? - หญิงสาวถามอย่างไม่อดทน
ใช่แล้ว อยู่ตรงหน้าคุณแล้ว! - ตอบพ่อ
แต่เธอไม่สามารถมองเห็นทะเลได้เป็นเวลานาน เป็นไปได้ไหม?
ใช่มันเป็นไปได้ ท้ายที่สุดแล้ว เด็กสาวไม่เคยเห็นทะเลมาก่อน และในเช้าวันที่อากาศแจ่มใส เธอไม่สามารถแยกแยะทะเลจากท้องฟ้าทางใต้ได้
จะมีใครเชื่อเรื่องนี้ไหมถ้าฮีโร่ไม่ใช่เด็ก แต่เป็นผู้ใหญ่?
แต่ลองจินตนาการว่าเราจะต้องสังเกตเห็นไม่ใช่ทะเล แต่เป็นปรากฏการณ์ใหม่ที่วิทยาศาสตร์ไม่รู้จักหรือแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ใหม่ บางครั้งสิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องยากมากที่จะจดจำและแยกแยะจากสิ่งเก่าที่รู้จักกันมานานในทางวิทยาศาสตร์ และบ่อยครั้งสิ่งเก่ามักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นของใหม่ นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งพูดติดตลกว่า “สิ่งใหม่คือสิ่งเก่าที่ถูกลืมอย่างถาวร”
แต่เมื่อเรียนรู้และเข้าใจสิ่งใหม่ๆ เวลาแห่งความเข้าใจก็มาถึง การค้นหาทั้งหมดที่ดำเนินการราวกับสุ่มสี่สุ่มห้าความพยายามทั้งหมดที่จะก้าวหน้าไปตามเส้นทางแห่งความรู้นั้นส่องสว่างด้วยแสงแห่งการค้นพบใหม่ แนวคิดใหม่ และจากนั้นก็ชัดเจนว่าวิทยาศาสตร์กำลังมุ่งหน้าสู่การค้นพบนี้อย่างแม่นยำว่ามันถูกเตรียมไว้โดยการพัฒนาสังคมมนุษย์ทั้งหมดและไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญเลยแม้ว่าแน่นอนว่าไม่มีใครสามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้ว่าการค้นพบนี้เป็นอย่างไร จะเป็นเช่นไร แนวคิดใหม่จะเป็นอย่างไร
ฉันขอยกตัวอย่างจากชีวิตของฉัน
ในวัยห้าสิบฉันต้องทำงานกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมาก ไม่จำเป็นต้องพูดถึงเรื่องนี้อย่างละเอียด ฉันจะบอกว่าอุปกรณ์นี้ควรจะตรวจสอบการเคลื่อนไหวของลำแสงที่ส่องลงบนหน้าจอด้วยกระจกสั่น ไม่ว่ากระต่ายจะเคลื่อนที่ไปทางไหน ขึ้นหรือลง ซ้ายหรือขวา ไม่ว่าความสว่างจะเปลี่ยนไปอย่างไร อุปกรณ์จะต้องตรวจจับการเคลื่อนไหว ทิศทางและความเร็ว และส่งสัญญาณควบคุมไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า
เห็นได้ชัดว่าอุปกรณ์นี้มีความคล้ายคลึงกับดวงตาของมนุษย์ แต่ในตอนแรกฉันไม่ได้ให้ความสำคัญกับมันเลย สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าความคล้ายคลึงกันดังกล่าวไม่ได้บังคับให้ฉันซึ่งเป็นวิศวกรทำอะไรเลย จริงอยู่ มันเป็นเรื่องน่าตลกที่ได้เห็นว่าอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการรุ่นแรกที่เงอะงะเปลี่ยนดวงตาสีฟ้าของเลนส์หลังจากที่กระต่ายวิ่งข้ามหน้าจอ เลนส์นั้นแข็งและสั่นอย่างลังเลและสับสนเพียงใดเมื่อกระต่ายหลุดออกจากขอบเขตการมองเห็น . มีสิ่งมีชีวิตอยู่ในตัวเขาในเครื่องอิเล็กทรอนิกส์นี้ เมื่อเผชิญกับความยากลำบากใหม่ ๆ ทีละน้อย ฉันเริ่มเข้าใจว่าดวงตาดีกว่าอุปกรณ์ในการติดตามแสงมาก สายตาของฉันเองทำให้ฉันมั่นใจในสิ่งนี้ และฉันก็ตระหนักว่าอุปกรณ์นี้สามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นได้อย่างมากหากทำงานบนหลักการเดียวกันกับดวงตา
ฉันคิดถึงมันอย่างต่อเนื่อง มองจากหน้าต่างของ Trolleybus บนผู้คน -โดยดูเที่ยวบินของนกเครื่องบินเล่นเทนนิสฉันพยายามเข้าใจเสมอว่าดวงตาของฉันสามารถติดตามการเคลื่อนไหวของลูกเทนนิสที่รวดเร็ว พยายามที่จะวิเคราะห์ความรู้สึกของฉัน แต่ในไม่ช้าฉันก็รู้ว่าฉันจะไม่สามารถเรียนรู้อะไรใหม่ ๆ ในรูปแบบของศิลปะได้ จากนั้นฉันก็โจมตีหนังสือเกี่ยวกับดวงตาและวิสัยทัศน์อย่างตะกละตะกลาม พวกเขาเต็มไปด้วยข้อมูลที่น่าสนใจและใหม่สำหรับฉัน แต่สิ่งที่ฉันสนใจมากที่สุดฉันไม่พบพวกเขา
และอุปกรณ์แม้ว่ามันจะทำงานได้ดี แต่ก็ไม่พอใจฉันอีกต่อไป ฉันอยากให้มันเข้ากับดวงตา และฉันตัดสินใจที่จะหันไปหานักสรีรวิทยาเพื่อขอความช่วยเหลือ “ หากไม่มีอะไรเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในหนังสือ” ฉันให้เหตุผลว่า“ จากนั้นนักสรีรวิทยาส่วนใหญ่ก็ไม่ได้ให้ความสำคัญกับการที่ดวงตาติดตามวัตถุที่เคลื่อนไหวเมื่อฉันอธิบายว่าทำไมฉันถึงต้องการสิ่งนี้พวกเขาจะทำการวิจัยและหลังจากนั้นไม่กี่ จะต้องใช้เวลาหลายเดือนในการค้นหาทุกสิ่งที่จำเป็น” ฉันไปหานักสรีรวิทยา และฉันได้เรียนรู้ทันทีว่าเรื่องนี้ไม่ง่ายนัก มันกลับกลายเป็นว่านักสรีรวิทยายังต้องการทราบว่าดวงตาและสมองทำงานอย่างไรเมื่อติดตามวัตถุที่เคลื่อนไหวและทำการวิจัยมาเป็นเวลานาน พวกเขามีความซับซ้อนมากการศึกษาเหล่านี้ แต่พวกเขายังไม่ได้นำผลลัพธ์ที่คาดหวังมาใช้
ดังนั้นฉันไม่จำเป็นต้องใช้ความช่วยเหลือของนักสรีรวิทยา อุปกรณ์ซึ่งใช้เวลาสามปีในการทำงานทำงานให้สำเร็จ แต่เมื่อเทียบกับดวงตามันใหญ่มากและไม่น่าเชื่อถือ ฉันยังจำความรู้สึกของความขมขื่นและความไร้อำนาจของฉันเองได้เพราะฉันไม่สามารถสร้างอุปกรณ์ที่อย่างน้อยก็เข้าใกล้ดวงตาในความสามารถของมัน ฉันไม่เคยใฝ่ฝันที่จะทำอุปกรณ์เทียบเท่ากับตา มาถึงตอนนี้ฉันได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับความสำเร็จทางเทคนิคของธรรมชาติและเข้าใจว่าวิศวกรยังห่างไกลจากการบรรลุเป้าหมาย ฉันยังรู้ว่าสิ่งประดิษฐ์ทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดของธรรมชาติที่มีชีวิตยังไม่เข้าใจว่ามันยากมากที่จะเข้าใจพวกเขาและฉันเชื่อว่าวิศวกรจะต้องพึ่งพาความเฉลียวฉลาดของตัวเองเป็นเวลาหลายปี นี่เป็นความผิดพลาดของฉัน
