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INTRODUCCIÓN

BIONICS - dirección en biología y cibernética; estudia las características estructurales y funciones vitales de los organismos con el fin de crear nuevos dispositivos, mecanismos, sistemas y mejorar los existentes.

El hombre a menudo aprende de la naturaleza, creando herramientas y dispositivos que la naturaleza utiliza a lo largo de los años, perfeccionando sus habilidades en el proceso de evolución. A menudo utilizamos herramientas como alicates, martillos, peines, cepillos y mucho más y no pensamos en cómo surgieron. Originalmente este creador era la naturaleza. Tiene muchas herramientas, sólo que están hechas aún mejor, son de mayor calidad y más precisas que las herramientas técnicas. No están hechos de metal, sino, por ejemplo, de quitina, como los insectos. Mientras estudiaba ciencias, Biónica, surgieron preguntas. ¿Cuánta gente conoce esta ciencia? ¿Y qué dispositivos y herramientas creados por la naturaleza utilizamos en casa? ¿Puede una persona prescindir de estas herramientas?

Hipótesis: Supusimos que una persona a menudo utiliza herramientas creadas por la naturaleza en su vida diaria y no puede prescindir de ellas.

objetivo del trabajo: Estudio de las herramientas encontradas en el apartamento de la familia estadística media.

Investigar objetivos:

1. Observe la variedad de herramientas en el apartamento y estudie cómo la naturaleza utilizó originalmente este objeto.
2. Determine para qué se utilizan las herramientas y si es posible prescindir de ellas.
3. Realizar una encuesta entre los estudiantes sobre sus conocimientos de la ciencia - BIONICS, objetos de su investigación y aplicación del conocimiento en la práctica.
4. Creación de un folleto para familiarizar a los estudiantes con la ciencia - BIONICS.

Objeto de estudio: herramientas utilizadas por el hombre.

Tema de estudio: conocimiento sobre la naturaleza utilizado por los humanos para crear herramientas.

Métodos de búsqueda: encuesta sociológica, investigación de herramientas utilizadas por las personas, creación de un folleto.

REVISIÓN DE LITERATURA

1.1 La ciencia, BIONICS, se formó en la segunda mitad del siglo XX. Biónica: “BIOLOGÍA” y “TECHNIKA”, que significa “aprender tecnología de la naturaleza”. mañana", que traerá mayores beneficios al hombre y a la naturaleza que la tecnología que existe hoy. (recurso de Internet)

La biónica tiene un símbolo: un bisturí cruzado, un soldador y un signo integral.

BIONICS es una ciencia que linda con la biología y la tecnología, que resuelve problemas de ingeniería basados ​​en el modelado de la estructura y funciones vitales del cuerpo.

Con el desarrollo de la aviación, los aviones también mejoraron. Sin embargo, largo tiempo El terrible flagelo de la aviación de alta velocidad fue el aleteo: vibraciones de las alas que aparecían repentinamente a cierta velocidad, lo que llevó al hecho de que los aviones de los diseños más duraderos se desmoronaban en el aire en unos pocos segundos. Después de numerosos accidentes, los diseñadores aprendieron a afrontar este desastre: empezaron a fabricar alas con un engrosamiento al final. Y solo entonces encontraron exactamente los mismos engrosamientos quitinosos en los extremos de las alas de las mariposas.

Al observar a los crustáceos y cómo los agarran con sus garras, los científicos idearon unas cómodas pinzas médicas que todavía se utilizan en la actualidad.

Modelar el órgano de una medusa que detecta infrasonidos ha permitido crear un dispositivo técnico que avisa con muchas horas de antelación de la aparición de una tormenta e indica la dirección de donde vendrá.

La forma aerodinámica del tiburón y su estructura externa se convirtieron en el prototipo de los submarinos modernos. El calamar, tomando agua, la empuja con fuerza. Esto le ayuda a moverse a gran velocidad. El hombre aplicó este principio para crear un motor a reacción [2].

Durante el vuelo, un murciélago se orienta mediante el reflejo de la luz que genera continuamente. ondas sonoras. El aparato de localización de los ratones es más preciso que la radio y el sonar fabricados por el hombre.

Gustav Eiffel hizo un dibujo de la Torre Eiffel en 1889. Esta estructura se considera uno de los primeros ejemplos claros del uso de la biónica en ingeniería. Hermann von Meyer examinó la estructura ósea de la cabeza del fémur donde se curva y entra en ángulo en la articulación.

2. EXPERIMENTAL

Objeto de estudio:ciencia - BIÓNICA.

2.1 Realización de una encuesta sociológica

Para realizar una encuesta sociológica escolar, se compilaron 8 preguntas de opción múltiple (Apéndice 1).

La encuesta se realizó entre estudiantes de 5to a 9no grado. Un total de 126 encuestados. Cuadro de resultados de la encuesta No. 1 (Anexo 2.)

La primera pregunta reveló la idea de la ciencia misma: la biónica. Según la formulación de la pregunta, casi todos los estudiantes acertaron, respondiendo la misma fue el 95,5%. Aunque muchos afirmaban que no tenían idea de lo que estudiaba esta ciencia. Revelamos el concepto: BIONICS y luego continuamos respondiendo preguntas. Los alumnos de quinto grado hicieron el peor trabajo (63,8%) y los de noveno grado hicieron el mejor (93%). Esto habla de una gran cantidad de conocimientos adquiridos durante 9 años de escolarización. Pero a partir de las respuestas (Apéndice 2, Tabla No. 2) se puede rastrear y ver que para todos la pregunta más fácil fue la número 5, casi todos respondieron correctamente. Y la pregunta más difícil resultó ser la número 8. Solo 9, muchos pudieron responder correctamente, ya que estudiaron anatomía humana en su totalidad.

2.2 Estudio de las herramientas utilizadas por el ser humano.

2.2.1Herramienta: Alicates combinados(Anexo 3. Cuadro No. 1)

Objeto natural: Ácaros de la hormiga león- La hormiga león se alimenta de larvas de insectos. Rompe embudos en la arena; si una hormiga cae en esta trampa, la hormiga león arroja arena tras ella, impidiendo así que vuelva a salir. Para ello utiliza sus alicates como pala para arena. Cuando succiona el contenido de su víctima, expulsa el caparazón vacío del embudo. Los ácaros hormiga león pueden esparcir arena, agarrar a sus presas y morderlas; Actúan como una jeringa, una pequeña bomba de succión o una herramienta arrojadiza. Por tanto, representan un tipo de ácaro combinado con seis funciones.[ 1 ]

Usando la herramienta: La mayoría de las veces, cuando se trabaja, se utilizan alicates que pueden realizar cuatro funciones. Sus extremos de agarre tienen superficies de contacto ranuradas y, por lo tanto, pueden sujetar, por ejemplo, una hoja de estaño. El hueco de estos alicates tiene dientes que permiten girar el tubo. Las curvas de la herramienta se cruzan en los lados, lo que permite cortar el cable. También se pueden utilizar para clavar clavos.

Conclusión: Los alicates combinados son fáciles de usar porque reemplazan varias herramientas.

2.2.2 herramienta:Pinzas(Anexo 3. Cuadro No. 2)

Objeto natural: ingeniosos- un gran correlimos de la familia de las agachadizas con un pico muy largo y patas largas. Con su largo pico de 15 centímetros palpan el suelo, clavándolo en el suelo blando. Al mismo tiempo, la punta del pico del pájaro se abre y se cierra en el momento adecuado. Esto le facilita atrapar pequeños gusanos y otras presas.

El pico es una herramienta combinada. Antes de capturar la comida, el pico se comprime y sirve como herramienta de recolección y búsqueda. Sólo en lo profundo del suelo se abre, como dos hojas de pinzas, que en este caso cumplen la función de un mecanismo de agarre que funciona con precisión.[ 1 ]

Usando la herramienta: Los extremos afilados de las pinzas penetran fácilmente debajo de la capa superior de los objetos. Apretando ambas mitades de las pinzas con los dedos, podrás agarrar incluso los objetos más pequeños. Si las sueltas, las pinzas se abrirán y soltarán el objeto.

Conclusión: Las pinzas son necesarias para trabajar con objetos pequeños, ya que los dedos humanos no pueden realizar manipulaciones precisas con dichos objetos.

2.2.3Herramienta:Navaja(Anexo 2. Cuadro No. 3)

Objeto natural:Escarabajo pelotero Vive en suelos blandos y estiércol. Para impulsarse, utiliza paletas especiales que se encuentran en la parte inferior de sus piernas. Cuando el escarabajo no los necesita, puede colocar su pata en el surco de la tibia y luego meter la tibia en el nicho del muslo. De esta forma se colocan sus herramientas ahorrando espacio.[ 1 ]

Usando la herramienta:Navaja consta de muchas partes separadas: cuchillas grandes y pequeñas, tijeras, sacacorchos, abridor de botellas, destornillador, palillo de dientes, etc. Todos estos elementos se colocan en un espacio reducido. Puedes poner un cuchillo de este tipo en el bolsillo de tu pantalón sin lastimarte. Así, el hombre ha desarrollado todo un sistema para ahorrar espacio, tal como lo hizo el pequeño escarabajo pelotero con sus palas excavadoras.

Conclusión: La navaja tiene capacidad para varios diferentes instrumentos, al mismo tiempo es muy compacto y ocupa poco espacio.

2.2.4Herramienta:Taladros(Anexo 3. Cuadro No. 4)

Objeto natural:ACERCA DEcolacuerno de coníferas sa. El ovipositor de la gran avispa colacuerno de las coníferas, cuando se prepara para poner huevos, se arrastra a lo largo de la rama hasta el tronco del árbol,

gira la parte posterior de su cuerpo hacia él, libera el ovipositor y lo coloca cómodamente. El insecto “perfora” pequeños agujeros en el árbol hasta una profundidad de unos dos centímetros. Si el árbol es conífero, tardará unos 20 minutos. Cuando el agujero está listo, la avispa utiliza su ovipositor largo, hueco y parecido a un taladro para colocar sus huevos allí.[1]

Usando la herramienta: Para perforar agujeros para tacos, pernos y tornillos, se utilizan taladros que, en apariencia y principio de funcionamiento, son similares al ovipositor de la gran avispa cola de cuerno de las coníferas. A diferencia del ovipositor de la gran avispa cola de cuerno de las coníferas, los taladros técnicos realizan una sola función: solo pueden perforar.

Conclusión: Un taladro es necesario y muy conveniente para perforar agujeros en varios materiales de construcción(madera, hormigón, metal).

2.2.5Herramienta:Cierre de velcro(Anexo 3. Cuadro No. 5)

Objeto natural:Bardana. Los frutos de la bardana muestran lo necesarios que son los anzuelos. En los frutos de bardana, hay muchas formas de que las propias plantas dispersen las semillas. Sus frutos, que tienen más de 200 ganchos, están adheridos al pelaje de los animales. Los animales los llevan consigo y luego se los sacuden.[ 1 ]

Usando la herramienta: Con su ayuda puedes, por ejemplo, abrochar calzado deportivo; En este caso, ya no se necesitan cordones. Además, la longitud se puede ajustar fácilmente: esta es una de sus ventajas.

