Създайте модел в бионика- това е половината от битката. За да се реши конкретен практически проблем, е необходимо не само да се провери наличието на свойства на модела, които представляват интерес за практиката, но и да се разработят методи за изчисляване на предварително определени технически характеристики на устройството и да се разработят методи за синтез, които гарантират постигането на индикаторите, необходими в задачата.
И толкова много биониченмоделите, преди да получат техническо въплъщение, започват живота си на компютър. Изгражда се математическо описание на модела. Според него се компилира компютърна програма - бионичен модел. На такъв компютърен модел е възможно да се обработват различни параметри за кратко време и да се елиминират недостатъците на дизайна.
Точно така, на базата на софтуер моделиранекато правило анализират динамиката на функционирането на модела; Що се отнася до специалната техническа конструкция на модела, такива работи несъмнено са важни, но тяхното целево натоварване е различно. Основното в тях е да се намери най-добрата основа, върху която най-ефективно и най-точно могат да бъдат пресъздадени необходимите свойства на модела. Натрупани в бионикапрактически опит моделиранеизключително сложни системи е от общонаучна важност. Огромен брой от неговите евристични методи, които са абсолютно незаменими в произведения от този вид, вече са станали широко разпространени за решаване на важни проблеми в експерименталната и техническата физика, икономически проблеми, проектиране на многоетапни разклонени комуникационни системи и т.н.
Днес биониката има няколко посоки.
Архитектурната и строителна бионика изучава законите на образуване и структурообразуване на живите тъкани, анализира структурните системи на живите организми на принципа на пестене на материал, енергия и осигуряване на надеждност. Невробиониката изучава функционирането на мозъка, изследва механизмите на паметта. Сетивните органи на животните и вътрешните механизми на реакция към околната среда както при животните, така и при растенията се изучават интензивно.
Ярък пример за архитектурна и строителна бионика е пълна аналогия на структурата на житните стъбла и съвременните високи сгради. Стъблата на житните растения са в състояние да издържат на тежки товари и в същото време да не се счупят под тежестта на съцветието. Ако вятърът ги огъва към земята, те бързо възстановяват вертикалното си положение. Каква е тайната? Оказва се, че структурата им е подобна на дизайна на съвременните високи фабрични тръби - едно от най-новите постижения на инженерството. И двата дизайна са кухи. Склеренхимните нишки на стъблото на растението играят ролята на надлъжна армировка. Междувъзлията на стъблата са втвърдяващи пръстени. По стените на стъблото има овални вертикални празнини. Стените на тръбите имат същото дизайнерско решение. Ролята на спираловидната арматура, разположена от външната страна на тръбата в стъблото на житните растения, се изпълнява от тънка обвивка. Инженерите обаче стигнаха до конструктивното си решение сами, без да „поглеждат” в природата. Идентичността на структурата беше разкрита по-късно.
През последните години биониката потвърди, че повечето човешки изобретения вече са "патентовани" от природата. Такова изобретение на ХХ век, като ципове и велкро, е направено въз основа на структурата на птиче перо. Боди от пера от различни порядки, оборудвани с куки, осигуряват надеждно захващане.
Известните испански архитекти M. R. Cervera и J. Ploz, активни привърженици на биониката, започват изследвания върху „динамичните структури“ през 1985 г., а през 1991 г. организират „Общество за подкрепа на иновациите в архитектурата“. Група под тяхно ръководство, включваща архитекти, инженери, дизайнери, биолози и психолози, разработи проекта „Vertical Bionic Tower City“. След 15 години в Шанхай трябва да се появи град-кула (според учените за 20 години населението на Шанхай може да достигне 30 милиона души). Градът-кула е предназначен за 100 хиляди души, проектът се основава на „принципа на изграждането на дърво“.
Кулата-град ще бъде във формата на кипарис висок 1128 м с обиколка в основата 133 на 100 м, а в най-широката точка 166 на 133 м. Кулата ще има 300 етажа, като те ще се намират в 12 вертикални блока от 80 етажа. Между кварталите има таванни замазки, които играят ролята на носеща конструкция за всяко ниво-квартал. Вътре в кварталите - къщи с различна височина с вертикални градини. Този внимателно обмислен дизайн е подобен на структурата на клоните и цялата корона на кипарис. Кулата ще стои върху пилотна основа по принципа на акордеон, който не се задълбочава, а се развива във всички посоки, докато се изкачва – подобно на това как се развива кореновата система на едно дърво. Вибрациите от вятъра на горните етажи са сведени до минимум: въздухът лесно преминава през конструкцията на кулата. За облицовката на кулата ще се използва специален пластмасов материал, който имитира порестата повърхност на кожата. Ако строежът е успешен, се предвижда изграждането на още няколко такива сгради-градове.
В архитектурната и строителната бионика се отделя голямо внимание на новите строителни технологии. Например, в областта на разработването на ефективни и безотпадни строителни технологии, обещаваща посока е създаването на слоести структури. Идеята е заимствана от дълбоководни мекотели. Силните им черупки, като тези на широко разпространеното ухо, се състоят от редуващи се твърди и меки плочи. Когато твърдата плоча се напука, деформацията се абсорбира от мекия слой и пукнатината не продължава повече. Тази технология може да се използва и за покриване на автомобили.
Основните области на невробиониката са изследването на нервната система на хората и животните и моделирането на нервни клетки-неврони и невронни мрежи. Това дава възможност за подобряване и развитие на електронните и компютърните технологии.
Нервната система на живите организми има редица предимства пред най-модерните аналози, изобретени от човека:
Гъвкаво възприемане на външна информация, независимо от формата, в която идва (почерк, шрифт, цвят, тембър и др.).
Висока надеждност: техническите системи се разпадат, ако една или повече части се повредят, а мозъкът остава функционален, дори ако няколкостотин хиляди клетки умрат.
Миниатюрни. Например транзисторно устройство със същия брой елементи като човешкия мозък би заемало обем от около 1000 m3, докато нашият мозък заема обем от 1,5 dm3.
Икономия на потреблението на енергия - разликата е просто очевидна.
Висока степен на самоорганизация - бърза адаптация към нови ситуации, към промени в програмите за дейност.
Айфеловата кула и пищяла
По случай 100-годишнината от Френската революция в Париж беше организирана световна изложба. На територията на тази изложба беше планирано да се издигне кула, която да символизира както величието на Френската революция, така и най-новите постижения на технологиите. Повече от 700 проекта бяха представени на конкурса, проектът на мостовия инженер Александър Густав Айфел беше признат за най-добър. В края на 19 век кулата, кръстена на своя създател, поразява целия свят със своята ажурност и красота. 300-метровата кула се превърна в своеобразен символ на Париж. Имаше слухове, че кулата е построена по чертежи на неизвестен арабски учен. И само след повече от половин век биолози и инженери направиха неочаквано откритие: дизайнът на Айфеловата кула точно повтаря структурата на пищяла, който лесно издържа тежестта на човешкото тяло. Дори ъглите между носещите повърхности съвпадат. Това е друг ярък пример бионикаВ действие.