และคำพูดของฉันทันที:“ Bionics ศึกษาหน้าที่และหลักการของการจัดระเบียบระบบชีวภาพเป้าหมายของวิทยาศาสตร์นี้คือการเร่งการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน”
"นี่ไง!" - подумал я, и у меня даже пересохло во рту от волнения. Мне ничего не нужно было объяснять. ฉันเข้าใจแล้ว. ท้ายที่สุดแล้วความประสงค์ของสถานการณ์และความอยากรู้อยากเห็นชีวิตพาฉันมาที่ชายฝั่งทะเลซึ่งมีชื่อว่า "ไบโอนิค" Но тогда оно было еще безымянным, и я не заметил его. А теперь нашлись те, кто увидел это море, и на весь мир заявили об этом. Не отрываясь, читал я все статьи и доклады. Они убеждали меня в том, что я и сам смутно предчувствовал, ярким светом озаряли трудности, возникшие в технике, объединяли несвязанные до того поиски новых โซลูชั่นทางวิศวกรรมв новое техническое направление. И я ни минуты не сомневался в великой будущности бионики. Сама жизнь, опыт убеждали меня в этом.
Так же как и я, приняли бионику все инженеры, которым хотя бы раз приходилось соревноваться в своей работе с живой природой. А вот некоторые биологи скептически отнеслись к бионике. Не сталкиваясь с инженерными задачами, они ничего не знали о трудностях, возникших в технике. Они видели в бионике лишь сенсационное направление все той же биологии, они честно не понимали, что в ней нового. И, как всякие ученые, подозрительно относились к шумихе, поднятой вокруг народившейся науки.
Испытывал ли я горечь оттого, что не первым крикнул "Море!", что не додумался сам до той же идеи? Совершенно честно - нет! Одно дело - смутное ощущение надвигающихся новых идей, оно присуще большинству грамотных инженеров и ученых, другое дело - точная и ясная формулировка этих новых идей. Последнее выпадает лишь на долю самых знающих и талантливых. Люди, ясно сформулировавшие главную идею бионики, были именно такими. Они прекрасно знали технику, ее возможности и трудности, знали биологию, кибернетику, математику. พวกเขารู้ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นอย่างดี Только сплав этих знаний позволил им ясно высказать то, что предчувствовали многие.
อย่างที่คุณเห็น Bionics ไม่เพียง แต่วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเท่านั้น แต่ยังมีเนื้อหาของมนุษย์อย่างหมดจดเพราะมันเป็นไปตามความหวังและความฝันของวิศวกรเกี่ยวกับเครื่องจักรที่ยอดเยี่ยมใหม่เกี่ยวกับการประหยัดทรัพยากรธรรมชาติที่มีค่าเกี่ยวกับอารยธรรมมนุษย์ที่เฟื่องฟูใหม่ เพื่อให้จินตนาการอย่างชัดเจนว่า Bionics คืออะไรและสัญญากับมนุษยชาติเราจะต้องเดินทางไกลไปตามถนนในตอนต้นซึ่งมีสัญญาณกับจารึก:“ Bionics” ตามถนนสายนี้เราต้องย้ายไม่เพียง แต่ไปสู่อนาคต แต่ยังเข้าสู่อดีตบางครั้งก็ค่อนข้างไกล เนื่องจากการกำเนิดของ Bionics อย่างที่คุณทราบกันดี เทคโนโลยีที่ทันสมัยหลังจากเรียนรู้เกี่ยวกับพวกเขาแล้วการทำความเข้าใจสาระสำคัญของพวกเขาสามารถจินตนาการได้อย่างชัดเจนว่า Bionics คืออะไร
นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันขอให้คุณใช้เวลาของคุณและให้ความสนใจไม่เพียง แต่กับ Bionics ในปัจจุบัน แต่ยังรวมถึงพื้นหลังของมัน และมันเริ่มต้นด้วยข้อพิพาททางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่หนึ่งครั้งที่เกิดขึ้นในอิตาลีเมื่อประมาณหนึ่งร้อยแปดสิบปีที่ผ่านมา
ไบโอนิค (จากภาษากรีก biōn - องค์ประกอบของชีวิต อย่างแท้จริง - การดำรงชีวิต)
ชีววิทยาและเทคโนโลยีที่มีพรมแดนติดกับวิทยาศาสตร์การแก้ปัญหาทางวิศวกรรมบนพื้นฐานของการวิเคราะห์โครงสร้างและหน้าที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ชีววิทยามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับชีววิทยา, ฟิสิกส์, เคมี, ไซเบอร์เนติกส์และวิทยาศาสตร์วิศวกรรม - อิเล็กทรอนิกส์, การนำทาง, การสื่อสาร, กิจการทางทะเล ฯลฯ แนวคิดในการใช้ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติที่มีชีวิตเพื่อแก้ปัญหาทางวิศวกรรมเป็นของ Leonardo da Vinci ผู้พยายามสร้างเครื่องบินที่มีปีกกระพือปีกเหมือนกับนก - ออนิฮอปเตอร์ การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์ (ดู ไซเบอร์เนติกส์)
การพิจารณา หลักการทั่วไปการควบคุมและการสื่อสารในสิ่งมีชีวิตและเครื่องจักรกลายเป็นแรงจูงใจให้ศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของระบบสิ่งมีชีวิตในวงกว้างเพื่อชี้แจงความเหมือนกันกับ ระบบทางเทคนิคเช่นเดียวกับการใช้ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างอุปกรณ์ใหม่กลไกวัสดุวัสดุ ฯลฯ ในปี 1960 การประชุมสัมมนาครั้งแรกเกี่ยวกับชีวเคมีจัดขึ้นที่เมืองเดย์โทนา (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งเป็นการกำเนิดของวิทยาศาสตร์ใหม่อย่างเป็นทางการ งานหลักทางชีววิทยาครอบคลุมปัญหาดังต่อไปนี้: การศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์และการสร้างแบบจำลองของเซลล์ประสาท - เซลล์ประสาท - และโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เพิ่มเติมและการพัฒนาองค์ประกอบและอุปกรณ์ใหม่ของระบบอัตโนมัติ และ telemechanics (neurobionics); การวิจัยเกี่ยวกับอวัยวะด้านความรู้สึกและระบบการรับรู้อื่น