Conclusión: El velcro es muy cómodo. Ahorra tiempo para sujetar zapatos y ropa, etc. Incluso un bebé puede ponerse los zapatos sin la ayuda de un adulto.

2.2.6Herramienta:Ventosas técnicas(Anexo 3. Cuadro No. 6)

Objeto natural:Pulpo inventó un método sofisticado para cazar a su presa: la cubre con tentáculos y chupa cientos de ventosas, cuyas filas enteras se encuentran en los tentáculos. También lo ayudan a moverse sobre superficies resbaladizas sin deslizarse.[ 1 ]

Usando la herramienta: Cuando hay superficies lisas, se suelen utilizar ventosas. En la vida cotidiana se utilizan principalmente en la cocina y el baño. Cuando el gancho de la ventosa se presiona contra los azulejos del baño, se crea un espacio de vacío.

Conclusión: Las ventosas técnicas son muy cómodas en la vida cotidiana, sin necesidad de clavos ni pegamento, pueden sujetar diversos objetos (ganchos para toallas, jaboneras, alfombras de baño, etc.).

2.2.7Herramienta:Batería(Anexo 3. Cuadro No. 7)

Objeto natural:Anguila electrica Puede emitir descargas eléctricas de hasta 700 voltios, con las que puede aturdir o matar a los enemigos y a sus presas. El órgano eléctrico que genera voltaje está formado por músculos especiales. El voltaje, como en una batería, se crea mediante un flujo de iones y se descarga mediante una serie de descargas, una tras otra.[ 1 ]

Usando la herramienta En cada hogar hay una gran cantidad de dispositivos que funcionan con baterías (relojes, linternas).

Conclusión: La batería es indispensable para muchos electrodomésticos, incluso si se corta la electricidad: ¡la batería nos salvará!

2.2.8 Herramienta:Aguja de inyección(Anexo 3. Cuadro No. 8)

Objeto natural:Avispa. Picadura de avispa. La longitud de la picadura de una avispa no supera los 3 mm y el grosor es de 0,001 mm. Si la avispa está en peligro, lo utiliza como protección. La picadura se absorbe fácilmente en la piel humana y se convierte en una pequeña daga. Al mismo tiempo es una jeringa para inyección.[ 1 ]

Usando la herramienta: Inyecciones intravenosas e intramusculares.

Conclusión: Muchas personas guardan jeringas para inyecciones en el botiquín de su casa para uso de emergencia.

CONCLUSIÓN

Durante el trabajo, se encuestó a los estudiantes sobre su comprensión de la ciencia de la Biónica. Al final resultó que, muchas personas no conocen esta ciencia, pero basándose en las indicaciones para elegir una respuesta, pueden imaginar lo que hace.

También se examinaron las herramientas que se encuentran en el apartamento y que se utilizan para el fin previsto. Estas herramientas y dispositivos fueron creados por el hombre utilizando conocimientos sobre la naturaleza.

Esta es la base de la invención. ácaros combinados es el principio de funcionamiento ácaros hormiga león. Esta herramienta es multifuncional y conveniente a la hora de renovar un apartamento. Pinzas repite el pico ingenioso, muy conveniente cuando se trabaja con objetos pequeños. Navaja imita una pierna con omóplatos escarabajo pelotero- compacto y multifuncional. Es insustituible al acampar, viajar, almacenar y transportar, se observan precauciones de seguridad. Perforar,como Ioviscaptoenavispa colacuerno de coníferas, necesario y muy conveniente para perforar agujeros en diversos materiales de construcción (madera, hormigón, metal) durante la construcción y reparación. Cierres velcro tan pegajoso como frutos de bardana. Muy conveniente para sujetar bolsos, zapatos y ropa. Y ahorran tiempo especialmente a las madres de niños pequeños, porque es más fácil para un niño lidiar con los velcros de los zapatos que con los cordones. Siempre es una lástima hacer un agujero en un hermoso azulejo con un taladro, una salida. ventosas técnicas. Son indispensables en el baño, ya que sujetan firmemente ganchos, jaboneras, estantes sin pegamento ni clavos, como chupones de pulpo. Es imposible imaginar cualquier apartamento o casa sin baterias, se usan en relojes, teléfonos, linternas, ¡nunca se sabe dónde! Y el principio de funcionamiento de la batería es el mismo que el de un órgano eléctrico. Anguila electrica. Mucha gente los guarda en el botiquín de su casa. jeringuillas de inyección para asistencia de emergencia. No es la tecnología, sino la naturaleza la que crea las jeringas de inyección más efectivas y delgadas, como picadura de avispa. Desafortunadamente, la tecnología aún no ha creado agujas con forma de aguijón que no se doblen ni se rompan. Si fuera posible crear este tipo de jeringas para inyección, las vacunas, por ejemplo, serían casi indoloras.

Estudiando cómo el hombre aplica su conocimiento de la naturaleza para crear herramientas. Y examinar las herramientas en el apartamento, cómo las usa una persona. Confirmamos nuestra hipótesis, de hecho, El hombre utiliza a menudo en su vida diaria herramientas creadas por la naturaleza y no puede prescindir de ellas.

A partir de los resultados del trabajo, se creó un folleto que se puede utilizar en lecciones sobre el mundo circundante. Y brinde a los estudiantes una idea sobre la ciencia: BIONICS.

LISTA BIBLIOGRAFICA

1. Vorontsova Z.S. Taller de naturaleza. - M.: “Bellas Artes”, 1981 - 32 postales.

1. Nakhtigal V.N. Gran serie de conocimientos. BIÓNICA. - M.: Book World LLC, 2003 - 128 p.

Sitio web:

1. Diccionarios y enciclopedias sobre ACADÉMICOhttps://dic.academic.ru/
2. http://www.microarticles.ru/

3.https://www.google.ru/search?q=symbol+biónica

Anexo 1.

Preguntas de la encuesta sociológica:

1. ¿Cómo se llama una ciencia cuyo objetivo es utilizar el conocimiento biológico para resolver problemas de ingenieria y el desarrollo tecnológico?

un diseño; b) planificación; c) biónica +

1. ¿Qué estudió el fundador de la aerodinámica N.E.? ¿Zhukovsky? A partir de sus investigaciones apareció la aviación.

a) física; b) construcción naval;

1. Los aviones más avanzados en la naturaleza tienen...

a) insectos +; b) reptiles; c) hojas de árboles

1. Por analogía con el principio subyacente a la ecolocalización en los murciélagos, ...

b) radares; c) otra tecnología

1. ¿Qué animales tienen actividad eléctrica?

a) pescado +; b) ratones; c) lunares

1. El uso de la biónica en medicina es...

a) creación de medicamentos; b) construcción de instituciones médicas;

1. ¿Qué estructura copian los modernos? casas de varios pisos donde vive la gente?

a) tallos de cereales +; b) hierbas; c) arbustos

1. ¿Qué principio subyace a la estructura de la Torre Eiffel?

Apéndice 2.

Resultados de una encuesta sociológica.

mesa número 1

Pregunta	Respuesta
1. ¿Cómo se llama la ciencia cuyo objetivo es utilizar el conocimiento biológico para resolver problemas de ingeniería y desarrollar tecnología? un diseño; b) planificación; c) biónica +	Total: 95,5%
2. ¿Qué estudió el fundador de la aerodinámica N.E.? ¿Zhukovsky? A partir de sus investigaciones apareció la aviación. a) física; b) construcción naval; c) el mecanismo de vuelo de las aves y las condiciones que les permiten volar libremente en el aire +	En general - 86%
3. La naturaleza tiene un avión más avanzado... a) insectos +; b) reptiles; c) hojas de árboles	En general: 88,7%
4. Por analogía con el principio subyacente a la ecolocalización en los murciélagos, ... a) modelos de dispositivos localizadores para personas ciegas +; b) radares; c) otra tecnología	Generales - 54%
5. ¿Qué animales tienen actividad eléctrica? a) pescado +;	En general: 94,7%
6. El uso de la biónica en medicina es... a) creación de medicamentos; b) construcción de instituciones médicas; c) creación de órganos artificiales capaces de funcionar en simbiosis con el cuerpo humano +	Generales - 83%
7. ¿Qué estructura copian los edificios modernos de varios pisos en los que vive la gente? a) tallos de cereales +; c) arbustos	Generales - 73%
8. ¿Qué principio subyace a la estructura de la Torre Eiffel? a) el principio de estructura de los tallos de las plantas; b) el principio de estructura de los huesos humanos +; c) el principio de la estructura del esqueleto del insecto	Generales - 40%

Cuadro comparativo de resultados de encuestas sociológicas.

mesa número 2

5to grado (38 personas)	Séptimo grado (35 personas)	Octavo grado (25 personas)	Noveno grado (28 personas)
1. pregunta - 82% 2. pregunta - 68% 3. pregunta - 74% 4. pregunta - 55% 5. pregunta - 95% 6. pregunta - 78% 7. pregunta - 32% 8. pregunta - 26% Resultado - 63,8%	1 pregunta - 100 % 2. pregunta - 89 % 3. pregunta - 89 % 4. pregunta - 37% 5. pregunta - 84 % 6. pregunta - 79% 7. pregunta - 89 % 8. pregunta - 26% Resultado - 74%	1 pregunta - 100 % 2. pregunta - 92% 3. pregunta - 92% 4. pregunta - 32% 5. pregunta - 100% 6. pregunta - 84% 7. pregunta - 80% 8. pregunta - 36% Resultado - 77%	1 pregunta - 100 % 2. pregunta - 96% 3. pregunta - 100 % 4. pregunta - 92% 5. pregunta - 100% 6. pregunta - 92% 7. pregunta - 92% 8. pregunta - 72% Resultado - 93%

Apéndice 3.

Máximo Stúlnikov

Trabajo de investigación sobre el tema "Biónica: la ciencia de mayores posibilidades".

Descargar:

Avance:

Conferencia científica y práctica regional.

en el marco del foro regional de jóvenes

"¡El futuro somos nosotros!"

Dirección de ciencias naturales (física, biología)

Trabajo de investigación sobre el tema.

"Biónica: la ciencia de mayores posibilidades"

Institución educativa presupuestaria municipal "Escuela organizada n.º 7" en Petrovsk, región de Saratov

Líderes:

Filyanina Olga Alexandrovna,

Profesora de Química y Biología

Gerasimova Natalia Anatolevna,

Profesor de matemáticas y física,

Petrovsk

abril 2014

1. Introducción págs. 3-4
2. De la antigüedad a la modernidad. págs. 5-6
3. Secciones biónicas:

3.1. biónica de arquitectura y construcción; págs. 6-8

3.2. biomecánica; págs.8-12

3.3. neurobiónica. págs.13-14

4. Grandes pequeñas cosas, “vistas desde la naturaleza”. págs. 14-15

5. Conclusión página 16

6. Literatura y recursos de Internet utilizados. página 16

Pájaro -

Activo

Según la ley matemática.

herramienta,

Para hacer lo cual,

en el poder humano...

leonardo da vinci.