БИОНИКА(гръцки биос живот + [електроника]) - наука, която изучава възможностите за инженерно и техническо приложение на управлението на информацията и принципите на структурната енергия, внедрени в живите организми. Появата на Б. до голяма степен е улеснена от появата на специални изисквания, наложени от новите области на техниката (ракета и космос, авиация, медицинско оборудване, електронно инженерство, компютри и др.) към миниатюрно оборудване и разнообразие от части, които трябва да имат минимум размери (обем), тегло (тегло) и консумация на енергия с максимална надеждност. Много принципи и конструкции както на целия организъм, така и на отделни органи, тъкани, клетки и накрая на биомолекулите удовлетворяват тези изисквания.Б. заема гранична позиция между биомедицинските и техническите науки. Научната биол, основата на Б. са експерименталните и теоретичните основи на такива науки като физиологията, особено физиологията на висшата нервна дейност, нервно-мускулната физиология и физиологията на сетивните органи; анатомия и хистология, особено морфологията на централната и периферната нервна система, пътища; биофизика, особено биофизика на възбуждане, биоенергетика, биомеханика, както и биохимия, зоология, ботаника, обща биология и кибернетика. Техническата кибернетика, молекулярната физика и физиката на твърдото тяло, радиоелектрониката, микроелектрониката, механиката, хидравликата и теорията на автоматичното управление служат като физическа и техническа научна основа на биофизиката. Терминът "бионика" е предложен от Стил (D. Still) през 1958 г. Официалната поява на биониката като наука се приписва на края на 1960 г., когато се провежда първият симпозиум по бионика в Дейтона (САЩ), който се провежда под лозунга: „Живите прототипи – ключ към новите технологии.
До началото на 1964 г. са публикувани повече от 500 статии само по един от проблемите, включени в кръга на задачите на новата наука - моделиране на процесите на разпознаване на образи (вж.).
Появата на Б. е неразривно свързана с появата на нови идеи за общостта на процесите на управление в машините, живите организми и обществото, възникнали в науката за контрол през четиридесетте години на нашия век и се оформили в резултат на работата. на Н. Винер под формата на нова наука за управление и комуникация – кибернетика (см.). Този подход имаше известна стойност както за технологията, така и за меда. и биол, науки и привлече не само инженери и математици, но и биолози. В резултат на това се появиха две нови научни направления: 1) биокибернетика, чиято цел е да изучава информацията и контролните процеси в живите организми с помощта на методите на кибернетиката, и 2) бионика, чиято цел е да изучава възможностите за използване информационните и енергийните свойства на биол, обекти, включително проекти и схеми на биоинформационни системи в технологиите, с цел подобряване на съществуващи или създаване на нови, по-модерни технически системи.
В повечето водещи изследвания биокибернетичният и бионичният подход обикновено са толкова тясно свързани, че разглеждането на всеки един от тях поотделно няма смисъл и те действат като неразделни части от един единен процес на познание, в който бионичният подход възниква в резултат на определени успехи. на биокибернетичния подход.
От своя страна успехът на биокибернетичния подход, например метода на „черната кутия“, често се дължи на бионическата, тоест структурно-енергийно технически смислена формулировка на проблема по отношение на прилагането на общите хипотези на кибернетиката.
Основни направления на биониката
Свойствата на биологичните системи (виж Биологична система) представляват интерес за технологията. Първо, по отношение на заемането на информация и методи за контрол на живите организми в отговор на промените в околната среда, за да се развият подходящи поведенчески актове, които са отговор на тези промени. Второ, по отношение на заемането на структурните и механичните свойства на биол, системите. На трето място, използването на хим. и енергийни процеси, протичащи с висока ефективност в тези системи. Първият аспект на интереса към биол, системите разкрива нови възможности в изследването и техническото внедряване на нови принципи и устройства за обработка на информация, създаване на нови елементи на системи за автоматизация и изчислителни устройства; вторият - в разработването на нови видове проекти на технически устройства, свързани с конструкции и механични движения; третият - в разработването на нови технологични процеси и химически апарати. производство и разработване на нови методи за преобразуване на хим. енергия в електричество.
Известно е, че способността на живите организми да реагират много гъвкаво на промените в околната среда е свързана с дейността на анализаторите – зрителни, слухови, обонятелни, тактилни, вкусови. Много задачи, успешно решени от анализатори на живи организми, например четене на ръкописни текстове и възприятие на човешката реч, много фино разпознаване на сигнали, които различните видове живи организми обменят помежду си и т.н., все още са далеч от решаването им с помощта на технически устройства.
Една от мистериозните характеристики на много птици, риби и морски животни са техните изключително напреднали навигационни способности. По време на сезонни миграции тези животни покриват големи разстояния с висока, но необяснима точност, търсейки предишните си местообитания. Принципите на получаване и обработка на информация в техните навигационни "устройства" несъмнено представляват интерес за технологиите.
Много перфектни са пасивните и активните анализатори (локатори), налични при делфини, китове, прилепи, някои видове птици, пеперуди и други животни. За ориентация в пространството прилепите излъчват кратки импулси с ултразвукова честота и оценяват времето за връщане на ехото. Локаторите на прилепите са толкова напреднали, че маневрират уверено в тъмното между редове опъната тел и други препятствия. Многобройни експерименти, проведени с прилепи, показват, че в случай, че маса от прилепи едновременно излъчват „викове“ (ултразвукови сигнали) по време на активно сканиране, тези сигнали, очевидно, не се заглушават един друг, а ултразвуковият шум е със значителна сила. почти никакво влияние върху тяхното поведение. Тези свойства на естествените локатори могат да помогнат при решаването на проблема с елиминирането на шумови сигнали (както естествени, така и изкуствено създадени) при проектирането на нови видове технически локатори.
Някои породи риби, живеещи в условия на пълна липса на видимост, откриват плячка и се движат в пространството с помощта на електрическа система, която по същество е специален тип локатор. Наклонът създава електрическо поле около тялото му, което се променя, докато се движи в пространството. Според промените в това поле, възприемани от специални рецептори, рибата се ориентира и получава възможност да намира и преследва плячка. Изследването на такъв електрически радар ще направи възможно разработването на нови анализаторни устройства, например за защита срещу подводници и за ориентирането им под вода.
Някои животни имат способността да усещат предварително приближаването на промените в околната среда, които са опасни за тях. И така, медузите предвиждат приближаването на буря след няколко часа, някои видове риби предвиждат земетресение. Изучаването на тези свойства на животните ще помогне за създаването на устройства, които изпълняват подобни функции.
Биологичните системи разполагат с голям брой различни сензори-анализатори - преобразуватели на енергията на външните стимули (термични, светлинни, механични) в енергията на нервните импулси. По миниатюра. и чувствителност, тези анализатори все още са много по-добри от техническите си колеги. По този начин органите, разположени на краката на някои насекоми, дават възможност за улавяне на премествания в части от микрона. Термичните рецептори на гърмящата змия регистрират температурна промяна от 0,001°. В биол системите има и сензори от принципно нов тип, като сензори за вкусови и обонятелни сигнали, способни да улавят единични молекули. Обонятелният апарат на змиорката, например, е в състояние да открие наличието на единични молекули алкохол, които не се откриват чрез високочувствителни методи за химичен анализ.