ๆ ของสิ่งมีชีวิตเพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์ใหม่และระบบตรวจจับ การศึกษาหลักการของการปฐมนิเทศสถานที่และการนำทางในสัตว์ต่าง ๆ เพื่อใช้หลักการเหล่านี้ในเทคโนโลยี การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาสรีรวิทยาและชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตเพื่อนำเสนอแนวคิดทางเทคนิคและวิทยาศาสตร์ใหม่ การศึกษาเกี่ยวกับระบบประสาทแสดงให้เห็นว่าระบบประสาทมีคุณสมบัติและข้อดีที่สำคัญและมีคุณค่าหลายประการเหนืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยที่สุดทั้งหมด คุณสมบัติเหล่านี้การศึกษาซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการปรับปรุงระบบคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ต่อไปนี้มีดังต่อไปนี้: 1) การรับรู้ที่สมบูรณ์แบบและยืดหยุ่นของข้อมูลภายนอกโดยไม่คำนึงถึงรูปแบบที่มาถึง (ตัวอย่างเช่นการเขียนแบบอักษร สีข้อความภาพวาดเสียงต่ำและคุณสมบัติเสียงอื่น ๆ ฯลฯ ) 2) ความน่าเชื่อถือสูงเกินความน่าเชื่อถือของระบบทางเทคนิคอย่างมีนัยสำคัญ (หลังล้มเหลวเมื่อชิ้นส่วนหนึ่งหรือมากกว่านั้นแตกหักในวงจรถ้าเซลล์ประสาทหลายล้านเซลล์ออกจากพันล้านที่ประกอบขึ้นเป็นสมองตายฟังก์ชั่นของระบบจะยังคงอยู่) 3) องค์ประกอบขนาดเล็กของระบบประสาท: ด้วยจำนวนองค์ประกอบ 10 10 -
10 11 สมองมนุษย์เล่ม 1.5 DM 3.อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ที่มีองค์ประกอบจำนวนเท่ากันจะมีปริมาณหลายร้อยหรือพันองค์ประกอบ ม.3 4) การดำเนินงานที่ประหยัด: การใช้พลังงานโดยสมองมนุษย์ไม่เกินหลายสิบ อ. 5) ระดับสูงของการจัดระเบียบตนเองของระบบประสาทการปรับตัวอย่างรวดเร็วกับสถานการณ์ใหม่การเปลี่ยนแปลงในโปรแกรมกิจกรรม ความพยายามที่จะจำลองระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์เริ่มต้นด้วยการสร้าง analogues ของเซลล์ประสาทและเครือข่ายของพวกเขา มีการพัฒนาเซลล์ประสาทเทียมชนิดต่าง ๆ ( ข้าว. 1
). “โครงข่ายประสาท” เทียมได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถจัดระเบียบตนเองได้ กล่าวคือ กลับสู่สภาวะที่มั่นคงเมื่อพวกมันไม่สมดุล การศึกษาความจำ (ดูหน่วยความจำ) และคุณสมบัติอื่นๆ ของระบบประสาทเป็นวิธีหลักในการสร้างเครื่องจักร "การคิด" เพื่อทำให้กระบวนการผลิตและการจัดการที่ซับซ้อนเป็นอัตโนมัติ การศึกษากลไกที่ทำให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของระบบประสาทเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเทคโนโลยีเพราะว่า การแก้ปัญหาทางเทคนิคเบื้องต้นนี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของระบบทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง (เช่น อุปกรณ์อากาศยานที่มี 10 5
องค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์) การวิจัยระบบวิเคราะห์ เครื่องวิเคราะห์สัตว์และมนุษย์แต่ละเครื่อง ซึ่งรับรู้สิ่งเร้าต่างๆ (แสง เสียง ฯลฯ) ประกอบด้วยตัวรับ (หรืออวัยวะรับความรู้สึก) ทางเดิน และศูนย์สมอง สิ่งเหล่านี้เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนมากซึ่งไม่เท่ากันในอุปกรณ์ทางเทคนิค เซ็นเซอร์ขนาดเล็กและเชื่อถือได้ ไม่ด้อยกว่าในเรื่องความไวเช่น ดวงตา ซึ่งตอบสนองต่อแสงควอนตัมเดียว อวัยวะที่ไวต่อความร้อนของงูหางกระดิ่ง ซึ่งแยกแยะการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 0.001 ° C หรืออวัยวะไฟฟ้าของปลา ซึ่งรับรู้ศักยภาพเป็นเศษส่วนของไมโครโวลต์สามารถเร่งกระบวนการความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ผ่านเครื่องวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุด - ภาพ - ข้อมูลส่วนใหญ่เข้าสู่สมองของมนุษย์ จากมุมมองทางวิศวกรรม คุณลักษณะของเครื่องวิเคราะห์ด้วยภาพต่อไปนี้น่าสนใจ: ความไวที่หลากหลาย - จากควอนตัมเดี่ยวไปจนถึงฟลักซ์แสงที่เข้มข้น การเปลี่ยนแปลงความชัดเจนของการมองเห็นจากกึ่งกลางไปรอบนอก การติดตามวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง ปรับให้เข้ากับภาพนิ่ง (ในการดูวัตถุที่อยู่นิ่งตาจะเคลื่อนไหวแบบสั่นเล็กน้อยด้วยความถี่ 1-150 เฮิรตซ์). เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค การพัฒนาจอประสาทตาเทียมถือเป็นเรื่องที่สนใจ (เรตินาเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนมาก เช่น ดวงตาของมนุษย์มีเซลล์รับแสง 10 8 ตัว ซึ่งเชื่อมต่อกับสมองโดยใช้ปมประสาท 10 6 เซลล์) จอประสาทตาเทียมแบบหนึ่ง (คล้ายกับเรตินาของตากบ) ประกอบด้วย 3 ชั้น: เซลล์แรกประกอบด้วยเซลล์รับแสง 1,800 เซลล์ส่วนที่สอง - "เซลล์ประสาท" ที่รับรู้สัญญาณเชิงบวกและสารยับยั้งจากเซลล์รับแสงและกำหนดความคมชัดของภาพ ในชั้นที่สามมี 650 “เซลล์” จาก 5 เซลล์ ประเภทต่างๆ. การศึกษาเหล่านี้ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ติดตามการจดจำอัตโนมัติได้ การศึกษาความรู้สึกของความลึกเชิงพื้นที่เมื่อเห็นด้วยตาข้างเดียว (การมองเห็นด้วยตาข้างเดียว) ทำให้สามารถสร้างเครื่องวัดความลึกเชิงพื้นที่สำหรับการวิเคราะห์ภาพถ่ายทางอากาศได้ งานกำลังดำเนินการเพื่อเลียนแบบเครื่องวิเคราะห์การได้ยินของมนุษย์และสัตว์ เครื่องวิเคราะห์นี้มีความไวมากเช่นกัน - ผู้ที่มีการได้ยินเฉียบพลันจะรับรู้เสียงเมื่อความดันในช่องหูผันผวนประมาณ 10 µn/m2 (0,0001 ดินแดง/ซม.2).
นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสนใจทางเทคนิคในการศึกษากลไกการส่งข้อมูลจากหูไปยังบริเวณการได้ยินของสมอง พวกเขาศึกษาอวัยวะรับกลิ่นของสัตว์เพื่อสร้าง "จมูกเทียม" ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับวิเคราะห์สารมีกลิ่นที่มีความเข้มข้นเล็กน้อยในอากาศหรือน้ำ [ปลาบางตัวสัมผัสได้ถึงความเข้มข้นของสารหลายชนิด มก./ลบ.ม. 3(ไมโครกรัม/ล)]. สิ่งมีชีวิตจำนวนมากมีระบบวิเคราะห์ที่มนุษย์ไม่มี ตัวอย่างเช่น ตั๊กแตนมีตุ่มบนปล้องเสาอากาศที่ 12 ซึ่งรับรู้รังสีอินฟราเรด ฉลามและรังสีมีช่องบนหัวและส่วนหน้าของร่างกายที่รับรู้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 0.1 ° C หอยทากและมดมีความไวต่อรังสีกัมมันตภาพรังสี เห็นได้ชัดว่าปลารับรู้ถึงกระแสน้ำเร่ร่อนที่เกิดจากการใช้พลังงานไฟฟ้าในอากาศ (เห็นได้จากปลาที่เคลื่อนตัวไปสู่ความลึกก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง) ยุงเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางปิดภายในอาคารเทียม สนามแม่เหล็ก. สัตว์บางชนิดรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนจากอินฟราเรดและอัลตราโซนิกได้ดี แมงกะพรุนบางชนิดตอบสนองต่อการสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรดที่เกิดขึ้นก่อนเกิดพายุ ค้างคาวปล่อยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกในช่วง 45-90 กิโลเฮิร์ตซ์แมลงเม่าที่พวกมันกินเป็นอาหารมีอวัยวะที่ไวต่อคลื่นเหล่านี้ นกฮูกยังมี "เครื่องรับอัลตราซาวนด์" เพื่อตรวจจับค้างคาวด้วย อาจมีแนวโน้มว่าจะออกแบบไม่เพียงแต่ทางเทคนิคที่คล้ายคลึงกันของอวัยวะสัมผัสของสัตว์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบทางเทคนิคที่มีองค์ประกอบที่ไวต่อทางชีวภาพด้วย (เช่น ดวงตาของผึ้งสำหรับตรวจจับรังสีอัลตราไวโอเลต และดวงตาของแมลงสาบสำหรับตรวจจับรังสีอินฟราเรด) สิ่งที่เรียกว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบทางเทคนิค เพอร์เซปตรอน -
ระบบ "การเรียนรู้ด้วยตนเอง" ที่ทำหน้าที่เชิงตรรกะของการจดจำและการจำแนกประเภท สอดคล้องกับศูนย์สมองที่ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ งานวิจัยส่วนใหญ่เน้นไปที่การรับรู้ภาพ เสียง หรือภาพอื่นๆ เช่น การก่อตัวของสัญญาณหรือรหัสที่สอดคล้องกับวัตถุโดยเฉพาะ การรับรู้จะต้องดำเนินการโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงในภาพ (เช่น ความสว่าง สี ฯลฯ) โดยที่ยังคงความหมายพื้นฐานไว้ อุปกรณ์การรับรู้ที่จัดระเบียบตัวเองดังกล่าวทำงานโดยไม่ต้องตั้งโปรแกรมล่วงหน้าพร้อมการฝึกอบรมแบบค่อยเป็นค่อยไปโดยผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ โดยนำเสนอภาพ ส่งสัญญาณข้อผิดพลาด และเสริมการตอบสนองที่ถูกต้อง อุปกรณ์ป้อนข้อมูลของเพอร์เซปตรอนคือสนามรับข้อมูลการรับรู้ เมื่อจดจำวัตถุที่มองเห็นได้ จะเป็นชุดของโฟโตเซลล์ หลังจาก "ฝึกฝน" เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพอร์เซปตรอนก็สามารถตัดสินใจได้อย่างอิสระ อุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นตามเพอร์เซปตรอนเพื่ออ่านและจดจำข้อความ ภาพวาด การวิเคราะห์ออสซิลโลแกรม ภาพรังสี ฯลฯ การศึกษาระบบการตรวจจับ การเดินเรือ และการวางแนวของนก ปลา และสัตว์อื่นๆ ถือเป็นงานที่สำคัญอย่างหนึ่งของชีววิทยาด้วย เพราะ ระบบการรับรู้และการวิเคราะห์ขนาดจิ๋วและแม่นยำที่ช่วยให้สัตว์ต่างๆ นำทาง ค้นหาเหยื่อ และอพยพนับพันได้ กม(ดูการย้ายถิ่นของสัตว์)
สามารถช่วยในการปรับปรุงเครื่องมือที่ใช้ในการบิน การเดินเรือ ฯลฯ พบตำแหน่งอัลตราโซนิกในค้างคาวและสัตว์ทะเลจำนวนหนึ่ง (ปลา โลมา) เป็นที่รู้กันว่าเต่าทะเลว่ายออกไปในทะเลหลายพันตัว กมและกลับมาวางไข่ที่เดิมบนฝั่งเสมอ เชื่อกันว่ามีสองระบบ: การวางแนวระยะไกลโดยดวงดาว และการวางแนวระยะสั้นด้วยกลิ่น (เคมีของน่านน้ำชายฝั่ง) ผีเสื้อนกยูงกลางคืนตัวผู้ค้นหาตัวเมียในระยะไกลถึง 10 ตัว กม.ผึ้งและตัวต่อเดินได้ดีภายใต้แสงแดด การวิจัยเกี่ยวกับระบบการตรวจจับที่หลากหลายและหลากหลายเหล่านี้มีประโยชน์มากมายต่อเทคโนโลยี การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของสิ่งมีชีวิตยังให้แนวคิดใหม่ๆ สำหรับการออกแบบทางเทคนิคอีกด้วย ดังนั้น การศึกษาโครงสร้างของผิวหนังของสัตว์น้ำที่มีความเร็วสูง (เช่น ผิวหนังของปลาโลมาไม่เปียกและมีโครงสร้างแบบยืดหยุ่นซึ่งช่วยขจัดความปั่นป่วนปั่นป่วนและการร่อนโดยมีความต้านทานน้อยที่สุด) จึงทำให้ สามารถเพิ่มความเร็วของเรือได้ สร้างการปกปิดพิเศษ - หนังเทียม "laminflo" ( ข้าว. 2
) ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มความเร็วของเรือเดินทะเลได้ 15-20% แมลง Diptera มีอวัยวะ - เชือกแขวนคอซึ่งสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องพร้อมกับปีก เมื่อทิศทางการบินเปลี่ยนไป ทิศทางการเคลื่อนที่ของเชือกแขวนคอจะไม่เปลี่ยนแปลง ก้านใบที่เชื่อมต่อกับลำตัวจะถูกยืดออก และแมลงจะรับสัญญาณให้เปลี่ยนทิศทางการบิน ไจโรตรอนถูกสร้างขึ้นบนหลักการนี้ ( ข้าว. 3