¿Te gustaría volar sobre coches de un salto, moverte como Spider-Man, detectar enemigos a varios kilómetros de distancia y doblar vigas de acero con las manos? Debemos suponer que sí, pero desgraciadamente esto no es realista. Por ahora no es realista...

Desde la creación del mundo, el hombre se ha interesado por muchas cosas: por qué el agua moja, por qué el día sigue a la noche, por qué olemos el aroma de las flores, etc. Naturalmente, el hombre intentó encontrar una explicación a esto. Pero cuanto más aprendía, más preguntas surgían en su mente: ¿puede una persona volar como un pájaro, nadar como un pez, cómo “saben” los animales la proximidad de una tormenta, un terremoto inminente, una próxima erupción volcánica? ¿Es posible crear inteligencia artificial?

Hay muchas preguntas de "por qué"; a menudo estas preguntas no se interpretan científicamente, dando lugar a ficción y superstición. Para ello, es necesario tener buenos conocimientos en muchas áreas: física y química, astronomía y biología, geografía y ecología, matemáticas y tecnología, medicina y espacio.

¿Existe una ciencia que combine todo y pueda combinar lo incongruente? ¡Resulta que existe!

Artículo mi investigación - la ciencia de la biónica - “ BIO Logia” y “Tech NIKA”.

Objeto del trabajo de investigación:la necesidad del surgimiento de la ciencia de la biónica, sus capacidades y límites de aplicabilidad.

Para hacer esto, puedes poner una fila. tareas:

1. Descubra qué es la “biónica”.

2. Trazar la historia del desarrollo de la ciencia “Biónica”: de la antigüedad a la modernidad y su relación con otras ciencias.

3. Identificar las principales secciones de la biónica.

4. Por qué debemos agradecer a la naturaleza: las posibilidades abiertas y los misterios de la biónica.

Métodos de búsqueda:

Teórico:

- estudio de artículos científicos, literatura sobre el tema.

Práctico:

Observación;

Generalización.

Significado práctico.

Creo que mi trabajo será útil e interesante para una amplia gama de estudiantes y profesores, ya que todos vivimos en la naturaleza de acuerdo con las leyes que ella creó. Una persona sólo debe dominar hábilmente el conocimiento para poder traducir en tecnología todos los indicios de la naturaleza y revelar sus secretos.

De la antigüedad a los tiempos modernos

La biónica, una ciencia aplicada que estudia la posibilidad de combinar organismos vivos y dispositivos técnicos, se está desarrollando hoy a un ritmo muy rápido.

El deseo de tener capacidades que superen las que nos ha dado la naturaleza está muy dentro de cada persona; cualquier preparador físico o cirujano plástico lo confirmará. Nuestros cuerpos tienen una adaptabilidad increíble, pero hay algunas cosas que no pueden hacer. Por ejemplo, no sabemos hablar con quienes están fuera del alcance de nuestro oído, no podemos volar. Por eso necesitamos teléfonos y aviones. Para compensar sus imperfecciones, la gente ha utilizado durante mucho tiempo varios dispositivos "externos", pero con el desarrollo de la ciencia, las herramientas gradualmente se hicieron más pequeñas y se acercaron a nosotros.

Además, todo el mundo sabe que si algo le sucede a su cuerpo, los médicos realizarán “reparaciones” utilizando las tecnologías médicas más modernas.

Si juntamos estos dos conceptos simples, podemos hacernos una idea del siguiente paso en la evolución humana. En el futuro, los médicos no sólo podrán restaurar organismos "dañados" o "fuera de servicio", sino que también comenzarán a mejorar activamente a las personas, haciéndolas más fuertes y más rápidas de lo que la naturaleza controla. Ésta es precisamente la esencia de la biónica, y hoy nos encontramos en el umbral del surgimiento de un nuevo tipo de persona. Quizás uno de nosotros se convierta en eso...

Leonardo da Vinci es considerado el progenitor de la biónica. Sus dibujos y diagramas de aviones se basaron en la estructura del ala de un pájaro. Hoy en día, según los dibujos de Leonardo da Vinci, el modelado se realizó repetidamente. ornitópteros (del griego órnis, género órnithos - pájaro y pterón - ala), volante , un avión más pesado que el aire con alas batientes). Entre los seres vivos, las aves, por ejemplo, utilizan movimientos de aleteo para volar.

Entre los científicos modernos, se puede nombrar el nombre de Osip M.R. Delgado.

Con la ayuda de sus dispositivos radioelectrónicos, estudió las características neurológicas y físicas de los animales. Y a partir de ellos intenté desarrollar algoritmos para controlar los organismos vivos.

Biónica (del griego Biōn - elemento de la vida, literalmente - vivo), una ciencia que limita con la biología y la tecnología, que resuelve problemas de ingeniería basándose en el modelado de la estructura y funciones vitales de los organismos. La biónica está estrechamente relacionada con la biología, la física, la química, la cibernética y las ciencias de la ingeniería: electrónica, navegación, comunicaciones, asuntos marítimos, etc. /BSE.1978/

Se considera que el año formal de nacimiento de la biónica es 1960 Los científicos biónicos eligieron como emblema un bisturí y un soldador, conectados por un signo integral, y su lema es “Los prototipos vivos son la clave para las nuevas tecnologías.».

Muchos modelos biónicos, antes de recibir implementación técnica, comienzan su vida en una computadora, donde programa de computadora– modelo biónico.

Hoy la biónica tiene varias direcciones.

Secciones biónicas

1. Biónica de arquitectura y construcción.

Un ejemplo sorprendente de biónica arquitectónica y de construcción: completoanalogía de la estructura de los tallos de cerealesy modernos edificios de gran altura. Los tallos de las plantas de cereales son capaces de soportar cargas pesadas sin romperse bajo el peso de la inflorescencia. Si el viento los inclina hacia el suelo, rápidamente recuperan su posición vertical. ¿Cuál es el secreto? Resulta que su estructura es similar al diseño de los rascacielos modernos. tuberías de fábrica - uno de los últimos logros del pensamiento de ingeniería.

Los famosos arquitectos españoles M.R. Cervera y H. Ploz, defensores activos de la biónica, comenzaron a investigar "estructuras dinámicas" en 1985 y en 1991 organizaron la "Sociedad de Apoyo a la Innovación en Arquitectura". Un grupo bajo su liderazgo, que incluía arquitectos, ingenieros, diseñadores, biólogos y psicólogos, desarrolló el proyecto “Ciudad vertical de la torre biónica" En 15 años debería aparecer una ciudad torre en Shanghai (según los científicos, en 20 años la población de Shanghai podría llegar a 30 millones de personas). La ciudad torre está diseñada para 100 mil personas, el proyecto se basa en el "principio de la construcción con madera".

La ciudad torre tendrá la forma ciprés Con una altura de 1128 m y una circunferencia en la base de 133 por 100 m, y en su punto más ancho de 166 por 133 m, la torre tendrá 300 pisos, que se ubicarán en 12 bloques verticales de 80 pisos.

Con motivo del centenario de la Revolución Francesa, se organizó una exposición mundial en París. En el territorio de esta exposición se planeó erigir una torre que simbolizaría la grandeza revolución Francesa y los últimos avances en tecnología. Al concurso se presentaron más de 700 proyectos; el mejor fue premiado como el proyecto del ingeniero de puentes Alexandre Gustave Eiffel. A finales del siglo XIX, la torre que lleva el nombre de su creador asombró al mundo entero por su calado y belleza. La torre de 300 metros se ha convertido en una especie de símbolo de París. Hubo rumores de que la torre fue construida según los dibujos de un científico árabe desconocido. Y sólo después de más de medio siglo, biólogos e ingenieros hicieron un descubrimiento inesperado: el diseño Torre Eiffel repite exactamente la estructura del grande tibia , soportando fácilmente el peso del cuerpo humano. Incluso los ángulos entre las superficies de carga coinciden. Este es otro ejemplo ilustrativo de la biónica en acción.

En la biónica de la arquitectura y la construcción se presta mucha atención a las nuevas tecnologías de construcción. Por ejemplo, en el ámbito del desarrollo de sistemas eficientes y libres de residuos tecnologías de construcción dirección prometedora es la creaciónestructuras en capas. La idea fue tomada prestada demoluscos de aguas profundas. Sus conchas duraderas, como las del abulón, están formadas por placas duras y blandas que se alternan. Cuando una placa dura se agrieta, la deformación es absorbida por la capa blanda y la grieta no avanza. Esta tecnología también se puede utilizar para cubrir coches.

2. Biomecánica

Localizadores de naturaleza. Barómetros y sismógrafos en vivo.

La investigación más avanzada en biónica es el desarrollo de medios biológicos de detección, navegación y orientación; un conjunto de estudios relacionados con el modelado de las funciones y estructuras del cerebro de animales superiores y humanos; creación de sistemas de control bioeléctrico e investigación sobre el problema "hombre-máquina". Estas áreas están estrechamente relacionadas entre sí. ¿Por qué la naturaleza está tan por delante del hombre en el nivel actual de desarrollo tecnológico?

Se sabe desde hace mucho tiempo que las aves, los peces y los insectos reaccionan con mucha sensibilidad y precisión a los cambios climáticos. El vuelo bajo de las golondrinas presagia una tormenta. Por la acumulación de medusas cerca de la orilla, los pescadores sabrán que pueden salir a pescar, el mar estará en calma.

Animales - "biosinópticos"por naturaleza están dotados de "dispositivos" ultrasensibles únicos. La tarea de la biónica no es sólo encontrar estos mecanismos, sino también comprender su acción y recrearla en circuitos, dispositivos y estructuras electrónicos.

El estudio del complejo sistema de navegación de peces y aves, que recorren miles de kilómetros durante las migraciones y regresan infaliblemente a sus lugares para desovar, invernar y criar polluelos, contribuye al desarrollo de sistemas de seguimiento, orientación y reconocimiento de objetos altamente sensibles.

Muchos organismos vivos tienen sistemas analíticos que los humanos no tenemos. Por ejemplo, los saltamontes tienen un tubérculo en el duodécimo segmento antenal que detecta la radiación infrarroja. Los tiburones y las rayas tienen canales en la cabeza y en la parte anterior del cuerpo que perciben cambios de temperatura de 0,10 C. Los caracoles, las hormigas y las termitas tienen dispositivos que perciben la radiación radiactiva. Muchos reaccionan a los cambios en el campo magnético (principalmente aves e insectos que realizan migraciones de larga distancia). Los búhos, los murciélagos, los delfines, las ballenas y la mayoría de los insectos perciben vibraciones infrasónicas y ultrasónicas. Los ojos de una abeja reaccionan a la luz ultravioleta y los de una cucaracha a la infrarroja.