Системите за техническа информация и управление са по-добри по чувствителност и често по скорост спрямо биосистемите, но са по-ниски от последните по отношение на размери, консумация на енергия и надеждност. Един неврон заема обем от 10 -8 -10 -7 cm 3 , обемът на човешкия мозък е само 1000 cm 3 , мозъкът консумира прибл. 20 вата и работи без отказ, средно ок. 585 хиляди часа.
Консумираната от съвременните компютри мощност е десетки киловата, а времето за работа на най-качественото оборудване е само стотици часове. Дори ако се съсредоточим върху най-модерните разработки, които осигуряват обемна плътност от 10 3 -10 4 елемента на 1 cm 3 и консумация на енергия от 1 mW / клетка, тогава в този случай обемната плътност и ефективността на биосистемите ще бъдат няколко порядък по-висок. Това ни позволява да се надяваме на разработването на нови принципи за по-нататъшно миниатюризиране на оборудването на системите за управление и компютрите.
Изброените свойства на живите организми са обект на изследване в информационно-аналитичната посока на биониката.
Вторият аспект на Б. е изучаването на възможностите за техническо приложение на структурата и конструкциите на биол, системи, изучаване на механични, енергийни и химични. процесите, които протичат в тях.
При изграждането на конзолни конструкции, усвоени от човека, съотношението на височината към най-големия диаметър не надвишава 20-30, докато в природата има конструкции, в които това съотношение е много по-високо от 30 (ствол на евкалипт, палми и др.).
Изследването на структурите на тялото на рибите и морските животни от гледна точка на хидродинамичните механизми на тяхното движение във водата може да предостави много полезна информация за корабостроенето. Рибите и морските животни консумират енергия много икономично и в същото време могат да развиват високи скорости. И така, скоростта на делфина достига 12-16 m / s, скоростта на летящата риба - 18 m / s (т.е. 65 km / h, което е равно на скоростта на куриерски влак), а скоростта на риба тон е повече от 30 m/s.
Третият важен аспект на Б. е изследването на биохимичните процеси, протичащи в живата природа, от гледна точка на ефективността, което може да послужи като модел за разработване на нови технологични процеси. В този аспект тепърва започват изследванията на особеностите на процесите на топло- и масопренос и термодинамиката на живите организми от популации и общности. Като пример можем да посочим процесите на фотосинтеза, осъществявани от растения и микроорганизми с висока ефективност, синтеза на оцетна киселина, производството на пълноценен протеин, преработката на дървесината в мазнини и протеини, осъществявана от микроорганизми в червата на термити и др. Интересни проблеми са и изследването на механизмите на работа на биохимичните източници на електричество; изследване на биохимичните и биоенергийните процеси във връзка с технологията на процесите и апаратите в хим. машиностроене.
И трите разгледани аспекта на Б. показват колко широки са възможностите за създаване на бионични изследвания.
Насоката на изследване на информационно-анализиращи устройства на биообекти, разрез в кората, времето се развива най-интензивно, от своя страна се подразделя на редица независими области, предмет на които е:
Общи модели на методи и устройства за обработка на информация в нервната система; това включва моделиране на процеси в неврон, изучаване на методи за кодиране на информация на различни нива, изследване на модели на невронни мрежи;
Информационни методи и устройства в биоанализатори и процеси за разпознаване на образи; това включва изследвания на механизмите на действие на рецепторите, изграждане на модели на различни анализаторни системи и разработване на базирани на тях алгоритми за разпознаване на образи, изучаване на методи за кодиране за обмен на информация между живите организми. В допълнение, интерес за технологиите представляват механизмите на обучение и адаптация, паметта, надеждността, компенсаторните функции на живите организми, както и механизмите, които контролират регенерацията на органите по отношение на създаване на самолекуващи се технически устройства;
Регулаторни системи, които контролират дейността на отделни автономни подсистеми на висши организми, които са отделни хомеостатични вериги, например. кръвоносната система, дихателната система, окуломоторната система, като се вземат предвид особеностите на внедрения принцип на йерархия в биол, системи, които предоставят големи възможности за заемане на технически разработки.
Трябва да се отбележи, че успехът на бионичните изследвания не може да бъде осигурен чрез просто механично прехвърляне на разработени от природата схеми в технологията.
В природата могат да се намерят много примери за решения и свойства на живи организми, които са напълно незадоволителни за технологията. Достатъчно е да споменем само, че нормалната жизнена активност на биосистемите е възможна в тесни граници на температура (0-70 °) и налягане (0,7-3 kg / cm 2), а скоростта на елементите на нервната система е много по-ниска от скоростта на техническите елементи. Времето необходимо за прехвърляне на неврон от невъзбудено във възбудено състояние е 10 -2 -10 -1 сек., докато за технически елементи достига 10 -7 -10 -8 сек. Поради това основното внимание се отделя на изучаването и разработването на принципите на действие на елементите и системите на живите организми, което ще позволи чрез прилагането на тези принципи върху елементи от различно физическо естество да се получат системи, които са по-съвършени от създадените в процеса на еволюция в живите организми.
Методи за изследване на биониката. В основата на повечето бионични и биокибернетични изследвания, особено тяхната информационна посока, е методът на моделиране. Терминът „модел в биониката” често се тълкува много широко – от физически. устройство, което възпроизвежда функциите на симулиран обект и математически модел (или компютърна програма), до сумата от логически представяния, които описват обекта, т.е. последователна система от факти и хипотези за същността на изучаваната система (виж Моделиране).
Моделирането на механизмите на работа на тези или тези отдели биол, системи обикновено се разделя на етапи: на първия етап се извършва проучване, систематизиране и сравнение на съществуващите физиол, данни - резултати морфол., електрофизиол. и психофизиол, проучвания и получаване при нужда от нови данни за обект. На втория етап - разработване на базата на извършения анализ физиол, данни на кибернетична хипотеза за работата на изследваната биол, система, т.е. такава хипотеза, ръбове включва широк комплекс от технически и математически данни, използвани от съвременния наука за управлението; накрая, на последния етап се тества разработената хипотеза, която може да се извърши в две посоки: първо, чрез изчисления на компютри, физически или математически, и второ, чрез проверка на съответствието на хипотезата с обективната реалност чрез физиол. . експеримент.
Моделирането на биол, системи в кибернетиката и Б. може да се извърши с помощта на различни методи. В обобщените методи на кибернетиката, които са важни за кибернетиката, задачата е да се получи алгоритъм, който описва работата на симулиран обект, като не се изисква структурата на модела да е подобна на структурата на обекта. Този метод е метод за функционално моделиране или метод на "черната кутия". Методът на функционалното моделиране се основава на психофизиологични и поведенчески данни за обекта. По отношение на задачите на Б., методът на "черната кутия" дава възможност да се получат редица важни данни, които дават възможност за избор на един или друг биол, принципът на изграждане на техническа система (дискретна, аналогова). В друг, не по-малко важен за Б. дискретно-структурен метод, се моделират принципите и същността на информационно-контролиращите невронни механизми на една или друга част на мозъка. В този случай е необходимо да се установи както дискретната структура на моделирания обект, така и естеството на връзките между неговите елементи (множества). За разлика от първия метод, този метод използва сложен физиол, данните, получени от психофизиолози, морфолози и електрофизиолози.