) - เครื่องสั่นแบบส้อมที่ให้ความเสถียรสูงในทิศทางการบินของเครื่องบินด้วยความเร็วสูง เครื่องบินที่มีไจโรตรอนสามารถกู้คืนจากการหมุนได้โดยอัตโนมัติ การบินของแมลงนั้นมาพร้อมกับการใช้พลังงานต่ำ เหตุผลประการหนึ่งคือการเคลื่อนไหวปีกรูปแบบพิเศษซึ่งดูเหมือนเลขแปด กังหันลมที่มีใบพัดเคลื่อนที่ซึ่งพัฒนาบนหลักการนี้มีความประหยัดมากและสามารถทำงานที่ความเร็วลมต่ำได้ หลักการบินแบบใหม่ การเคลื่อนที่แบบไร้ล้อ การสร้างตลับลูกปืน อุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ฯลฯ ได้รับการพัฒนาโดยอาศัยการศึกษาการบินของนกและแมลง การเคลื่อนไหวของสัตว์กระโดด โครงสร้างของข้อต่อ เป็นต้น การวิเคราะห์โครงสร้างของกระดูกซึ่งช่วยให้แน่ใจว่ากระดูกมีน้ำหนักเบายิ่งขึ้นและในเวลาเดียวกันก็มีความแข็งแกร่ง สามารถเปิดโอกาสใหม่ในการก่อสร้าง ฯลฯ เทคโนโลยีใหม่ที่ใช้กระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตก็เป็นปัญหา B เช่นกัน ในเรื่องนี้ การศึกษากระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพมีความสำคัญอย่างยิ่ง
พลังงานชีวภาพ (ดูพลังงานชีวภาพ) เพราะ กระบวนการทางชีววิทยาที่กระฉับกระเฉง (เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ) นั้นประหยัดอย่างยิ่ง พร้อมกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีซึ่งรับประกันโดยความสำเร็จของชีววิทยา มันยังเป็นประโยชน์ต่อชีววิทยาด้วยเพราะ ช่วยให้เข้าใจและจำลองปรากฏการณ์หรือโครงสร้างทางชีวภาพบางอย่างอย่างแข็งขัน (ดูการสร้างแบบจำลอง) ดูเพิ่มเติมที่ ไซเบอร์เนติกส์
ชีวกลศาสตร์
การตอบสนองทางชีวภาพ ความหมาย:การสร้างแบบจำลองทางชีววิทยา ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, เอ็ด. N. A. Bernstein, M. , 1963: Parin V. V. และ Baevsky R. M. , ไซเบอร์เนติกส์ในการแพทย์และสรีรวิทยา, M. , 1963; ปัญหาเกี่ยวกับไบโอนิค นั่ง. ศิลปะ. ตัวแทน เอ็ด M. G. Gaase-Rapoport, M. , 1967; มาร์เทค วี., ไบโอนิคส์, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2510; Kreizmer L.P. , Sochivko V.P. , Bionics, 2nd ed., M. , 1968; Braines S. N. , Svechinsky V. B. , ปัญหาของ neurocybernetics และ neurobionics, M. , 1968: ดัชนีบรรณานุกรมเกี่ยวกับ bionics, M. , 1965 อาร์.เอ็ม. เบฟสกี้. ข้าว. 1. Схематическое изображение нейрона (слева), его модели (в середине) и электрическая схема искусственного нейрона (справа): 1 - тело клетки; 2 - дендриты; 3 - аксон; 4 - коллатерали; 5 - концевое разветвление аксона; P n , P i , P 2 , P 1 - входы нейрона; S n , S i , S 2 , S 1 - синаптические контакты; Р - выходной сигнал; К - пороговое значение сигнала; R 1 - R 6 , R m - сопротивления; C 1 - C 3 , C m - конденсаторы; T 1 -T 3 - транзисторы; D - диод.
สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต - ม.: สารานุกรมโซเวียต. 1969-1978 .
คำพ้องความหมาย:Смотреть что такое "Бионика" в других словарях:
- [พจนานุกรมคำต่างประเทศของภาษารัสเซีย
- [от био... и (электро) ника], наука, изучающая живые организмы с целью использования результатов познания механизмов их функционирования при конструировании машин и создании новых техничеких систем. Например, данные бионики, полученные при… … พจนานุกรมนิเวศวิทยา
ไบโอนิค- Этимология. มาจากภาษากรีก biо жизнь. หมวดหมู่. Научная дисциплина. Специфика. Изучает принципы функционирования живых систем для использования их в области инженерной практики. Начала свое формирование в 60 х гг. ศตวรรษที่ XX Основным методом… … Большая психологическая энциклопедия
БИОНИКА, направление в биологии и кибернетике; изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Сформировалась во 2 й половине 20 в. สำหรับการแก้ปัญหา…… สารานุกรมสมัยใหม่
Человек перенял у природы очень многое, если не сказать все. Умение разводить огонь, прятаться в норку от непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под окружаю среду и еще много других вещей, о которых мы знаем так давно, что уже и не задумываемся об их появлении в нашей жизни.
А ведь существует целая наука – бионика – цель которой сделать мир людей еще более удобным, при помощи техники, созданной подглядыванием за живой природой.
![](https://i0.wp.com/xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/sites/default/files/Letatelniy_apparat_Da_Vinchi.jpg)
Отцом бионики считается Леонардо да Винчи. Именно он, впервые, решил смастерить летальный аппарат, вдохновившись полетом птиц. До него еще был Икар, описанный в древнегреческих мифах. Но это скорее мечта, а вот легендарный изобретатель решил претворить ее в жизнь. До наших дней дошли его чертежи со всевозможными схемами устройства махолета. Правда, его изобретение в воздух так и не поднялось, но первый шаг был сделан. А официальное зарождение бионики как науки произошло в 1960 году. Тогда состоялся первый симпозиум по данной теме.