El órgano sensible al calor de la serpiente de cascabel detecta cambios de temperatura de 0,0010 C; el órgano eléctrico de los peces (rayas, anguilas eléctricas) percibe potenciales de 0,01 microvoltios, los ojos de muchos animales nocturnos reaccionan a cuantos de luz individuales, los peces perciben un cambio en la concentración de una sustancia en el agua de 1 mg/m3 (=1 µg/l).

Hay muchos más sistemas de orientación espacial, cuya estructura aún no se ha estudiado: las abejas y las avispas están bien orientadas por el sol, las mariposas macho (por ejemplo, el ojo del pavo real nocturno, la polilla halcón cabeza de la muerte, etc.) encuentran una hembra en una distancia de 10 kilómetros. Las tortugas marinas y muchos peces (anguilas, esturiones, salmones) nadan a varios miles de kilómetros de sus costas nativas y sin lugar a dudas regresan para desovar y desovar en el mismo lugar donde comenzaron su camino de la vida. Se supone que tienen dos sistemas de orientación: distante, según las estrellas y el sol, y cercano, según el olfato (la química de las aguas costeras).

Los murciélagos suelen ser pequeños y, seamos honestos, para muchos de nosotros son criaturas desagradables e incluso repulsivas. Pero resultó que los tratamos con prejuicios, cuya base, por regla general, son varios tipos de leyendas y creencias que se desarrollaron en la época en que la gente creía en los espíritus y los espíritus malignos.

El murciélago es un objeto único para los científicos en bioacústica. Puede navegar con total libertad en completa oscuridad, sin chocar con obstáculos. Además, al tener mala vista, el murciélago detecta y atrapa pequeños insectos sobre la marcha, distingue un mosquito volador de una mota que se mueve con el viento, un insecto comestible de una mariquita insípida.

El científico italiano Lazzaro Spallanzani se interesó por primera vez en esta inusual habilidad de los murciélagos en 1793. Al principio intentó descubrir de qué manera los diferentes animales encuentran su camino en la oscuridad. Logró establecer: los búhos y otras criaturas nocturnas ven bien en la oscuridad. Es cierto que, en completa oscuridad, resulta que ellos también quedan indefensos. Pero cuando empezó a experimentar con murciélagos Entonces descubrí que una oscuridad tan completa no era un obstáculo para ellos. Luego Spallanzani fue más allá: simplemente privó de la vista a varios murciélagos. ¿Y qué? Esto no cambió nada en su comportamiento; eran tan excelentes cazando insectos como las personas videntes. Spallanzani se convenció de ello cuando abrió el estómago de ratones experimentales.

El interés por el misterio creció. Especialmente después de que Spallanzani conociera los experimentos del biólogo suizo Charles Jurin, quien en 1799 llegó a la conclusión de que los murciélagos pueden vivir sin visión, pero cualquier daño auditivo grave para ellos es fatal. Tan pronto como se taparon los oídos con tubos especiales de cobre, comenzaron a chocar a ciegas y al azar con todos los obstáculos que aparecían en su camino. Además, diversos experimentos han demostrado que las alteraciones en el funcionamiento de los órganos de la visión, el tacto, el olfato y el gusto no tienen ningún efecto sobre el vuelo de los murciélagos.

Los experimentos de Spallanzani fueron sin duda impresionantes, pero claramente se adelantaron a su tiempo. Spallanzani no pudo responder a la pregunta principal y científicamente correcta: si no es el oído o la visión, ¿qué es lo que, en este caso, ayuda a los murciélagos a navegar tan bien en el espacio?

En ese momento, no sabían nada sobre los ultrasonidos, ni que los animales pudieran tener otros órganos (sistemas) de percepción, además de oídos y ojos. Por cierto, con este espíritu algunos científicos intentaron explicar los experimentos de Spallanzani: dicen que los murciélagos tienen un sutil sentido del tacto, cuyos órganos se encuentran, muy probablemente, en las membranas de sus alas...

El resultado final fue que los experimentos de Spallanzani quedaron en el olvido durante mucho tiempo. Sólo en nuestro tiempo, cien s. años extra Posteriormente se resolvió el llamado “problema de los murciélagos spallanzanianos”, como lo denominaron los propios científicos. Esto fue posible gracias a la aparición de nuevas herramientas de investigación basadas en la electrónica.

El físico G. Pierce de la Universidad de Harvard pudo descubrir que los murciélagos producen sonidos que se encuentran más allá del umbral de audibilidad del oído humano.

Elementos aerodinámicos.

El fundador de la aerodinámica moderna, N. E. Zhukovsky, estudió cuidadosamente el mecanismo de vuelo de las aves y las condiciones que les permiten volar en el aire. A partir del estudio del vuelo de las aves surgió la aviación.

Los insectos tienen máquinas voladoras aún más avanzadas en la naturaleza. En términos de eficiencia de vuelo, velocidad relativa y maniobrabilidad, no tienen igual en la naturaleza. La idea de crear un avión basado en el principio del vuelo de los insectos está pendiente de aprobación. Para evitar que se produzcan vibraciones nocivas durante el vuelo, los insectos que vuelan rápido tienen engrosamientos quitinosos en los extremos de las alas. Los diseñadores de aviones utilizan ahora dispositivos similares para las alas de los aviones, eliminando así el peligro de vibración.

Propulsión a Chorro.

La propulsión a chorro, utilizada en aviones, cohetes y naves espaciales, también es característica de los cefalópodos: pulpos, calamares y sepias. La propulsión a chorro del calamar es de gran interés para la tecnología. En esencia, el calamar tiene dos mecanismos de propulsión fundamentalmente diferentes. Cuando se mueve lentamente, utiliza una gran aleta en forma de diamante que se dobla periódicamente. Para un lanzamiento rápido, el animal utiliza una propulsión a chorro. Tejido muscular: el manto rodea el cuerpo del molusco por todos lados y su volumen constituye casi la mitad del volumen de su cuerpo. En el método de natación en chorro, el animal succiona agua hacia la cavidad del manto a través del hueco del manto. El movimiento del calamar se crea arrojando un chorro de agua a través de una boquilla estrecha (embudo). Esta boquilla está equipada con una válvula especial y los músculos pueden girarla, cambiando así la dirección del movimiento. El sistema de propulsión del calamar es muy económico, gracias al cual puede alcanzar velocidades de 70 km/h, algunos investigadores creen que incluso hasta 150 km/h.

Hidroavión La forma del cuerpo es similar a la de un delfín. El parapente es hermoso y se desplaza rápidamente, teniendo la capacidad de jugar naturalmente en las olas como un delfín, agitando su aleta. El cuerpo está fabricado en policarbonato. El motor es muy potente. El primer delfín de este tipo fue construido por Innespace en 2001.

Durante la Primera Guerra Mundial, la flota británica sufrió enormes pérdidas debido a los submarinos alemanes. Era necesario aprender a detectarlos y rastrearlos. Para ello se han creado dispositivos especiales. hidrófonos. Se suponía que estos dispositivos detectarían los submarinos enemigos mediante el ruido de las hélices. Se instalaron en barcos, pero mientras el barco se movía, el movimiento del agua en el orificio receptor del hidrófono generaba un ruido que ahogaba el ruido del submarino. El físico Robert Wood sugirió que los ingenieros aprendan... de las focas, que oyen bien cuando se mueven en el agua. Como resultado, el orificio receptor del hidrófono adquirió la forma de una oreja de foca y los hidrófonos comenzaron a “escuchar” incluso a toda velocidad del barco.

3. Neurobiónica.

¿A qué niño no le interesaría jugar a robots o ver una película sobre Terminator o Wolverine? Los bionicistas más dedicados son los ingenieros que diseñan robots. Existe la opinión de que en el futuro los robots sólo podrán funcionar eficazmente si son lo más parecidos posible a los humanos. Los desarrolladores de la biónica parten del hecho de que los robots deberán funcionar en condiciones urbanas y domésticas, es decir, en un entorno "humano" con escaleras, puertas y otros obstáculos de un tamaño específico. Por lo tanto, como mínimo, deben corresponder a una persona en tamaño y en términos de principios de movimiento. Es decir, el robot debe tener patas, y ruedas, orugas, etc. no son nada aptas para la ciudad. ¿Y de quién deberíamos copiar el diseño de las piernas, si no de los animales? Un robot en miniatura de seis patas (hexápodo) de la Universidad de Stanford, de unos 17 cm de largo, ya corre a una velocidad de 55 cm/s.

Se ha creado un corazón artificial a partir de materiales biológicos. Un nuevo descubrimiento científico podría acabar con la escasez de donantes de órganos.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Minnesota está intentando crear un método fundamentalmente nuevo para tratar a 22 millones de personas: esa es la cantidad de personas en el mundo que viven con enfermedades cardíacas. Los científicos pudieron extraer células musculares del corazón, preservando sólo la estructura de las válvulas cardíacas y los vasos sanguíneos. Se trasplantaron nuevas células a este marco.

Triunfo de la biónica - mano artificial. Los científicos del Instituto de Rehabilitación de Chicago lograron crear una prótesis biónica que permite al paciente no sólo controlar la mano con pensamientos, sino también reconocer ciertas sensaciones. La dueña de la mano biónica era Claudia Mitchell, una ex oficial militar. Armada EE.UU. En 2005, Mitchell resultó herido en un accidente. Los cirujanos tuvieron que amputar mano izquierda Mitchell hasta el hombro. Como resultado, los nervios que podrían haberse utilizado para controlar la prótesis quedaron sin utilizar.

Pequeñas grandes cosas “vistas desde la naturaleza”

El famoso préstamo fue realizado por el ingeniero suizo George de
Mestral en 1955. A menudo caminaba con su perro y notaba que algunas plantas extrañas se pegaban constantemente a su pelaje. Después de estudiar el fenómeno, de Mestral determinó que era posible gracias a pequeños ganchos en los frutos de la bardana. Como resultado, el ingeniero se dio cuenta de la importancia de su descubrimiento y ocho años después patentó un práctico "Velcro".

Las ventosas se inventaron mientras se estudiaban los pulpos.

Los fabricantes de refrescos buscan constantemente nuevas formas de envasar sus productos. Al mismo tiempo, un manzano común resolvió este problema hace mucho tiempo. Una manzana está compuesta en un 97% por agua y no está envasada en cartón de madera, sino en una cáscara comestible que es lo suficientemente apetitosa como para atraer a los animales a comer la fruta y distribuir los granos.

Los hilos de araña, una asombrosa creación de la naturaleza, han llamado la atención de los ingenieros. La red fue el prototipo para la construcción de un puente sobre cables largos y flexibles, y marcó así el comienzo de la construcción de puentes colgantes fuertes y hermosos.