Основни резултати от биониката
Един от първите резултати на Б., въведен в технологиите в областта на заимстването на принципите на биоанализаторите, е разработването на жиротрон - инструмент, използван вместо жироскоп за стабилизиране на самолета. Изследването на някои насекоми (пеперуди, бръмбари) показа, че те имат клубовидни антени, които по време на полет осцилират в хоризонтална равнина. Когато тялото на насекомото се отклони, краищата на антените продължават да осцилират в една и съща равнина, което причинява механични напрежения в основата на антените, които засягат нервните клетки, разположени тук. От тях сигнали чрез нервни влакна постъпват в централните части на нервната система, които произвеждат подходящи сигнали за реакция за управление на органите на тялото на насекомото, възстановявайки правилното му положение в полет. Принципът на действие на този биоанализатор е приложен в техническо устройство - жиротрон, който представлява камертон, крачетата на който се привеждат в осцилаторно движение от електромагнит, захранван от променлив ток. При завъртане на държача, върху който е фиксиран камертонът, възниква механичен момент в основата на краката. Сензорът, който реагира на него, изпраща сигнал, пропорционален на ъгъла на завъртане на държача. Жиротроните се използват в самолетите и се работи по-нататък за подобряването им: увеличаване на чувствителността, експлоатационния живот и намаляване на размерите.
Друг пример е изграждането на измервател на наземна скорост за самолет, използвайки принципа на сложното око на насекомите (пчелите). Устройството се състои от приемници, разположени в основата на две тръби, разделени под определен ъгъл във вертикалната равнина. За да се определи скоростта на самолета спрямо земята, определена точка от земната повърхност се фиксира първо в един, а след това в друг приемник. Познавайки интервала от време между появата на избраната точка в първия и втория приемник и височината на самолета над земята, е лесно да се определи скоростта.
Наблюденията върху поведението на пчелите позволиха да се издигне хипотеза за ориентацията на някои видове птици и насекоми според поляризираната радиация на слънцето, като се използва фактът, че светлинните лъчи, идващи от слънцето, са поляризирани по различен начин, когато слънцето се намира на различни височини над хоризонта. Тези проучвания доведоха до създаването на слънчев компас, който позволява да се ориентирате по слънцето в присъствието на облаци. В резултат на изследване на механизмите на функциониране на окото на жабата са предложени редица устройства, необходими за насочване и локация. Въз основа на изследването на свойствата на някои морски организми да улавят инфразвук, са създадени устройства, които сигнализират за приближаването на буря.
Инженерните и енергийните принципи, заимствани от биологични обекти, също са намерили приложение в технологиите. По този начин използването на контури от китоподобни за изграждане на кораби даде възможност да се получи печалба в мощността на електроцентралите до 40%. Друг пример е начинът, по който пингвините се движат през снега, който се използва за построяването на нов вездеходен автомобил за полярните региони.
Интересен резултат е опитът да се използват определени видове микроорганизми за създаване на източници на електрически ток.
Най-значимите резултати от информационното направление на Б. са, на първо място, в разработването на модели на единични нервни клетки, модели на участъци от невронни мрежи и цели участъци на нервната система - анализатори, и, второ, в развитието на обучението. машини и алгоритми за разпознаване на образи, базирани на тези модели. Разработени са няколкостотин модела на неврони, които се различават по броя и сложността на възпроизводимите свойства на неврона. Някои разработки са по същество сложни адаптивни елементи от нов тип, създадени на базата на идеи за неврона и са предназначени да създават разпознаващи устройства за обучение. Успехите, постигнати при разработването на модели на анализаторните части на мозъка, са свързани с формулирането на добре познатия във физиологията принцип за странично инхибиращо взаимодействие между елементите на проекционните части на нервната система и развитието на теорията за детекторите като основен механизъм за работа на анализаторите. Според тази теория процесът на възприемане на определен стимул е резултат от избора на някои прости характеристики на този стимул посредством набор от специално организирани ансамбли от неврони - детектори. Например при анализ на визуален образ са открити детектори на границата на тъмни и светли зони, детектори за кривина, детектори на прави линии с определена посока, детектори за пресичане на прави линии и др., движение в определена посока. Въз основа на теорията на детекторите са разработени моделни концепции за работата на зрителните и слуховите анализатори, които обясняват редица свойства на слуховото и зрителното възприятие.
Устройствата за разпознаване и обучение, създадени на базата на бионични изследвания, разбира се, все още са много несъвършени и тяхното създаване трябва да се разглежда като първите стъпки в тази област. Въпреки това вече са създадени устройства за разпознаване на най-простите модели, за разпознаване на ограничен набор от думи (около 300), разработени са адаптивни автопилоти и самонастройващи се филтри за изолиране на сигнал с произволна форма на вълната на фона на шума. Създаването на перфектни устройства за разпознаване на обучение ще бъде от голямо значение не само за технологиите, но и за биологията и медицината и особено за медицинските технологии, биотелеметрията и биофизиката.
Такива устройства ще намерят приложение в цитологията, хистологията, микробиологията, радиологията и други области на биологията и медицината.
В средата на 70-те години на миналия век, във връзка с развитието на JCG технологията (виж Оптичен квантов генератор) и развитието на холографията (виж), се извършва преразглеждане на ролята на кибернетиката и биофизиката в развитието на технически системи за анализ на информация.
Научно-изследователски учреждения, в които се извършват изследвания по бионика: СССР - държавни университети: Днепропетровск, Вилнюс, Ростов, Ленинград, Москва; Институти по биофизика (Москва), Проблеми на управлението (Москва), Мозък (Москва), Радиоелектроника (Харков), Кибернетика (Киев), Автоматика и електрометрия на Сибирския клон на Академията на науките на СССР; САЩ - университети: Станфорд, Харвард, Колумбия, Илинойс, Калифорния; Масачузетски институт по технологии; Англия - университети: Бирмингам, Селтик, Кеймбридж; Германия – Институт Макс Планк; ГДР - Висше техническо училище (Илменау), Институт по кибернетика и информационни процеси; Полша - Институт по приложна кибернетика, Политехнически институт (Варшава); България - Институт по техническа кибернетика; Чехословакия – Институт по теория на информацията и автоматизация. Произведенията по Б. се обсъждат на редовно свикани конференции. В СССР се провеждат: Всесъюзни конференции по бионика (Москва), Всесъюзни конференции по неврокибернетика (Ростов на Дон); в САЩ: национални симпозиуми по бионика; в Германия: конгреси по кибернетика; международни конгреси: по кибернетика (Намюр), но по медицинска кибернетика (Амстердам), по биокибернетика (Лайпциг), по автоматично управление (IFAC).