![](https://i1.wp.com/xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/sites/default/files/bionica_1.jpg)
ตั้งแต่นั้นมา ต้องขอบคุณไบโอนิคที่ทำให้มีสิ่งมหัศจรรย์มากมายเกิดขึ้นในชีวิตของเรา สิ่งที่น่าสนใจที่สุดของพวกเขา:
![](https://i2.wp.com/xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/sites/default/files/paris.jpg)
การออกแบบหอไอเฟลอันโด่งดังซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของกรุงปารีสนั้นมีพื้นฐานมาจากหลักการของโครงสร้างของกระดูกมนุษย์ สถาปนิกไอเฟลยืมแนวคิดของเขามาจากผลงานทางวิทยาศาสตร์ของศาสตราจารย์วิชากายวิภาคศาสตร์เฮอร์มันน์ ฟอน เมเยอร์ ผู้ศึกษาโครงสร้างของโครงกระดูก
![](https://i1.wp.com/xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/sites/default/files/zastejka.jpeg)
แถบตีนตุ๊กแกยังได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติอีกด้วย George de Mestral มักจะเดินไปกับสุนัขของเขา เขารักสัตว์เลี้ยงของเขา แต่ก็รู้สึกหงุดหงิดมากเมื่อต้องหวีหนาม Cocklebur ออกจากขนของเขา หลังจากตัดสินใจที่จะศึกษาโรงงานแห่งนี้โดยละเอียดยิ่งขึ้นและกำจัดปัญหาของเขาวิศวกรก็ค้นพบหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด วิธีที่สะดวกรัด
![](https://i2.wp.com/xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/sites/default/files/bionica_architecture.jpg)
อาคารสูงสมัยใหม่ซึ่งพวกเราส่วนใหญ่อาศัยอยู่คัดลอกโครงสร้างของก้านซีเรียลอย่างแน่นอน
ไบโอนิคซึ่งปรากฏในแวดวงวิทยาศาสตร์ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20? ไบโอนิคส์อาศัยวัสดุจากการสังเกตธรรมชาติ ระบบธรรมชาติเพื่อสร้างเทคโนโลยีที่ทันสมัยบนพื้นฐานของพวกเขา
คำว่า "ไบโอนิค" แปลจากภาษาอังกฤษแปลว่า "ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต" หน้าที่หลัก (ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น) คือการระบุรูปแบบของธรรมชาติที่มีชีวิตและนำไปใช้ในระบบกิจกรรมของมนุษย์ เป็นครั้งแรกที่มีการระบุปัญหาของไบโอนิค เป้าหมาย และหน้าที่ของมันที่การประชุมสัมมนา Daytona ในสหรัฐอเมริกา จากนั้นในปี พ.ศ. 2503 ได้มีการเสนอข้อยืนยันอย่างกล้าหาญว่ากลไกทางชีววิทยาเท่านั้นที่สามารถเป็นต้นแบบที่แท้จริงของการพัฒนาทางเทคนิคได้
ปัญหาหลักและภารกิจของไบโอนิค
- การสังเกตและศึกษาการทำงานและลักษณะเฉพาะของแต่ละระบบและอวัยวะของสิ่งมีชีวิต (เช่น ระบบประสาท หัวใจ หรือผิวหนัง) เพื่อใช้ความรู้ที่ได้รับเป็นพื้นฐานในการสร้างความสำเร็จทางเทคนิคล่าสุด เช่น ยานพาหนะ คอมพิวเตอร์ เป็นต้น
- ศึกษาศักยภาพด้านพลังงานชีวภาพของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างเครื่องยนต์จากสิ่งมีชีวิตที่สามารถทำหน้าที่เหมือนกล้ามเนื้อเพื่อประหยัดพลังงาน
- ศึกษากระบวนการสังเคราะห์ทางชีวเคมีเพื่อการพัฒนาอุตสาหกรรมเคมีเพื่อการผลิตผงซักฟอกและยาใหม่ๆ
ความสัมพันธ์ระหว่างไบโอนิคกับความรู้ด้านอื่นๆ ของมนุษย์
“ไบโอนิคถือเป็นจุดเชื่อมโยงระหว่างเทคนิคต่างๆ (อิเล็กทรอนิกส์ การขนส่ง เทคโนโลยีสารสนเทศ) และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ (การแพทย์ ชีววิทยา เคมี)”
ผู้เชี่ยวชาญยืนยันว่าการรวมองค์ความรู้ทั้งหมดที่มีอยู่ให้เป็นหนึ่งเดียวเพื่อจุดประสงค์ในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างมีเหตุผลเป็นกระบวนการที่จำเป็นที่สุดสำหรับ โลกสมัยใหม่. ไบโอนิคปรากฏขึ้นเมื่อความเชี่ยวชาญเฉพาะทางของความรู้แต่ละสาขามีความเข้มข้นมากขึ้น ทำให้วิทยาศาสตร์ขาดเอกภาพที่สำคัญ
ดังนั้นไบโอนิคในชีววิทยาจึงเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นที่ช่วยให้สามารถประยุกต์ความรู้ที่ได้รับมาในการผสมผสานเชิงคุณภาพกับคณิตศาสตร์ เทคโนโลยี และเคมี การสร้างความเชื่อมโยงที่คล้ายคลึงกันระหว่างข้อมูล เทคนิค และทรัพยากรธรรมชาติถือเป็นส่วนสำคัญของการวิจัยด้านไบโอนิค
หากในแง่กว้าง ไบโอนิคเป็นวิธีการ "ยืม" แนวคิดที่ยอดเยี่ยมจากธรรมชาติเพื่อการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด ถ้าอย่างนั้นในแง่ที่แคบลง เราก็สามารถพูดถึงวิทยาศาสตร์นี้ได้ว่าเป็นความเชื่อมโยงที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างชีววิทยาและการบิน ไซเบอร์เนติกส์ วัสดุศาสตร์ การก่อสร้าง ธุรกิจ การแพทย์ เคมี สถาปัตยกรรม และแม้แต่ศิลปะ ผู้เชี่ยวชาญด้านไบโอนิคจะต้องมีอำนาจในการสังเกตขั้นสูงเช่นกัน คลังสินค้าวิเคราะห์คำนึงถึงความสามารถในการเปรียบเทียบวัสดุที่มีอยู่และวัสดุที่ปรับปรุงใหม่อย่างเพียงพอผ่านวิวัฒนาการและความสามารถด้านเทคนิคที่ได้รับจากการพัฒนาของมนุษยชาติ
การสนทนาต่อเกี่ยวกับความหมายแคบของไบโอนิคเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับงานเช่นการพัฒนาวิธีการล่าสุดในการสกัดทรัพยากรธรรมชาติและแร่ธาตุเพื่อใช้ในการผลิต
แม้ว่าไบโอนิคจะเป็นศาสตร์แห่งการใช้สิ่งที่ธรรมชาติมอบให้เราให้ดีขึ้นและมีเหตุผลมากขึ้น แต่หน้าที่พื้นฐานประการหนึ่งก็คือการปกป้อง วัสดุธรรมชาติเป็นแหล่งทรัพยากรและแนวคิดที่ไม่สิ้นสุดเพื่อความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของสังคม เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ผู้เชี่ยวชาญด้านไบโอนิคจึงใช้แนวทางหลัก 3 ประการ