Se ha desarrollado un nuevo tipo de arma que puede impactar a las tropas enemigas mediante ultrasonidos. Este principio de influencia fue tomado de los tigres. El rugido de un depredador contiene frecuencias ultrabajas que, aunque los humanos no las perciben como sonido, tienen un efecto paralizante sobre ellos.

La aguja escarificadora utilizada para extraer sangre está diseñada según el principio de replicar completamente la estructura del diente incisivo de un murciélago, cuya mordida es indolora y se acompaña de un sangrado intenso.

La jeringa de pistón que conocemos imita el aparato de succión de sangre: mosquitos y pulgas, cuya picadura es familiar para todos.

Los “paracaídas” esponjosos frenan la caída de las semillas de diente de león al suelo, al igual que un paracaídas frena la caída de una persona.

Conclusión.

El potencial de la biónica es realmente ilimitado...

La humanidad está tratando de observar más de cerca los métodos de la naturaleza para luego utilizarlos sabiamente en tecnología. La naturaleza es como una enorme oficina de ingeniería que siempre tiene la salida correcta a cualquier situación. Hombre moderno No debemos destruir la naturaleza, sino tomarla como modelo. Con su diversidad de flora y fauna, la naturaleza puede ayudar a una persona a encontrar la solución técnica adecuada a problemas complejos y una salida a cualquier situación.

Fue muy interesante para mí trabajar en este tema. En el futuro seguiré trabajando en el estudio de los logros de la biónica.

LA NATURALEZA COMO ESTÁNDAR – ¡Y EXISTE LA BIÓNICA!

Literatura:

1. Biónica. V. Martek, ed.: Mir, 1967

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Recursos de Internet utilizados

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http://novostey.com

Http://images.yandex.ru/yandsearch

Http://school-collection.edu.ru/catalog

Biónica (del griego biōn - elemento de vida, literalmente - vivo)

una ciencia que linda con la biología y la tecnología, que resuelve problemas de ingeniería basados ​​en un análisis de la estructura y funciones vitales de los organismos. La biología está estrechamente relacionada con la biología, la física, la química, la cibernética y las ciencias de la ingeniería: electrónica, navegación, comunicaciones, asuntos marítimos, etc.

La idea de utilizar el conocimiento sobre la naturaleza viva para resolver problemas de ingeniería pertenece a Leonardo da Vinci, quien intentó construir un avión con alas batientes, como las de los pájaros: un ornitóptero. El surgimiento de la cibernética (Ver Cibernética), Considerando los principios generales de control y comunicación en organismos vivos y máquinas, se convirtió en un incentivo para un estudio más amplio de la estructura y funciones de los sistemas vivos con el fin de aclarar sus puntos en común con los sistemas técnicos, así como utilizar la información obtenida sobre los organismos vivos para crear nuevos dispositivos, mecanismos, materiales, etc. .P. En 1960 se celebró en Daytona (EE.UU.) el primer simposio sobre B., que confirmó oficialmente el nacimiento nueva ciencia.

Las principales áreas de trabajo en biología cubren los siguientes problemas: estudio sistema nervioso humanos y animales y modelado de células nerviosas (neuronas) y redes neuronales para seguir mejorando tecnologia computacional y desarrollo de nuevos elementos y dispositivos de automatización y telemecánica (neurobiónica); investigación de los órganos de los sentidos y otros sistemas perceptivos de los organismos vivos para desarrollar nuevos sensores y sistemas de detección; estudiar los principios de orientación, ubicación y navegación en diversos animales para el uso de estos principios en tecnología; estudio de las características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas de los organismos vivos para proponer nuevas ideas técnicas y científicas.

Los estudios del sistema nervioso han demostrado que tiene una serie de características y ventajas importantes y valiosas sobre todos los dispositivos informáticos más modernos. Estas características, cuyo estudio es muy importante para seguir mejorando los sistemas informáticos electrónicos, son las siguientes: 1) Percepción muy perfecta y flexible de la información externa, independientemente de la forma en que llegue (por ejemplo, escritura a mano, fuente, color del texto, dibujos, timbre y otras características de la voz, etc.). 2) Alta confiabilidad, que supera significativamente la confiabilidad de los sistemas técnicos (estos últimos fallan cuando una o más partes del circuito se estropean; si mueren millones de células nerviosas de los miles de millones que componen el cerebro, la funcionalidad del sistema se mantiene). 3) Elementos en miniatura del sistema nervioso: con el número de elementos. 10 10 - 10 11 volumen del cerebro humano 1,5 dm 3. Un dispositivo transistorizado con el mismo número de elementos ocuparía un volumen de varios cientos o incluso miles m3. 4) Funcionamiento económico: el consumo de energía del cerebro humano no supera varias decenas Mar. 5) Alto grado Autoorganización del sistema nervioso, rápida adaptación a nuevas situaciones, a cambios en los programas de actividades.

Los intentos de modelar el sistema nervioso de humanos y animales comenzaron con la construcción de análogos de neuronas y sus redes. Desarrollado Varios tipos neuronas artificiales ( arroz. 1 ). Se han creado “redes nerviosas” artificiales que son capaces de autoorganizarse, es decir, de volver a estados estables cuando se desequilibran. El estudio de la memoria (Ver Memoria) y otras propiedades del sistema nervioso es la principal vía para crear máquinas "pensantes" para automatizar procesos complejos de producción y gestión. El estudio de los mecanismos que aseguran la confiabilidad del sistema nervioso es muy importante para la tecnología, porque abordar esta prioridad problema técnico proporcionará la clave para garantizar la fiabilidad de una serie de sistemas técnicos (por ejemplo, equipos de aeronaves que contienen 10 5 elementos electrónicos).

Investigación de sistemas analizadores. Cada analizador de animales y humanos, que percibe diversos estímulos (luz, sonido, etc.), consta de un receptor (u órgano sensorial), vías y un centro cerebral. Se trata de formaciones muy complejas y sensibles que no tienen igual entre los dispositivos técnicos. Sensores en miniatura y fiables, no inferiores en sensibilidad, por ejemplo, al ojo, que reacciona a cuantos individuales de luz, al órgano sensible al calor de una serpiente de cascabel, que distingue cambios de temperatura de 0,001 ° C, o al órgano eléctrico de los peces. que percibe potenciales en fracciones de microvoltio, podría acelerar significativamente el proceso debido al progreso tecnológico y la investigación científica.

A través del analizador más importante, el visual, el cerebro humano recibe La mayoría de información. Desde el punto de vista de la ingeniería, son interesantes las siguientes características del analizador visual: una amplia gama de sensibilidad, desde cuantos únicos hasta flujos de luz intensos; cambio en la claridad de visión del centro a la periferia; seguimiento continuo de objetos en movimiento; adaptación a una imagen estática (para ver un objeto estacionario, el ojo realiza pequeños movimientos oscilatorios con una frecuencia de 1-150 Hz). A efectos técnicos, resulta interesante el desarrollo de una retina artificial. (La retina es una formación muy compleja; por ejemplo, el ojo humano tiene 10 8 fotorreceptores, que están conectados al cerebro mediante 10 6 células ganglionares). Una versión de la retina artificial (similar a la retina del ojo de una rana) consiste de 3 capas: la primera incluye 1800 células fotorreceptoras, la segunda, "neuronas" que perciben señales positivas e inhibidoras de los fotorreceptores y determinan el contraste de la imagen; en la tercera capa hay 650 “celdas” de cinco diferentes tipos. Estos estudios permiten crear dispositivos de seguimiento de reconocimiento automático. El estudio de la sensación de profundidad espacial al ver con un ojo (visión monocular) permitió crear un medidor de profundidad espacial para analizar fotografías aéreas.

Se está trabajando para imitar el analizador auditivo de humanos y animales. Este analizador también es muy sensible: las personas con audición aguda perciben el sonido cuando la presión en el canal auditivo fluctúa alrededor de 10 µn/m2 (0,0001 dinar/cm2). También es técnicamente interesante estudiar el mecanismo de transmisión de información desde el oído al área auditiva del cerebro. Estudian los órganos olfativos de los animales para crear una "nariz artificial", un dispositivo electrónico para analizar pequeñas concentraciones de sustancias olorosas en el aire o el agua [algunos peces detectan una concentración de una sustancia de varios mg/m3(mcg/yo)]. Muchos organismos tienen sistemas analíticos que los humanos no tenemos. Por ejemplo, un saltamontes tiene un tubérculo en el duodécimo segmento antenal que percibe radiación infrarroja; los tiburones y las rayas tienen canales en la cabeza y en la parte frontal del cuerpo que perciben cambios de temperatura de 0,1 °C. Los caracoles y las hormigas son sensibles a la radiación radiactiva. Los peces, aparentemente, perciben corrientes parásitas causadas por la electrificación del aire (esto se evidencia en el movimiento de los peces a las profundidades antes de una tormenta). Los mosquitos se mueven por rutas cerradas dentro de un campo magnético artificial. Algunos animales perciben bien las vibraciones infrasónicas y ultrasónicas. Algunas medusas responden a las vibraciones infrasónicas que se producen antes de una tormenta. Los murciélagos emiten vibraciones ultrasónicas en el rango de 45-90 kilociclos, las polillas de las que se alimentan tienen órganos sensibles a estas ondas. Los búhos también tienen un "receptor de ultrasonido" para detectar murciélagos.

Probablemente sea prometedor diseñar no sólo análogos técnicos de los órganos sensoriales de los animales, sino también sistemas técnicos con elementos biológicamente sensibles (por ejemplo, los ojos de una abeja para detectar los rayos ultravioleta y los ojos de una cucaracha para detectar los rayos infrarrojos).

De gran importancia en el diseño técnico son los llamados. Perceptrones - Sistemas de “autoaprendizaje” que realizan funciones lógicas de reconocimiento y clasificación. Corresponden a centros cerebrales donde se procesa la información recibida. La mayor parte de la investigación se dedica al reconocimiento de imágenes visuales, sonoras o de otro tipo, es decir, a la formación de una señal o código que corresponde de forma única a un objeto. El reconocimiento debe realizarse independientemente de los cambios en la imagen (por ejemplo, su brillo, color, etc.) manteniendo su significado básico. Estos dispositivos cognitivos autoorganizados funcionan sin programación previa con un entrenamiento gradual realizado por un operador humano; presenta imágenes, señala errores y refuerza las respuestas correctas. Dispositivo de entrada perceptrón: su campo receptor y de percepción; al reconocer objetos visuales, se trata de un conjunto de fotocélulas.

Después de un período de "entrenamiento", el perceptrón puede tomar decisiones independientes. A partir de perceptrones se crean dispositivos para leer y reconocer textos, dibujos, analizar oscilogramas, radiografías, etc.