Няма общоприети учебни програми за подготовка на специалисти в областта на биологията, но редица университети и висши учебни заведения организират специални курсове и провеждат студентска изследователска работа. Те включват Днепропетровск, Вилнюс, Ростов, Ленинград, Московски университети; Московски физико-технически институт, 1-ви Московски медицински институт, Ленинградски политехнически институт.
Библиография:Бионика, изд. A.I. Berg et al., М., 1965; Бионика, Библиографски указател на родната и чуждестранната литература 1958 - 1968, съст. Т. Н. Анисимова, Москва, 1971 г. Бонгард М. М. Проблемът за разпознаването, М., 1967; Винер Н. Кибернетика и общество, прев. от английски, М., 1958; Глезер В. Д. Механизми на разпознаване на визуални образи, М. - Л., 1966, библиогр.; Deutsch S. Модели на нервната система, прев. от англ., М., 1970, библиография; Gerardin L. Bionics, trans. от френски, Москва, 1971; Mil-sum D. Анализ на системите за биологичен контрол, транс. от англ., М., 1968, библиография; P около z и N. V. Моделиране на невронни структури, М., 1970, библиогр.
И. А. Любински.
бионика (от гръцки biōn - елемент на живота, буквално - жив)
наука, граничеща между биология и технология, решаваща инженерни проблеми въз основа на анализ на структурата и жизнената дейност на организмите. Б. е тясно свързана с биологията, физиката, химията, кибернетиката и инженерните науки – електроника, навигация, комуникации, морско дело и др. Идеята за прилагане на знания за дивата природа за решаване на инженерни проблеми принадлежи на Леонардо да Винчи, който се опита да построи самолет с размахващи крила, като птици - орнитоптер. Появата на кибернетиката (виж Кибернетика),
разглеждане на общите принципи на управление и комуникация в живите организми и машини, стана стимул за по-широко изследване на структурата и функциите на живите системи с цел изясняване на тяхното сходство с техническите системи, както и за използване на получената информация за живите организми за създаване на нови устройства, механизми, материали и др. .P. През 1960 г. в Дейтона (САЩ) се провежда първият симпозиум по биология, който формализира раждането на нова наука. Основните области на работа в невронауката обхващат следните проблеми: изследване на нервната система на хора и животни и моделиране на нервни клетки – неврони – и невронни мрежи за по-нататъшно усъвършенстване на компютърните технологии и разработването на нови елементи и устройства за автоматизация и телемеханика (невробионика); изследване на сетивните органи и други възприемащи системи на живите организми с цел разработване на нови сензори и системи за откриване; изучаване на принципите на ориентация, местоположение и навигация при различни животни за използване на тези принципи в технологията; изучаване на морфологични, физиологични, биохимични особености на живите организми за излагане на нови технически и научни идеи. Изследванията на нервната система показват, че тя има редица важни и ценни характеристики и предимства пред всички най-модерни изчислителни устройства. Тези характеристики, изучаването на които е много важно за по-нататъшното усъвършенстване на електронните изчислителни системи, са както следва: други характеристики на гласа и др.). 2) Висока надеждност, значително надвишаваща надеждността на техническите системи (последните се провалят, когато една или повече части са счупени във веригата; когато милиони нервни клетки от милиардите, които съставляват мозъка, умрат, системата остава работоспособна). 3) Умаляването на елементите на нервната система: с броя на елементите 10 10 -
10 11 Обем на човешкия мозък 1.5 dm 3 .Транзисторно устройство със същия брой елементи би заело обем от няколкостотин или дори хиляди м 3. 4) Ефективност на работата: консумацията на енергия от човешкия мозък не надвишава няколко десетки вт. пет) Висока степен на самоорганизация на нервната система, бърза адаптация към нови ситуации, към промени в програмите за дейност. Опитите за моделиране на нервната система на хора и животни започват с изграждането на аналози на неврони и техните мрежи. Разработени са различни видове изкуствени неврони ( ориз. един
). Създадени са изкуствени "нервни мрежи", които са способни да се самоорганизират, тоест да се връщат в стабилни състояния, когато са извадени от равновесие. Изучаването на паметта (виж паметта) и други свойства на нервната система е основният начин за създаване на „мислещи“ машини за автоматизиране на сложни производствени и контролни процеси. Изучаването на механизмите, които осигуряват надеждността на нервната система, е много важно за технологията, т.к. Решението на този първичен технически проблем ще осигури ключът към осигуряването на надеждността на редица технически системи (например оборудване на въздухоплавателното средство, съдържащо 10 5
електронни елементи). Изследване на анализаторни системи. Всеки Анализатор на животни и хора, който възприема различни стимули (светлина, звук и т.н.), се състои от рецептор (или сензорен орган), пътища и мозъчен център. Това са много сложни и чувствителни образувания, без аналог сред техническите устройства. Миниатюрни и надеждни сензори, които не са по-ниски по чувствителност, например към окото, което реагира на единични кванти светлина, температурно-чувствителния орган на гърмяща змия, който различава температурни промени от 0,001 ° C, или електрическия орган на риба, която възприема потенциали в части от микроволта, може значително да ускори движението на техническия прогрес и научните изследвания. Чрез най-важния анализатор – визуалния – по-голямата част от информацията постъпва в човешкия мозък. От инженерна гледна точка интерес представляват следните характеристики на визуалния анализатор: широк диапазон на чувствителност – от единични кванти до интензивни светлинни потоци; промяна в яснотата на зрението от центъра към периферията; непрекъснато проследяване на движещи се обекти; адаптиране към статично изображение (за да видите неподвижен обект, окото прави малки осцилаторни движения с честота 1-150 Hz). За технически цели интерес представлява разработването на изкуствена ретина. (Ретината е много сложно образувание; например човешкото око има 10 8 фоторецептора, които са свързани с мозъка с 10 6 ганглийни клетки.) Една от изкуствените ретини (подобно на ретината на жабата) се състои от 3 слоя: първият включва 1800 фоторецепторни клетки, вторият - "неврони", които възприемат положителни и инхибиторни сигнали от фоторецепторите и определят контраста на изображението; в третия слой има 650 "клетки" от пет различни типа. Тези проучвания правят възможно създаването на проследяващи устройства за автоматично разпознаване. Изследването на усещането за дълбочината на пространството при виждане с едно око (монокулярно зрение) направи възможно създаването на детерминанта на дълбочината на пространството за анализ на въздушни снимки. Работи се по имитация на слуховия анализатор на хора и животни. Този анализатор също е много чувствителен - хората с остър слух възприемат звук, когато налягането в ушния канал се колебае около 10 микрон / m 2 (0,0001 дин/см2).