- แนวทางโปรแกรมคณิตศาสตร์เชิงฟังก์ชัน (ศึกษาแผนภาพของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ โครงสร้าง ต้นกำเนิด และผลลัพธ์) แนวทางนี้ทำให้สามารถสร้างโมเดลใหม่โดยใช้เครื่องมือที่มีอยู่ได้
- แนวทางฟิสิกส์เคมี (ศึกษากระบวนการทางชีวเคมี) แนวทางนี้เปิดโอกาสให้นักวิจัยสังเคราะห์สารใหม่โดยใช้กลไกที่ศึกษา
- การประยุกต์ระบบชีวภาพโดยตรงในกรอบเทคโนโลยี เรียกว่าการสร้างแบบจำลองผกผัน หากในแนวทางก่อนหน้านี้เรากำลังพูดถึงการใช้วัสดุชีวภาพเพื่อสร้างวิธีการทางเทคนิคใหม่ ที่นี่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการแก้ปัญหาและปัญหาทางเทคนิคโดยการค้นหาคำตอบและทรัพยากรที่จำเป็นในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพ
ดังนั้นคำถามที่ว่าศาสตร์แห่งการศึกษาไบโอนิคส์อะไรตอบได้ดีที่สุดดังนี้ ไบโอนิคคือการค้นหาวิธีการ วิธีการ และความเป็นไปได้ในการเชื่อมโยงแง่มุมทางชีวภาพของการดำรงอยู่และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ และในขณะเดียวกันก็รักษาทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่
อะนาล็อก
มี:
- ทางชีวภาพไบโอนิคซึ่งศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบชีวภาพ
- ตามทฤษฎีไบโอนิคซึ่งสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการเหล่านี้
- เทคนิคไบโอนิค ซึ่งใช้แบบจำลองของไบโอนิกเชิงทฤษฎีในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรม
การเลียนแบบทางชีวภาพ
ในวรรณกรรมภาษาอังกฤษและวรรณกรรมแปล คำนี้มักใช้บ่อยกว่า การเลียนแบบทางชีวภาพ(จากภาษากรีกโบราณ βίος "ชีวิต" + μίμησις "การเลียนแบบ") ในความหมาย - แนวทางในการสร้างอุปกรณ์ทางเทคโนโลยีซึ่งแนวคิดและองค์ประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์นั้นยืมมาจากธรรมชาติที่มีชีวิต ไบโอนิคส์ยืนยันว่าสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์จำนวนมากมีความคล้ายคลึงกันในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เช่น ซิปและตีนตุ๊กแกถูกสร้างขึ้นตามโครงสร้างของขนนก หนามขนนกตามคำสั่งต่าง ๆ พร้อมตะขอช่วยให้จับได้อย่างน่าเชื่อถือ หนึ่งในตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จของการเลียนแบบทางชีวภาพคือตัวยึดสิ่งทอที่แพร่หลายซึ่งเป็นต้นแบบซึ่งเป็นผลไม้ของต้นหญ้าเจ้าชู้ซึ่งเกาะติดกับขนของสุนัขของวิศวกรชาวสวิส จอร์จ เดอ เมสตรัล.
ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา
แนวคิดในการประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติที่มีชีวิตในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมเป็นของ Leonardo da Vinci ผู้พยายามสร้างเครื่องบินที่มีปีกกระพือเหมือนนก: ornithopter
การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์ซึ่งตรวจสอบหลักการทั่วไปของการควบคุมและการสื่อสารในสิ่งมีชีวิตและเครื่องจักร ได้กลายเป็นแรงจูงใจสำหรับการศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของระบบสิ่งมีชีวิตในวงกว้างขึ้น เพื่อชี้แจงความเหมือนกันกับระบบทางเทคนิค ตลอดจน ใช้ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างอุปกรณ์ กลไก วัสดุ ฯลฯ ใหม่
พื้นที่หลักของการทำงาน
งานหลักเกี่ยวกับไบโอนิคครอบคลุมปัญหาต่อไปนี้:
- ศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์และการสร้างแบบจำลองเซลล์ประสาท (เซลล์ประสาท) และโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ต่อไปและการพัฒนาองค์ประกอบและอุปกรณ์ใหม่ ๆ ของระบบอัตโนมัติและเทเลเมคานิกส์ (neurobionics)
- การวิจัยเกี่ยวกับอวัยวะรับสัมผัสและระบบการรับรู้อื่น ๆ ของสิ่งมีชีวิตเพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์และระบบการตรวจจับใหม่
- ศึกษาหลักการวางแนว ตำแหน่ง และการนำทางของสัตว์ชนิดต่างๆ เพื่อนำหลักการเหล่านี้ไปใช้ในเทคโนโลยี
- ศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยา สรีรวิทยา และชีวเคมีของสิ่งมีชีวิต เพื่อนำเสนอแนวคิดทางเทคนิคและวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ
การจำลองสิ่งมีชีวิต
การสร้างโมเดลด้วยไบโอนิคมีชัยไปกว่าครึ่ง ในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติที่เฉพาะเจาะจง ไม่เพียงแต่จะต้องตรวจสอบการมีอยู่ของคุณสมบัติของแบบจำลองที่น่าสนใจในการปฏิบัติเท่านั้น แต่ยังต้องพัฒนาวิธีการคำนวณลักษณะทางเทคนิคที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของอุปกรณ์ และเพื่อพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่รับประกันความสำเร็จ ของตัวบ่งชี้ที่จำเป็นในปัญหา
ดังนั้น โมเดลไบโอนิคหลายรุ่นก่อนที่จะได้รับการนำไปใช้ทางเทคนิค จะต้องเริ่มต้นชีวิตบนคอมพิวเตอร์เสียก่อน คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของแบบจำลองถูกสร้างขึ้น จากนั้นจะมีการรวบรวมโปรแกรมคอมพิวเตอร์ - แบบจำลองไบโอนิค เมื่อใช้โมเดลคอมพิวเตอร์ดังกล่าว พารามิเตอร์ต่างๆ ก็สามารถประมวลผลได้ในเวลาอันสั้น และข้อบกพร่องในการออกแบบสามารถขจัดออกไปได้