El estudio de los sistemas de detección, navegación y orientación en aves, peces y otros animales es también una de las tareas importantes de la biología, porque Sistemas de percepción y análisis en miniatura y precisos que ayudan a los animales a navegar, encontrar presas y migrar a miles de personas. kilómetros(ver Migraciones animales), puede ayudar a mejorar los instrumentos utilizados en la aviación, asuntos marítimos, etc. Se ha encontrado localización ultrasónica en murciélagos y en varios animales marinos (peces, delfines). Se sabe que las tortugas marinas nadan mar adentro durante varios miles de años. kilómetros y siempre regresa a desovar al mismo lugar de la orilla. Se cree que tienen dos sistemas: orientación de largo alcance por las estrellas y orientación de corto alcance por el olfato (química de las aguas costeras). La mariposa pavo real nocturna macho busca una hembra a una distancia de hasta 10 km. Las abejas y las avispas navegan bien bajo el sol. La investigación sobre estos numerosos y variados sistemas de detección tiene mucho que ofrecer a la tecnología.

El estudio de las características morfológicas de los organismos vivos también proporciona nuevas ideas para el diseño técnico. Así, el estudio de la estructura de la piel de los animales acuáticos veloces (por ejemplo, la piel de un delfín no está mojada y tiene una estructura elástico-elástica, lo que asegura la eliminación de turbulencias turbulentas y el deslizamiento con mínima resistencia) lo ha permitido posible aumentar la velocidad de los barcos. Se ha creado un revestimiento especial: el cuero artificial "laminflo" ( arroz. 2 ), lo que permitió aumentar la velocidad de los buques marítimos entre un 15 y un 20%. Los insectos dípteros tienen apéndices, halterios, que vibran continuamente junto con las alas. Cuando cambia la dirección del vuelo, la dirección del movimiento de los halterios no cambia, el pecíolo que los conecta con el cuerpo se estira y el insecto recibe una señal para cambiar la dirección del vuelo. El girotrón se basa en este principio ( arroz. 3 ) - un vibrador de horquilla que proporciona una alta estabilización de la dirección de vuelo de la aeronave a altas velocidades. Un avión con girotrón se puede recuperar automáticamente de un giro. La huida de los insectos va acompañada de un bajo consumo energético. Una de las razones de esto es la forma especial del movimiento de las alas, que parece un ocho.

Los molinos de viento con palas móviles desarrollados según este principio son muy económicos y pueden funcionar con bajas velocidades del viento. Nuevos principios de vuelo, movimiento sin ruedas, construcción de rodamientos, manipuladores diversos, etc. se desarrollan a partir del estudio del vuelo de aves e insectos, el movimiento de los animales saltadores, la estructura de las articulaciones, etc. El análisis de la estructura del hueso, que asegura su mayor ligereza y al mismo tiempo resistencia, puede abrir nuevas posibilidades en la construcción, etc.

Las nuevas tecnologías basadas en procesos bioquímicos que ocurren en los organismos también constituyen esencialmente el problema B. En este sentido gran importancia tiene el estudio de los procesos de Biosíntesis, bioenergía (Ver Bioenergía), porque Los procesos energéticamente biológicos (por ejemplo, la contracción muscular) son extremadamente económicos. Simultáneamente con el progreso de la tecnología, garantizado por los éxitos de la biología, también beneficia a la biología misma, porque ayuda a comprender y modelar activamente ciertos fenómenos o estructuras biológicas (ver Modelado). Véase también Cibernética, Biomecánica, Biorretroalimentación.

Iluminado.: Modelado en biología, trad. Del inglés, ed. N. A. Bernstein, M., 1963: Parin V. V. y Baevsky R. M., Cibernética en medicina y fisiología, M., 1963; Problemas de biónica. Se sentó. arte., rep. ed. M. G. Gaase-Rapoport, M., 1967; Martek V., Biónica, trad. Del inglés, M., 1967; Kreizmer L.P., Sochivko V.P., Bionics, 2ª ed., M., 1968; Braines S. N., Svechinsky V. B., Problemas de neurocibernética y neurobiónica, M., 1968: Índice bibliográfico sobre biónica, M., 1965.

R. M. Baievski.

Arroz. 1. Representación esquemática de una neurona (izquierda), su modelo (centro) y diagrama eléctrico neurona artificial (derecha): 1 - cuerpo celular; 2 - dendritas; 3 - axón; 4 - garantías; 5 - ramificación terminal del axón; P n, P i, P 2, P 1 - entradas de neuronas; S n, Si, S 2, S 1 - contactos sinápticos; P - señal de salida; K - valor umbral de la señal; R 1 - R 6, R m - resistencia; C 1 - C 3, C m - condensadores; T 1 -T 3 - transistores; D - diodo.

Grande enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .

Sinónimos:

Vea qué es “Biónica” en otros diccionarios:

- [Diccionario palabras extranjeras idioma ruso

- [de bio... y (electrónica)], una ciencia que estudia los organismos vivos para utilizar los resultados del conocimiento de los mecanismos de su funcionamiento en el diseño de máquinas y la creación de nuevos sistemas técnicos. Por ejemplo, datos biónicos obtenidos de... ... Diccionario ecológico

biónica- Etimología. Proviene del griego. biovida. Categoría. Disciplina científica. Especificidad. Estudia los principios de funcionamiento de los sistemas vivos para su uso en el campo de la práctica de la ingeniería. Inició su formación en los años 60. Siglo XX El método principal... ... Gran enciclopedia psicológica.

BIÓNICA(Griego bios vida + [electrónica]) - una ciencia que estudia las posibilidades de la ingeniería aplicación técnica principios de control de la información y de energía estructural implementados en los organismos vivos. La aparición de B. se vio facilitada en gran medida por la aparición de requisitos especiales impuestos por nuevos campos de la tecnología (cohetes y espacio, aviación, ingeniería de instrumentos médicos, ingeniería electrónica, computadoras, etc.) para equipos en miniatura y muchas piezas que deben tener dimensiones mínimas. (volumen) y peso (peso) y consumo energético con la máxima fiabilidad. Estos requisitos son satisfechos por muchos principios y estructuras tanto de todo el organismo como de órganos individuales, tejidos, células y, finalmente, biomoléculas. La biología ocupa una posición fronteriza entre las ciencias biomédicas y técnicas. La base científica de la biología son los fundamentos experimentales y teóricos de ciencias como la fisiología, especialmente la fisiología de la actividad nerviosa superior, la fisiología neuromuscular y la fisiología de los órganos de los sentidos; anatomía e histología, especialmente la morfología del sistema nervioso central y periférico, vías; biofísica, especialmente biofísica de excitación, bioenergética, biomecánica, así como bioquímica, zoología, botánica, biología general y cibernética. La base científica física y técnica de la biología incluye la cibernética técnica, la física molecular y del estado sólido, la radioelectrónica, la microelectrónica, la mecánica, la hidráulica y la teoría del control automático. El término "biónica" fue propuesto por D. Still en 1958. El surgimiento oficial de la biónica como ciencia se remonta a finales de 1960, cuando se celebró en Daytona (EE.UU.) el primer simposio sobre biónica, que se celebró bajo el lema : "prototipos vivientes: la clave para las nuevas tecnologías".

Ya a principios de 1964, sólo uno de los problemas incluidos en el conjunto de tareas de la nueva ciencia: el modelado de procesos de reconocimiento de patrones (ver), se habían publicado más de 500 trabajos.

El surgimiento de la cibernética está indisolublemente ligado al surgimiento de nuevas ideas sobre la comunidad de procesos de control en las máquinas, los organismos vivos y la sociedad, que surgieron en la ciencia del control en los años cuarenta de nuestro siglo y tomaron forma como resultado del trabajo de N. Wiener en forma de una nueva ciencia del control y la comunicación: la cibernética ( cm.). Este enfoque tuvo cierta importancia tanto para la tecnología como para la medicina. y ciencias biológicas y atrajo no sólo a ingenieros y matemáticos, sino también a biólogos. Como resultado, dos nuevos direcciones científicas: 1) biocibernética, el propósito del corte es estudiar los procesos de información y control en los organismos vivos, utilizando los métodos de la cibernética, y 2) biónica, el propósito del corte es estudiar las posibilidades de utilizar la información y las propiedades energéticas de objetos biológicos, incluidas estructuras y esquemas de sistemas de bioinformación en tecnología, con el objetivo de mejorar los sistemas técnicos existentes o crear nuevos y más avanzados.

En la mayoría de los principales estudios, los enfoques biocibernético y biónico suelen estar tan estrechamente relacionados que considerar cada uno de ellos por separado pierde su significado y actúan como partes inseparables de un determinado proceso unificado de cognición, en el que el enfoque biónico surge como resultado de ciertos Éxitos del enfoque biocibernético.

A su vez, el éxito del enfoque biocibernético, por ejemplo, el método de la “caja negra”, a menudo se debe a la formulación biónica, es decir, de energía estructural y técnicamente significativa del problema en términos de la implementación de las hipótesis generales de la cibernética. .

Principales direcciones de la biónica.

Las propiedades de los sistemas biológicos (ver Sistema biológico) son de interés para la tecnología. En primer lugar, en términos de préstamo de información y métodos de control de los organismos vivos en respuesta a los cambios. ambiente, para desarrollar actos de comportamiento adecuados en respuesta a estos cambios. En segundo lugar, en términos de tomar prestadas las propiedades estructurales y mecánicas de los biosistemas. En tercer lugar, resulta interesante el uso de productos químicos. y procesos energéticos que ocurren con alta eficiencia en estos sistemas. El primer aspecto de interés en los sistemas biológicos abre nuevas oportunidades en la investigación e implementación técnica de nuevos principios y dispositivos para el procesamiento de información, la creación de nuevos elementos de sistemas de automatización y dispositivos informáticos; el segundo, en el desarrollo de nuevos tipos de diseños de dispositivos técnicos asociados con estructuras y movimientos mecánicos; tercero - en dominar nuevos procesos tecnológicos y aparatos químicos producción y desarrollo de nuevos métodos para convertir productos químicos. energía en energía eléctrica.

Se sabe que la capacidad de los organismos vivos para responder de manera muy flexible a los cambios en el medio ambiente está asociada con la actividad de los analizadores: visual, auditivo, olfativo, táctil y gustativo. Muchas tareas se resuelven con éxito mediante analizadores de organismos vivos, por ejemplo, la lectura de textos escritos a mano y la percepción del habla humana, el reconocimiento muy fino de señales que diferentes tipos los intercambios de organismos vivos entre sí, etc., aún están lejos de resolverse con la ayuda de dispositivos técnicos.

Una de las características misteriosas de muchas aves, peces y animales marinos es su avanzada capacidad de navegación. Durante las migraciones estacionales, estos animales recorren enormes distancias y encuentran sus antiguos hábitats con una precisión elevada, hasta ahora inexplicable. Los principios de obtención y procesamiento de información en sus “dispositivos” de navegación son sin duda de interés para la tecnología.