Също така е технически интересно да се изследва механизмът на предаване на информация от ухото към слуховата област на мозъка. Те изучават органите на обонянието на животните, за да създадат „изкуствен нос“ – електронно устройство за анализиране на ниски концентрации на миризливи вещества във въздуха или водата [някои риби усещат концентрацията на вещество в няколко mg/m 3(мкг/л)]. Много организми имат такива анализаторни системи, каквито хората нямат. Така, например, скакалец на 12-ия сегмент на антените има туберкул, който възприема инфрачервено лъчение, акулите и лъчите имат канали на главата и в предната част на тялото, които възприемат промени в температурата с 0,1 ° C. Охлювите и мравките са чувствителни към радиоактивно излъчване. Рибите, очевидно, възприемат блуждаещи течения поради наелектризирането на въздуха (това се доказва от заминаването на рибите на дълбочина преди гръмотевична буря). Комарите се движат по затворени пътеки в изкуствено магнитно поле. Някои животни усещат добре инфра- и ултразвуковите вибрации. Някои медузи реагират на инфразвукови вибрации, които възникват преди буря. Прилепите излъчват ултразвукови вибрации в диапазона 45-90 kHzНо молците, с които се хранят, имат органи, които са чувствителни към тези вълни. Совите също имат "ултразвуков приемник" за откриване на прилепи. Вероятно устройството е не само технически аналози на сетивните органи на животните, но и технически системи с биологично чувствителни елементи (например очите на пчела - за откриване на ултравиолетови лъчи и очите на хлебарка - за откриване на инфрачервени лъчи лъчи). От голямо значение в техническото проектиране са т.нар. Персептрони -
"самообучаващи се" системи, които изпълняват логическите функции на идентификация и класификация. Те съответстват на мозъчните центрове, където се извършва обработката на получената информация. По-голямата част от изследванията са посветени на разпознаването на визуални, звукови или други изображения, т.е. формиране на сигнал или код, които уникално съответстват на даден обект. Разпознаването трябва да се извършва независимо от промените в изображението (например неговата яркост, цвят и т.н.), като се запази основната му стойност. Такива самоорганизиращи се познавателни устройства работят без предварително програмиране с постепенно обучение, извършвано от човек оператор; той представя изображения, сигнализира за грешки, подсилва правилните отговори. Входното устройство на перцептрона е неговото възприемащо, рецепторно поле; при разпознаване на визуални обекти това е набор от фотоклетки. След период на "учене", персептронът може да взема самостоятелни решения. На базата на персептрони се създават устройства за четене и разпознаване на текст, чертежи, анализиране на осцилограми, рентгенови снимки и др. Изучаването на системите за откриване, навигация и ориентация при птици, риби и други животни също е една от важните задачи на биологията. миниатюрни и точни системи за възприемане и анализиране, които помагат на животните да се ориентират, да намират плячка, да мигрират хиляди км(вижте миграции на животни),
може да помогне за подобряване на инструментите, използвани в авиацията, морските дела и др. Ултразвуковото измерване е открито при прилепи и редица морски животни (риби, делфини). Известно е, че морските костенурки плуват на няколко хиляди фута в морето. кми се връщайте да снасяте яйца винаги на същото място на брега. Смята се, че те имат две системи: ориентация на далечни разстояния от звездите и ориентация на къси разстояния по миризма (химията на крайбрежните води). Мъжка пеперуда, малък нощен паун, търси женска на разстояние до 10 км.Пчелите и осите са добре ориентирани от слънцето. Изучаването на тези многобройни и разнообразни системи за откриване може да предложи много технологии. Изучаването на морфологичните особености на живите организми също дава нови идеи за технически дизайн. По този начин изследването на структурата на кожата на бързо движещите се водни животни (например кожата на делфин не е намокрена и има еластично-еластична структура, която осигурява елиминиране на турбулентни вихри и плъзгане с минимално съпротивление). възможно е да се увеличи скоростта на корабите. Създадена е специална тапицерия - изкуствена кожа "laminflo" ( ориз. 2
), което даде възможност да се увеличи скоростта на морските кораби с 15-20%. Двукрилите имат придатъци - халтери, които непрекъснато вибрират заедно с крилата. Когато посоката на полета се промени, посоката на движение на халтерите не се променя, дръжката, която ги свързва с тялото, се разтяга и насекомото получава сигнал за промяна в посоката на полета. На този принцип е изграден жиротрон ( ориз. 3
) - раздвоен вибратор, който осигурява висока стабилизация на посоката на полета на самолета при високи скорости. Самолет с жиротрон може автоматично да бъде изваден от завъртане. Полетът на насекомите е придружен от ниска консумация на енергия. Една от причините за това е специалната форма на движението на крилата, която има вид на осмица. Разработените на този принцип вятърни мелници с подвижни остриета са много икономични и могат да работят при ниски скорости на вятъра. Нови принципи на полет, безколесно движение, конструкция на лагери, различни манипулатори и др. са разработени на базата на изучаване на полета на птици и насекоми, движението на скачащите животни, структурата на ставите и др. Анализът на структурата на костта, който осигурява нейната по-голяма лекота и същевременно здравина, може да отвори нови възможности в строителството и т.н. Нова технология, базирана на биохимични процеси, протичащи в организмите, също е по същество проблем Б. В това отношение изследването на процесите на биосинтеза а,
биоенергетика (Вж. Биоенергетика), т.к. енергийно биологичните процеси (например мускулна контракция) са изключително икономични. Едновременно с напредъка на технологиите, който се осигурява от успеха на биологията, той е от полза и за самата биология, т.к. помага за активно разбиране и моделиране на определени биологични явления или структури (виж Моделиране). Вижте също кибернетика,
биомеханика,
Биологична обратна връзка. букв.:Моделиране в биологията, прев. от английски, изд. Н. А. Бернщайн, М., 1963: Парин В. В. и Баевски Р. М., Кибернетика в медицината и физиологията, М., 1963; Въпроси на биониката. сб. ст., респ. изд. М. Г. Гаазе-Рапопорт, Москва, 1967; Мартека В., Бионика, прев. от английски, М., 1967; Краймер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2-ро изд., М., 1968; Брейнс С. Н., Свечински В. Б., Проблеми на неврокибернетиката и невробиониката, М., 1968: Библиографски указател по бионика, М., 1965. Р. М. Баевски. Ориз. 1. Схематично изображение на неврон (вляво), неговия модел (в средата) и електрическа верига на изкуствен неврон (вдясно): 1 - клетъчно тяло; 2 - дендрити; 3 - аксон; 4 - обезпечения; 5 - крайно разклоняване на аксона; P n , P i , P 2 , P 1 - невронни входове; S n , S i , S 2 , S 1 - синаптични контакти; P - изходен сигнал; K е праговата стойност на сигнала; R 1 - R 6 , R m - съпротивление; C 1 - C 3 , C m - кондензатори; T 1 -T 3 - транзистори; D - диод.
Голяма съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .
Синоними:Вижте какво е "Bionics" в други речници:
- [Речник на чужди думи на руския език
- [от био... и (електроника)], наука, която изучава живите организми, за да използва резултатите от познанието за механизмите на тяхното функциониране при проектирането на машини и създаването на нови технически системи. Например данни от бионика, получени от... Екологичен речник
бионика- Етимология. Идва от гръцки. био живот. Категория. Научна дисциплина. Специфичност. Изучава принципите на функциониране на живите системи за тяхното използване в областта на инженерната практика. Започва да се формира през 60-те години. 20-ти век Основният метод ... ... Голяма психологическа енциклопедия
Биониката е една от областите на биологията и кибернетиката, която изучава особеностите на структурата и живота на организмите с цел създаване на по-модерни технически системи или устройства, чиито характеристики са близки до тези на живите системи.