นี่คือวิธีการวิเคราะห์พลวัตของการทำงานของแบบจำลองบนพื้นฐานของการสร้างแบบจำลองซอฟต์แวร์ สำหรับการก่อสร้างทางเทคนิคพิเศษของแบบจำลองงานดังกล่าวมีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย แต่ภาระเป้าหมายนั้นแตกต่างกัน สิ่งสำคัญในนั้นคือการค้นหาพื้นฐานทางเทคโนโลยีการทดลองที่ดีที่สุดซึ่งสามารถสร้างคุณสมบัติที่จำเป็นของแบบจำลองได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำยิ่งขึ้น ประสบการณ์เชิงปฏิบัติของการสร้างแบบจำลอง "คลุมเครือ" ที่ไม่เป็นทางการของระบบที่ซับซ้อนอย่างยิ่งที่สะสมอยู่ในไบโอนิคมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป วิธีการฮิวริสติกจำนวนมากซึ่งมีความจำเป็นอย่างยิ่งในงานประเภทนี้ได้แพร่หลายไปแล้วในการแก้ปัญหาที่สำคัญของการควบคุมที่เหมาะสม ฟิสิกส์เชิงทดลองและทางเทคนิค ปัญหาทางเศรษฐกิจ ปัญหาของการออกแบบระบบการสื่อสารแบบแยกย่อยหลายขั้นตอน เป็นต้น
ไบโอนิคสถาปัตยกรรมและการก่อสร้าง
ไบโอนิคทางสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างศึกษากฎของการก่อตัวและโครงสร้างของเสื้อคลุมขนสัตว์ที่มีชีวิต วิเคราะห์ระบบโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตบนหลักการของการประหยัดวัสดุ พลังงาน และความมั่นใจในความน่าเชื่อถือ
ตัวอย่างที่โดดเด่นของไบโอนิคสถาปัตยกรรมเคลือบขนสัตว์คือการเปรียบเทียบโครงสร้างของลำต้นธัญพืชและอาคารสูงสมัยใหม่อย่างสมบูรณ์ ลำต้นของต้นธัญญาหารสามารถทนต่อภาระหนักได้โดยไม่หักตามน้ำหนักของช่อดอก หากลมพัดพวกมันลงกับพื้น พวกมันก็จะกลับคืนสู่ตำแหน่งแนวตั้งอย่างรวดเร็ว โครงสร้างของพวกเขาคล้ายกับการออกแบบปล่องไฟโรงงานสูงสมัยใหม่ซึ่งเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางวิศวกรรมล่าสุด โครงสร้างทั้งสองมีลักษณะกลวงอยู่ข้างใน เส้นสเคลเรนไคมาของลำต้นพืชทำหน้าที่เสริมแรงตามยาว ปล้อง (โหนด) ของลำต้นเป็นวงแหวนที่มีความแข็งแกร่ง มีช่องว่างแนวตั้งรูปไข่ตามผนังก้าน ผนังท่อมีวิธีการออกแบบเหมือนกัน บทบาทของการเสริมแรงแบบเกลียวที่วางอยู่ที่ด้านนอกของท่อในลำต้นของต้นธัญพืชนั้นมีผิวที่บาง อย่างไรก็ตาม วิศวกรหาวิธีแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ด้วยตนเอง โดยไม่ต้อง "มอง" เข้าไปในธรรมชาติ ตัวตนของโครงสร้างถูกเปิดเผยในภายหลัง
สถาปนิกชาวสเปนชื่อดัง M. R. Cervera และ J. Ploz ซึ่งเป็นกลุ่มที่กระตือรือร้นด้านไบโอนิค เริ่มค้นคว้า "โครงสร้างไดนามิก" ในปี 1985 และในปี 1991 ทั้งสองได้จัดตั้ง "Society for Supporting Innovation in Architecture" กลุ่มภายใต้การนำของพวกเขา ซึ่งรวมถึงสถาปนิก วิศวกร นักออกแบบ นักชีววิทยา และนักจิตวิทยา ได้พัฒนาโครงการ "Vertical Bionic Tower City" ภายใน 15 ปี เมืองหอคอยควรจะปรากฏในเซี่ยงไฮ้ (ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ภายใน 20 ปี ประชากรในเซี่ยงไฮ้จะสูงถึง 30 ล้านคน) เมืองหอคอยได้รับการออกแบบสำหรับผู้คน 100,000 คน โครงการนี้อิงตาม "หลักการก่อสร้างด้วยไม้"
หอคอยเมืองจะมีรูปทรงเหมือนต้นไซเปรส สูง 1,228 ม. มีเส้นรอบวงที่ฐาน 133 x 100 ม. และที่จุดที่กว้างที่สุด 166 x 133 ม. หอคอยจะมี 300 ชั้น และจะเป็น ตั้งอยู่ในบล็อกแนวตั้ง 12 บล็อก บล็อกละ 80 เมตร ระหว่างบล็อกจะมีพื้นพูดนานน่าเบื่อซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับสำหรับแต่ละระดับบล็อก ภายในบล็อกมีบ้านที่มีความสูงต่างกันพร้อมสวนแนวตั้ง การออกแบบอันประณีตนี้คล้ายกับโครงสร้างของกิ่งก้านและยอดของต้นไซเปรสทั้งหมด หอคอยจะยืนบนฐานเสาเข็มตามหลักหีบเพลงซึ่งไม่ได้ถูกฝัง แต่จะพัฒนาในทุกทิศทางเมื่อสูงขึ้น - คล้ายกับการพัฒนาระบบรากของต้นไม้ ความผันผวนของลมที่ชั้นบนลดลง: อากาศไหลผ่านโครงสร้างหอคอยได้อย่างง่ายดาย เพื่อปกปิดหอคอย จะใช้วัสดุพลาสติกชนิดพิเศษที่เลียนแบบพื้นผิวที่มีรูพรุนของหนัง หากการก่อสร้างประสบความสำเร็จ ก็มีแผนจะสร้างเมืองก่อสร้างดังกล่าวอีกหลายแห่ง
ในด้านสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างไบโอนิค ให้ความสนใจอย่างมากกับเทคโนโลยีการก่อสร้างใหม่ๆ ตัวอย่างเช่นในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีการก่อสร้างที่มีประสิทธิภาพและปราศจากขยะ ทิศทางที่มีแนวโน้มคือการสร้างโครงสร้างแบบชั้น แนวคิดนี้ยืมมาจากหอยทะเลน้ำลึก เปลือกหอยที่ทนทาน เช่น หอยเป๋าฮื้อทั่วไป ประกอบด้วยแผ่นแข็งและอ่อนสลับกัน เมื่อแผ่นแข็งแตก การเสียรูปจะถูกดูดซับโดยชั้นที่อ่อนนุ่ม และรอยแตกจะไม่ไปไกลกว่านี้ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อปกปิดรถยนต์ได้อีกด้วย
นิวโรไบโอนิกส์
นิวโรไบโอนิกส์ศึกษาการทำงานของสมองและสำรวจกลไกของความจำ อวัยวะรับความรู้สึกของสัตว์ กลไกภายในของปฏิกิริยาต่อ สิ่งแวดล้อมทั้งในสัตว์และพืช ทิศทางหลัก นิวโรไบโอนิกส์เป็นการศึกษาสรีรวิทยาของระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์ และการสร้างแบบจำลองของเซลล์ประสาท-เซลล์ประสาทและโครงข่ายประสาทเทียม ทำให้สามารถปรับปรุงและพัฒนาสถาปัตยกรรมด้านอิเล็กทรอนิกส์และ