Los analizadores pasivos y activos (localizadores) que se encuentran en delfines, ballenas, murciélagos, algunas especies de aves, mariposas y otros animales son muy avanzados. Para navegar en el espacio, los murciélagos emiten breves pulsos de frecuencia ultrasónica y estiman el tiempo de retorno del eco. Los localizadores de murciélagos son tan avanzados que maniobran con confianza en la oscuridad entre filas de cables tensados ​​y otros obstáculos. Numerosos experimentos realizados con murciélagos muestran que cuando, durante el proceso de localización activa, una masa de murciélagos emite simultáneamente "gritos" (señales ultrasónicas), estas señales aparentemente no se ahogan entre sí, y el ruido ultrasónico de una fuerza considerable casi ha desaparecido. ningún efecto sobre su comportamiento. Estas propiedades de los localizadores naturales pueden ayudar a resolver el problema de eliminar las señales de ruido (tanto naturales como creadas artificialmente) al diseñar nuevos tipos de localizadores técnicos.

Algunas especies de peces que viven en condiciones de total falta de visibilidad detectan presas y navegan en el espacio utilizando sistema eléctrico, Edge es esencialmente un tipo especial de localizador. La mantarraya crea alrededor de su cuerpo. campo eléctrico, que cambia a medida que se mueve en el espacio. A partir de los cambios en esta zona, percibidos por receptores especiales, el pez se orienta y tiene la oportunidad de encontrar y perseguir a sus presas. El estudio de un localizador eléctrico de este tipo permitirá desarrollar nuevos dispositivos de análisis, por ejemplo, para la protección contra submarinos y su orientación bajo el agua.

Algunos animales tienen la capacidad de sentir de antemano la proximidad de cambios ambientales que son peligrosos para ellos. Así, las medusas anticipan la proximidad de una tormenta con varias horas de antelación, y ciertas especies de peces anticipan un terremoto. El estudio de estas propiedades de los animales ayudará a crear dispositivos que realicen funciones similares.

Los sistemas biológicos tienen una gran cantidad de sensores analizadores diferentes: convertidores de energía de estímulos externos (térmicos, luminosos, mecánicos) en energía de impulsos nerviosos. En miniatura. y sensibilidad, estos analizadores siguen siendo muy superiores a sus homólogos técnicos. Así, los órganos situados en las patas de algunos insectos permiten detectar desplazamientos de fracciones de micra. Los receptores de calor de una serpiente de cascabel registran un cambio de temperatura de 0,001°. En los biosistemas también hay sensores de un tipo fundamentalmente nuevo, como sensores de señales gustativas y olfativas, que pueden detectar moléculas individuales. El aparato olfativo de la anguila, por ejemplo, es capaz de detectar la presencia de moléculas individuales de alcohol que no pueden detectarse mediante métodos de análisis químico altamente sensibles.

Los sistemas de control e información técnica son superiores en sensibilidad y, a menudo, en velocidad a los sistemas biológicos, pero son inferiores a estos últimos en tamaño, consumo de energía y confiabilidad. Una neurona ocupa un volumen de 10 -8 -10 -7 cm 3, el volumen del cerebro humano es de sólo 1000 cm 3, el cerebro consume energía de aprox. 20 W y funciona sin averiarse, en promedio aprox. 585 mil horas.

La energía consumida por los ordenadores modernos asciende a decenas de kilovatios y el funcionamiento sin problemas de equipos de la más alta calidad sólo se calcula en cientos de horas. Incluso si nos centramos en los desarrollos más avanzados que proporcionan una densidad de volumen de 10 3 -10 4 elementos por 1 cm 3 y un consumo de energía de 1 mW/elemento, entonces, en este caso, la densidad de volumen y la eficiencia de los sistemas de biol serán varios órdenes de magnitud mayores. Esto nos permite esperar el desarrollo de nuevos principios para una mayor miniaturización de los equipos y computadoras de los sistemas de control.

Las propiedades enumeradas de los organismos vivos son objeto de investigación en la dirección de análisis de información de la biónica.

El segundo aspecto de la biología es el estudio de las posibilidades de aplicación técnica de la estructura y diseños de sistemas biológicos, el estudio de aspectos mecánicos, energéticos y químicos. procesos que ocurren en ellos.

En la construcción de estructuras en voladizo dominadas por el hombre, la relación entre altura y diámetro más grande no supera los 20-30, al mismo tiempo, en la naturaleza existen estructuras en las que esta relación es sensiblemente superior a 30 (tronco de eucalipto, palmera, etc.).

El estudio de las estructuras corporales de peces y animales marinos en términos de los mecanismos hidrodinámicos de su movimiento en el agua puede proporcionar mucha información útil para la construcción naval. Los peces y los animales marinos consumen muy poca energía y al mismo tiempo son capaces de desarrollar altas velocidades. Así, la velocidad del delfín alcanza los 12-16 m/s, la velocidad del pez volador es 18 m/s (es decir, 65 km/h, que es igual a la velocidad de un tren de mensajería) y la velocidad del atún es más de 30 m/seg.

El tercer aspecto importante de la biología es el estudio de los procesos bioquímicos que ocurren en la naturaleza viva desde el punto de vista de la eficiencia, que puede servir como modelo para el desarrollo de nuevos procesos tecnológicos. En este aspecto, la investigación sobre las características de los procesos de transferencia de calor y masa y la termodinámica de los organismos vivos en poblaciones y comunidades apenas comienza. Como ejemplo, podemos citar los procesos de fotosíntesis, la síntesis de ácido acético realizada por plantas y microorganismos con alta eficiencia, la producción de proteínas completas, el procesamiento de la madera en grasas y proteínas realizado por microorganismos en los intestinos de las termitas. , etc. También son problemas interesantes el estudio de los mecanismos de funcionamiento de las fuentes bioquímicas de electricidad; Investigación de procesos bioquímicos y bioenergéticos en relación con la tecnología de procesos y aparatos en química. Ingeniería Mecánica.

Los tres aspectos considerados de la biónica muestran cuán amplias son las posibilidades de la investigación biónica.

La dirección de la investigación sobre dispositivos de análisis de información de objetos biológicos, que se está desarrollando con mayor intensidad en la actualidad, se divide a su vez en varias direcciones independientes, cuyo tema es:

Patrones generales de métodos y dispositivos para procesar información en el sistema nervioso; esto incluye modelar procesos en una neurona, investigar métodos para codificar información en diferentes niveles, investigar modelos de redes neuronales;

Métodos y dispositivos de información en bioanalizadores y procesos de reconocimiento de patrones; Esto incluye la investigación de los mecanismos de funcionamiento de los receptores, la construcción de modelos de varios sistemas analizadores y el desarrollo de algoritmos de reconocimiento de patrones basados ​​en ellos, así como el estudio de métodos de codificación para el intercambio de información entre organismos vivos. Además, la tecnología es de interés para los mecanismos de aprendizaje y adaptación, memoria, aseguramiento de la confiabilidad, funciones compensatorias de los organismos vivos, así como los mecanismos que controlan la regeneración de los órganos en términos de la creación de dispositivos técnicos de autocuración;

Sistemas reguladores que controlan las actividades de subsistemas autónomos individuales de organismos superiores, que representan circuitos homeostáticos separados, por ejemplo. sistema circulatorio, sistema respiratorio, sistema oculomotor, teniendo en cuenta las características del principio de jerarquía implementado en biol, sistemas que brindan grandes oportunidades de préstamo en desarrollos técnicos.

Cabe señalar que el éxito de la investigación biónica no puede garantizarse mediante una simple transferencia mecánica de los esquemas desarrollados por la naturaleza a la tecnología.

En la naturaleza se pueden encontrar muchos ejemplos de soluciones y propiedades de organismos vivos que son completamente insatisfactorias para la tecnología. Basta mencionar que el funcionamiento normal de los sistemas biológicos es posible dentro de estrechos límites de temperatura (0-70°) y presión (0,7-3 kg/cm 2), y la velocidad de los elementos del sistema nervioso es significativamente inferior a la velocidad de los elementos técnicos. El tiempo necesario para transferir una neurona de un estado no excitado a uno excitado es de 10 -2 -10 -1 segundos, mientras que para los elementos técnicos alcanza los 10 -7 -10 -8 segundos. Por ello, se presta especial atención al estudio y dominio de los principios de funcionamiento de los elementos y sistemas de los organismos vivos, lo que permitirá, mediante la implementación de estos principios en elementos de diferente naturaleza física, obtener sistemas más avanzados que los creados en el proceso de evolución de los organismos vivos.

Métodos de investigación biónica. La base de la mayoría de las investigaciones biónicas y biocibernéticas, especialmente en el ámbito de la información, es el método de modelado. El término "modelo en biónica" a menudo se interpreta de manera muy amplia: desde lo físico. un dispositivo que reproduce las funciones de un objeto modelado y un modelo matemático (o un programa de computadora), hasta la suma de representaciones lógicas que describen el objeto, es decir, un sistema acordado de hechos e hipótesis sobre la esencia del sistema en estudio. (ver Modelado).

Al modelar los mecanismos de trabajo de ciertos departamentos del biol, el sistema generalmente se divide en etapas: en la primera etapa, se lleva a cabo el estudio, sistematización y comparación de los fisiol existentes, datos - resultados del morfol., electrofisiol. y psicofisiología, investigación y obtención, si es necesario, de nuevos datos sobre el objeto. En la segunda etapa, el desarrollo, basado en el análisis de datos fisiológicos, de una hipótesis cibernética sobre el funcionamiento del sistema biológico estudiado, es decir, dicha hipótesis incluye una amplia gama de información técnica y matemática utilizada. ciencia moderna sobre gestión; finalmente, en la última etapa se prueba la hipótesis desarrollada, lo que se puede realizar en dos direcciones: en primer lugar, mediante cálculos en computadoras, físicos o matemáticos, y en segundo lugar, verificando la correspondencia de la hipótesis con la realidad objetiva a través de fisiol. experimento.

El modelado de biol, sistemas en cibernética y biología se puede realizar utilizando varios métodos. En los métodos generalizados de la cibernética, que son importantes para la biología, la tarea es obtener un algoritmo que describa el funcionamiento del objeto modelado, y no es necesario que la estructura del modelo sea similar a la estructura del objeto. Este método es un método de modelado funcional o un método de "caja negra". El método de modelado funcional se basa en datos psicofisiológicos y de comportamiento del objeto. En relación a los problemas biológicos, el método de la “caja negra” permite obtener una serie de datos importantes que permiten elegir uno u otro biol, el principio de construcción. sistema tecnico(discreto, analógico). Otro método estructural discreto, no menos importante para la biología, modela los principios y la esencia de los mecanismos neuronales que controlan la información de una parte particular del cerebro. En este caso, es necesario aclarar tanto la estructura discreta del objeto modelado como la naturaleza de las relaciones entre sus elementos (conjuntos). A diferencia del primer método, este método utiliza un complejo de fiziol, datos obtenidos por psicofisiólogos, morfólogos y electrofisiólogos.