На този ден беше открит първият международен симпозиум на тема „Живи прототипи на изкуствени системи – ключът към новите технологии“.
Но дори преди официалното признаване, биониката като такава беше известна. Изобретателите отдавна обръщат внимание на различни природни явления, законите на неговото развитие и намират правилните решения на технически проблеми.
В процеса на последователен, безмилостен естествен подбор природата усъвършенства своите системи в продължение на хиляди години, усъвършенствайки отделни органи на животните.
В жестоката борба за съществуване само най-съвършените форми на организми оцеляват и произвеждат потомство. В резултат на толкова дълга еволюция природата е създала гигантска съкровищница на Земята, в която не могат да се преброят невероятни образци от "живи инженерни системи", които функционират много точно, надеждно и икономично, се отличават с невероятна експедитивност и хармония на действията , способността да се реагира на най-фините промени в множество фактори на околната среда, да се запомнят и отчитат тези промени, да се реагира на тях с разнообразни адаптивни реакции. Природата имаше много време за това и човек, който създава съвременни машини, трябва да решава технически проблеми за кратко време, десетилетия, дори години.
Много „изобретения“ на природата дори в древни времена помогнаха за решаването на редица технически проблеми. И така, арабските лекари преди много стотици години, извършвайки очни операции, добиха представа за пречупването на светлинните лъчи по време на прехода от една прозрачна среда към друга. Изследването на лещата на окото доведе древните лекари до идеята да използват лещи от кристал или стъкло за увеличаване на изображението.
В областта на физиката изучаването на много от основните принципи на учението за електричеството започва с изучаването на така нареченото животинско електричество. По-специално, известните експерименти на италианския физиолог от XVIII век. Луиджи Галвани с жабешки крак доведе в крайна сметка до създаването на галванични клетки - химически източници на електрическа енергия.
Още в годините на Първата световна война британският флот беше въоръжен с хидрофони - устройства за откриване на германски подводници по шума на техните витла във водата. Дизайнът беше неуспешен. По време на движението на кораба хидрофоните не долавяха други звуци, тъй като всичко беше заглушено от шума на собствения двигател на кораба. На помощ се притекоха зоолози. Те припомниха, че тюлените могат да чуват перфектно във водата при всякаква скорост и предложиха хидрофоните да бъдат оформени като ушна мида на тюлен. Оттогава британците станаха по-успешни в борбата с германските под-водни лодки.
Желанието на учените да разберат коя природа е по-съвършена, по-умна, по-икономична от съвременните технологии, техните опити да намерят и систематизират нови методи зарадикално усъвършенстване на съществуващите и създаване на принципно нови машини, устройства, строителни конструкции и технологични процеси и поражда ново научно направление, наречено бионика.
Форми на живот в природата и техните индустриални аналози.
Един от основните проблеми, решавани от биониката, е изучаването на принципите, които позволяват постигането на висока надеждност на биологичните системи, моделиране на компенсаторните функции на организмите и тяхната способност да се адаптират.
Пример за високата надеждност на адаптивните механизми в някои организми са специални черупки за защита от околната среда и възможна атака.
Топлоинженерите са добре запознати с диатомит, огнеупорен материал, от който са направени стените на стъклените пещи. Диатомитът се получава от находища на гигантски натрупвания от черупки от диатоми, които са се утаили на дъното на водоемите. Клетките на тези водорасли са разположени вътре в защитната обвивка. Черупката на диатомеите се състои от две половини, вмъкнати една в друга. Благодарение на специалната дръжка структура, състояща се от паралелепипеди или решетки, които придават на черупката висока якост, диатомеите са в състояние да издържат на високи напрежения на натиск и огъване.
Пример за сложна система за адаптиране към промените в условията на околната среда еСпецифична за животните система, която регулира нивото на захарта в кръвта, важен източник на енергия. То представлява особен научен интерес. Нормалната жизнена дейност на организма е възможна само при определено съдържание на гроздова захар (глюкоза) в кръвта. Уникалната система за регулиране предотвратява колебанията в кръвната захар, които са вредни за тялото.
Тялото има орган за отлагане (съхранение), в който глюкозата, полимеризирайки, преминава в друг вид въглерод - гликоген (понякога наричан животинско нишесте). Този орган е черният дроб. В клетките му гликогенът може да се отлага в големи количества, като по този начин се намалява съдържанието на глюкоза в кръвта.кози. Когато кръвната глюкоза падне под необходимото ниво, част от гликогена се деполимеризира и новообразуваната глюкоза навлиза в кръвта, докато съдържанието й отново достигне нормата. Тялото не се отървава от излишъка от ценен енергиен продукт, а го превръща във форма, удобна за съхранение, създава резерв за „черен ден“.
Комплексът от проблеми, решавани от биониката, включва и изследване на биологични рецепторни и анализаторни системи (предимно изследване на органите на зрението, слуха и обонянието) с цел изграждане на техни технически модели. Окото на калмарите е приспособено да вижда обекти както при слаба, така и при силна светлина.Тази адаптация е свързана с наличието на кафяв гранулиран пигмент в клетките на ретината. При ярка светлина пигментът се разпределя в клетката, като предпазва нейната чувствителна основа от излишните светлинни лъчи. През нощта, при слаба светлина, целият пигмент, напротив, е равномерно концентриран в основата на клетката, повишавайки нейната чувствителност. Нещо подобно вече е създадено от оптиците. Те успяха да разработят очила, които моментално потъмняват, когато ги удари ярка светлина. Когато яркостта намалее, очилата възвръщат предишната си прозрачност.
Много интересно и обещаващо беше изследването на аеродинамичните свойства на птиците и насекомите, хидродинамичните характеристики на главоногите, рибите и китоподобните. Резултатите от това изследване се използват в самолето- и корабостроенето, проектиране и производство на хидрореактивни двигатели за подводен транспорт. Великият руски учен Н. Е. Жуковски, докато изучава полета на птиците, открива „тайната на крилото“, разработва метод за изчисляване на подемната сила на крилото, силата, която държи самолета във въздуха. Резултатите от изучаването на особеностите на полета на птиците, на които Жуковски отдели толкова много време, са в основата на съвременната аеродинамика.
Насекомите имат още по-съвършен самолет в дивата природа. По икономичност на полета, относителна скорост и маневреност те нямат равни в дивата природа и още повече в съвременните авиационни технологии. Въпреки че скоростта на техния полет, изглежда, е малка в сравнение със съвременните самолети, но ако изчислим скоростта спрямо дължината на тялото на летящо животно или насекомо, се оказва, че пчелата лети най-бързо от всички: в една минута прелита 10 000 разстояния, равни на дължината на тялото му; второто място е заето от бързеи, третото - скорецът, след това сивата врана, и само на последно място е нашият високоскоростен реактивен пътнически самолет, който лети само 1500 разстояния, равни на дължината му за минута, т.е. лети 6-7 пъти по-бавно от пчела!