Principales resultados de la biónica.

Uno de los primeros resultados de B., introducido en la tecnología en el campo de tomar prestados los principios de los bioanalizadores, fue el desarrollo del girotrón, un dispositivo utilizado en lugar de un giroscopio para estabilizar aviones. Un estudio de algunos insectos (mariposas, escarabajos) mostró que tienen antenas en forma de maza que oscilan en un plano horizontal durante el vuelo. Cuando el cuerpo del insecto se desvía, los extremos de las antenas continúan oscilando en el mismo plano, lo que provoca una tensión mecánica en la base de las antenas, afectando las células nerviosas ubicadas aquí. Desde ellos, las señales viajan a través de fibras nerviosas hasta las partes centrales del sistema nervioso, que producen señales de respuesta adecuadas para controlar los órganos del cuerpo del insecto, devolviéndole su correcta posición en vuelo. El principio de funcionamiento de este bioanalizador se aplica en dispositivo técnico- un girotrón, que es un diapasón cuyas patas se ponen en movimiento oscilatorio mediante un electroimán alimentado por corriente alterna. Cuando se gira el soporte en el que está montado el diapasón, se produce un momento mecánico en la base de las patas. El sensor que responde envía una señal proporcional al ángulo de rotación del soporte. Los girotrones se utilizan en aviones; se están realizando trabajos adicionales para mejorarlos: aumentar la sensibilidad, la vida útil y reducir las dimensiones.

Otro ejemplo es la construcción de un velocímetro para un avión utilizando el principio del ojo compuesto de insectos (abejas). El dispositivo consta de receptores ubicados en la base de dos tubos separados en un ángulo determinado en el plano vertical. Para determinar la velocidad de la aeronave con respecto al suelo, se fija un punto determinado. superficie de la Tierra primero en uno, luego en otro receptor. Conociendo el intervalo de tiempo entre la aparición del punto seleccionado en el primer y segundo receptor y la altitud de la aeronave sobre el suelo, es fácil determinar la velocidad.

Las observaciones del comportamiento de las abejas nos permitieron plantear una hipótesis sobre la orientación de algunas especies de aves e insectos por la radiación polarizada del sol, aprovechando el hecho de que los rayos de luz provenientes del sol se polarizan de manera diferente cuando el sol está ubicado en diferentes alturas sobre el horizonte. Estos estudios llevaron a la creación de una brújula solar, que permite navegar siguiendo el sol en presencia de nubes. Como resultado del estudio de los mecanismos de funcionamiento del ojo de rana, se propusieron una serie de dispositivos necesarios para los dispositivos de localización y localización. A partir de un estudio de las propiedades de algunos organismos marinos para captar infrasonidos, se construyeron instrumentos para señalar la aproximación de una tormenta.

Los principios estructurales y energéticos tomados de objetos biológicos también han encontrado aplicación en la tecnología. Así, el uso de formas de contorno de cetáceos para la construcción de barcos permitió obtener una ganancia de potencia de las centrales eléctricas de hasta un 40%. Otro ejemplo es la forma en que los pingüinos viajan sobre la nieve, que se utiliza para construir un nuevo vehículo todo terreno para las regiones polares.

Un resultado interesante es un intento de utilizar ciertos tipos de microorganismos para crear fuentes de corriente eléctrica.

Los resultados más significativos de la dirección de la información de la biología consisten, en primer lugar, en el desarrollo de modelos de células nerviosas individuales, modelos de secciones de redes neuronales y secciones enteras del sistema nervioso - analizadores y, en segundo lugar, en el desarrollo, basado en estos modelos, de máquinas de aprendizaje y algoritmos para el reconocimiento de patrones. Se han desarrollado varios cientos de modelos neuronales, que varían en el número y la complejidad de las propiedades neuronales reproducibles. Algunos desarrollos son esencialmente elementos adaptativos complejos de un nuevo tipo, creados sobre la base de ideas sobre una neurona, y están destinados a crear dispositivos de reconocimiento y aprendizaje. Los éxitos alcanzados en el desarrollo de modelos de las partes analizantes del cerebro están asociados con la formulación del principio de interacción inhibidor lateral, conocido en fisiología, entre los elementos de las partes de proyección del sistema nervioso y el desarrollo de la teoría de detectores como principal mecanismo de funcionamiento de los analizadores. Según esta teoría, el proceso de percepción de un estímulo particular es el resultado de identificar algunas características simples de este estímulo a través de un conjunto de conjuntos de neuronas especialmente organizados: detectores. Por ejemplo, al analizar una imagen visual se descubrieron detectores de los límites de las áreas claras y oscuras, detectores de curvatura, detectores de líneas rectas en una determinada dirección, detectores de intersección de líneas rectas, etc. En los animales, las funciones de los detectores se vuelven más complejas, los detectores de movimiento con una determinada velocidad, los detectores se mueven en una determinada dirección. Sobre la base de la teoría de los detectores, se han desarrollado ideas modelo sobre el funcionamiento de analizadores visuales y auditivos, que explican una serie de propiedades de la percepción auditiva y visual.

Los dispositivos de reconocimiento y aprendizaje creados a partir de la investigación biónica son, por supuesto, todavía muy imperfectos y su creación debe considerarse como el primer paso en este ámbito. Sin embargo, ya se han creado dispositivos para reconocer las imágenes más simples, para reconocer un conjunto limitado de palabras (unas 300), se han desarrollado pilotos automáticos adaptativos y filtros autoajustables para aislar una señal de forma arbitraria del fondo de ruido. La creación de dispositivos perfectos para reconocer el aprendizaje será de gran importancia no sólo para la tecnología, sino también para la biología y la medicina, y especialmente para la tecnología médica, la biotelemetría y la biofísica.

Estos dispositivos encontrarán aplicación en citología, histología, microbiología, radiología y otras áreas de la biología y la medicina.

A mediados de los años 70, en relación con el desarrollo de la tecnología láser (ver Generador cuántico óptico) y el desarrollo de la holografía (ver), hubo una revisión del papel de la cibernética y la biología en el desarrollo de sistemas técnicos de análisis de información.

Instituciones de investigación donde se llevan a cabo investigaciones sobre biónica: URSS - universidades estatales: Dnepropetrovsk, Vilnius, Rostov, Leningrado, Moscú; institutos de biofísica (Moscú), problemas de control (Moscú), cerebro (Moscú), radioelectrónica (Járkov), cibernética (Kiev), automatización y electrometría de la rama siberiana de la Academia de Ciencias de la URSS; Estados Unidos - universidades: Stanford, Harvard, Columbia, Illinois, California; Instituto de Tecnología de Massachusetts; Inglaterra - universidades: Birmingham, Celtic, Cambridge; Alemania - Instituto Max Planck; RDA - Escuela Técnica Superior (Ilmenau), Instituto de Cibernética y Procesos de Información; Polonia - Instituto de Cibernética Aplicada, Instituto Politécnico (Varsovia); Bulgaria - Instituto de Cibernética Técnica; Checoslovaquia - Instituto de Teoría de la Información y Automatización. Los trabajos sobre bioquímica se discuten en conferencias que se celebran periódicamente. En la URSS se celebran las conferencias de toda la Unión sobre biónica (Moscú), las conferencias de toda la Unión sobre neurocibernética (Rostov del Don); en Estados Unidos: simposios nacionales sobre biónica; en Alemania: congresos sobre cibernética; congresos internacionales: sobre cibernética (Namur), pero sobre cibernética médica (Amsterdam), sobre biocibernética (Leipzig), sobre regulación automática(IFAC).

No existen programas educativos generalmente aceptados para formar especialistas en el campo de la biología, pero varias universidades e instituciones de educación superior organizan cursos especiales y realizan trabajos de investigación para estudiantes. Estas incluyen las universidades de Dnepropetrovsk, Vilnius, Rostov, Leningrado y Moscú; Instituto de Física y Tecnología de Moscú, 1er Instituto Médico de Moscú, Instituto Politécnico de Leningrado.

Bibliografía: Biónica, ed. A. I. Berga et al., M., 1965; Biónica, Índice bibliográfico de literatura nacional y extranjera 1958 - 1968, comp. T. N. Anisimova, M., 1971; Bongard M. M. Problema de reconocimiento, M., 1967; Wiener N. Cibernética y sociedad, trad. Del inglés, M., 1958; Glezer V.D. Mecanismos de reconocimiento de imágenes visuales, M.-L., 1966, bibliogr.; Deitch S. Modelos del sistema nervioso, trad. Del inglés, M., 1970, bibliogr.; Gerardin L. Bionics, trad. del francés, M., 1971; Mil-sum D. Análisis de sistemas de control biológico, trad. Del inglés, M., 1968, bibliogr.; Pozin N.V. Modelado de estructuras neuronales, M., 1970, bibliogr.

I. A. Lyubinsky.

El hombre ha adoptado mucho de la naturaleza, si no todo. La capacidad de hacer fuego, escondernos en un agujero del mal tiempo, almacenar comida en reserva, camuflarnos con el medio ambiente y muchas otras cosas que conocemos desde hace tanto tiempo que ya ni siquiera pensamos en su aparición en nuestras vidas.

Pero existe toda una ciencia, la biónica, cuyo objetivo es hacer que el mundo humano sea aún más cómodo, con la ayuda de tecnología creada a partir del espionaje de la naturaleza viva.

Leonardo da Vinci es considerado el padre de la biónica. Fue él quien, por primera vez, decidió fabricar una máquina voladora, inspirándose en el vuelo de los pájaros. Antes que él también estuvo Ícaro, descrito en los antiguos mitos griegos. Pero esto es más un sueño, pero el legendario inventor decidió hacerlo realidad. Sus dibujos con todo tipo de esquemas para el dispositivo del volante han sobrevivido hasta el día de hoy. Es cierto que su invento nunca despegó, pero se dio el primer paso. Y el nacimiento oficial de la biónica como ciencia se produjo en 1960. Luego tuvo lugar el primer simposio sobre este tema.

Desde entonces, gracias a la biónica, han aparecido en nuestras vidas muchas cosas maravillosas. Los más interesantes de ellos:

El diseño de la famosa Torre Eiffel, símbolo de París, se basa en el principio de la estructura de los huesos humanos. El arquitecto Eiffel tomó prestada su idea de los trabajos científicos del profesor de anatomía Hermann von Meyer, que estudió la estructura del esqueleto.

El cierre de velcro también está inspirado en la naturaleza. George de Mestral paseaba a menudo con su perro. Amaba a su mascota, pero se irritaba mucho cuando tenía que quitarse las espinas de berberecho de su pelaje. Decidido a estudiar esta planta con más detalle y solucionar su problema, el ingeniero ideó uno de los métodos de fijación más convenientes.

Los edificios modernos de gran altura, en los que vivimos la mayoría de nosotros, copian exactamente la estructura de los tallos de los cereales.