След като идентифицираха функцията на halteres - недоразвитите задни крила под формата на клубовидни придатъци, открити при мухите, учените успяха да създадат устройство "жиротрон", използвано за определяне на ъгловото отклонение на стабилността на полета в самолети и ракети.
Чрез метода на високоскоростно заснемане беше установено, че крилото на пеперуда не само се издига и спуска по време на полета си, както може да се види от окото, но и едновременно с това извършва вълнообразни движения по напречната ос. По аналогия с движението на крило на пеперуда, към крилата на вятърна мелница бяха прикрепени допълнителни остриета под формата на крила и вятърната мелница започна да работи дори при най-тихия вятър.
Реактивното задвижване, което сега се използва в самолети, ракети и космически снаряди, е характерно и за главоногите - октоподи, калмари, сепии. Реактивният двигател на кораби е точно копие на реактивния "механизъм", с помощта на който сепията се движи бързо, изхвърляйкиструя вода с голяма сила. Калмарите могат да се нарекат "спринтьорите на морето". Те са в състояние да се изстрелват от морските дълбини във въздуха с такава скорост, че често летят над вълни над 50 m.
Калмарите се характеризират с невероятна маневреност във водата, правят изключително бързи завои не само в хоризонтална, но и във вертикална равнина. Изследване на опорно-двигателния апарат на калмари, показатели за хидродинамична формателата им могат да осигурят на инженерите по корабостроенето богат материал за създаване на високо маневрена морска ракета, способна да достигне огромна скорост под вода.
Задълбочено и изчерпателно изследване на биологични процеси, природни структури и форми с цел тяхното използване в строителната технология и архитектурата донесе много открития за кратко време. Учените са установили, че елегантният дизайн на тристаметровата метална Айфелова кула точно повтаря (дори ъглите на носещите повърхности съвпадат) структурата на пищяла, който лесно издържа тежестта на човешкото тяло, въпреки че инженерът Дж. Айфел не използва живи модели при създаването на проекта на кулата. Човешкият пищял с малкия си диаметър и маса може да издържи компресия от 1650 кг, което е 20-25 пъти повече от обичайното натоварване.
Внимателно изследване на обикновеното "проклето яйце" установи, че здравината му се дължи на тънка и еластична филм-мембрана, поради която черупката е предварително опъната структура. Строителите се възползваха от това откритие по време на изграждането на сградата на театъра в Дакар, вътре в която не трябваше да има нито една колона, нито една декоративна опора - цялата сграда трябваше да бъде огромна, празна, тънка стоманобетонна "черупка". “, почива на специална основа. Само мембраната, която придава здравина на тази конструкция, не е направена от "пилешки" материал, а от армиран цимент. Тънки армирани циментови черупки с дебелина 15-30 мм покриват пространства с височина над 120 м без опори. В този случай колкото по-голям е обхватът, толкова по-тънка и по-лека (до определени граници) трябва да бъде обвивката.
Изследването на удивителната структура на листата, които имат оребрена структура и ветрилообразна форма, подтикна архитектите към така наречените "сгънати конструкции". Например лист обикновена хартия за писане, поставен с противоположни ръбове на стойки, не може да издържи собствената си тежест и се огъва.
Същият лист, но сгънат "акордеон" и отново поставен върху две опори, така че успоредните гънки да минават през целия участък, се държи различно от гладкото. Той е стабилен и може лесно, без да се деформира, да издържи натоварване, равно на сто пъти масата на собственото му тяло. Новата форма на листа му придаде нови механични качества. Използвайки принципа на "сгънати конструкции", в САЩ са построени сгънати куполи с обхват 100-200 m, във Франция павилионът е покрит с обхват от 218 m.
Тънкостенните пространствено сгънати конструкции също са били широко използвани в Русия. Строителите на жилищни сгради се възползваха от хилядолетния опит на пчелите в изграждането на пчелни пити. Пчелните пити имат много предимства. Еднородността на елементите тук е доведена до предела: основният и единственият крайконструктивният елемент на цялата пчелна постройка е шестоъгълна клетка, изработена от восък. Друго предимство на пчелните пити е тяхната здравина. Силата тук (относителна разбира се) е по-висока от тази на тухлена стена. Пчелните пити са изотропни (силата им е еднаква във всички посоки). Благодарение на тези предимства, дизайнът на пчелни пити формира основата за производството на "панели с пчелна пита" за изграждане на жилищни сгради. Пчелните пити имат и друго изключително важно предимство. В продължение на милиони години на еволюция пчелите са успели чрез опити и грешки да намерят най-икономичната и най-вместителна форма на съд за съхранение на мед. Цялата тайна се крие в рационално избраната форма, в геометричната конструкция на восъчната клетка. Всички остри ъгли на трите ромба, които образуват основата на всеки хексаедър, са равни на 70° 32". Математиците са доказали, че с шестоъгълна форма, точно тази стойност на ъгъла осигурява най-големия капацитет на клетката с пчелна пита с минималния цена на строителния материал за изграждането й. Нашите инженери се възползваха от опита на пчелите и разработиха нова конструкция на стоманобетонен елеватор за съхранение на зърно.Преди това у нас бяха построени десетки обикновени асансьори с масивни монолитни стоманобетонни кули.имаше малко и се изразходва много стоманобетон. Конструкцията на съвременен перфектен асансьор с пчелна пита отнема 30% по-малко бетон от неговия монолитен "прародител". Но вековният опит на пчелите в изграждането на пчелни пити се оказа полезен не само за строителите на жилищни сгради и зърнохранилища. Много успешно се използва при изграждането на язовири, шлюзове и много други сложни и критични съоръжения.
Бриджъри също така създават редица оригинални структури, имитиращи естествени структури. И така, френски инженери издигнаха мост, придавайки му формата на скелет на морска звезда. Изглежда като равностранен триъгълник, който е много по-надежден от сводестите конструкции. Преобразуването на формата на листата, когато те се навиват в тръба и образуват причудливи улуци, усукват се в спирала, осигурявайки си най-голяма здравина, предложи на инженерите и дизайнерите идеята за мост през реката в форма на полуразточен лист. Лекотата му е невероятна, силата му е необикновена. С красота, ефективност и издръжливост, този мостнапълно задължен на природата. Друг дизайн на моста, подтикнат от природата, е разработен от инженер Самюел Браун. Излизайки в градината и разглеждайки хилядите тънки нишки паяжини, висящи между дърветата, той видя прототип на конструкцията на моста, която търсеше, върху гъвкави дълги нишки. Вятърът го разтърси, но висящите нишки не се скъсаха. Инженерът трябваше само да изчисли натоварванията и секциите. Така се появиха здрави и красиви висящи мостове.
Изключително важен и интересен проблем, решен от биониката, е изследването на системите за навигация, местоположение, стабилизация, ориентация на някои представители на животинския свят и създаването на принципно нови технически устройства, базирани нарезултатите от тези изследвания. Навигационните способности на мигриращите животни са поразителни със своята точност, но устройството и принципът на работа на системите, които осигуряват ориентация, все още не са разгадани.
