ไบโอนิคเป็นวิทยาศาสตร์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ เริ่มต้นในวิทยาศาสตร์

การสร้างโมเดลใน ไบโอนิค- มีชัยไปกว่าครึ่งแล้ว ในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติที่เฉพาะเจาะจง ไม่เพียงแต่จะต้องตรวจสอบการมีอยู่ของคุณสมบัติของแบบจำลองที่น่าสนใจในการปฏิบัติเท่านั้น แต่ยังต้องพัฒนาวิธีการคำนวณลักษณะทางเทคนิคที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของอุปกรณ์ และเพื่อพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่รับประกันความสำเร็จ ของตัวบ่งชี้ที่จำเป็นในปัญหา

และนั่นเป็นสาเหตุที่หลายคน ไบโอนิคโมเดลก่อนที่จะได้รับการนำไปใช้ทางเทคนิค จะต้องเริ่มต้นชีวิตบนคอมพิวเตอร์ คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของแบบจำลองถูกสร้างขึ้น มีการรวบรวมโปรแกรมคอมพิวเตอร์จากมัน - โมเดลไบโอนิค. เมื่อดังกล่าว รุ่นคอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลพารามิเตอร์ต่างๆ ได้ในเวลาอันสั้น และข้อบกพร่องด้านการออกแบบสามารถกำจัดได้

ถูกต้องตามซอฟต์แวร์ การสร้างแบบจำลองตามกฎแล้วให้วิเคราะห์พลวัตของการทำงานของแบบจำลอง สำหรับการก่อสร้างทางเทคนิคพิเศษของแบบจำลองงานดังกล่าวมีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย แต่ภาระเป้าหมายนั้นแตกต่างกัน สิ่งสำคัญในนั้นคือการค้นหาพื้นฐานที่ดีที่สุดซึ่งคุณสมบัติที่จำเป็นของแบบจำลองสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำยิ่งขึ้น สะสมอยู่ใน ไบโอนิคประสบการณ์จริง การสร้างแบบจำลองระบบที่ซับซ้อนอย่างยิ่งมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป วิธีการฮิวริสติกจำนวนมากซึ่งมีความจำเป็นอย่างยิ่งในงานประเภทนี้ได้แพร่หลายไปแล้วในการแก้ปัญหาที่สำคัญของฟิสิกส์เชิงทดลองและทางเทคนิค ปัญหาทางเศรษฐกิจ ปัญหาของการออกแบบระบบการสื่อสารแบบแยกสาขาหลายขั้นตอน เป็นต้น

ปัจจุบันไบโอนิคมีหลายทิศทาง

ไบโอนิคทางสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างศึกษากฎของการก่อตัวและโครงสร้างของเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิต วิเคราะห์ระบบโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตบนหลักการของการประหยัดวัสดุ พลังงาน และความมั่นใจในความน่าเชื่อถือ Neurobionics ศึกษาการทำงานของสมองและสำรวจกลไกของความจำ อวัยวะรับความรู้สึกของสัตว์และกลไกภายในของการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมทั้งในสัตว์และพืชกำลังได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้น

ตัวอย่างที่โดดเด่นของสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างไบโอนิคคือการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์ของโครงสร้างของก้านธัญพืชและอาคารสูงสมัยใหม่ ลำต้นของต้นธัญญาหารสามารถทนต่อภาระหนักได้โดยไม่หักตามน้ำหนักของช่อดอก หากลมพัดพวกมันลงกับพื้น พวกมันก็จะกลับคืนสู่ตำแหน่งแนวตั้งอย่างรวดเร็ว ความลับคืออะไร? ปรากฎว่าโครงสร้างของมันคล้ายกับการออกแบบท่อโรงงานสูงระฟ้าสมัยใหม่ซึ่งเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางวิศวกรรมล่าสุด โครงสร้างทั้งสองเป็นแบบกลวง เส้นสเคลเรนไคมาของลำต้นพืชทำหน้าที่เสริมแรงตามยาว ปล้องของลำต้นเป็นวงแหวนที่มีความแข็ง มีช่องว่างแนวตั้งรูปไข่ตามผนังก้าน ผนังท่อมีวิธีการออกแบบเหมือนกัน บทบาทของการเสริมแรงแบบเกลียวที่วางอยู่ที่ด้านนอกของท่อในลำต้นของต้นธัญพืชนั้นมีผิวที่บาง อย่างไรก็ตาม วิศวกรหาวิธีแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์ด้วยตนเอง โดยไม่ต้อง "มอง" เข้าไปในธรรมชาติ ตัวตนของโครงสร้างถูกเปิดเผยในภายหลัง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไบโอนิคส์ยืนยันว่าสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ได้รับการ "จดสิทธิบัตร" โดยธรรมชาติแล้ว สิ่งประดิษฐ์แห่งศตวรรษที่ 20 เช่น ซิปและตีนตุ๊กแก ถูกสร้างขึ้นจากโครงสร้างของขนนก เคราขนนกที่มีคำสั่งต่าง ๆ พร้อมตะขอให้การยึดเกาะที่เชื่อถือได้

สถาปนิกชาวสเปนชื่อดัง M. R. Cervera และ J. Ploz ซึ่งเป็นกลุ่มคนที่กระตือรือร้นในด้านไบโอนิค เริ่มค้นคว้าเกี่ยวกับ "โครงสร้างไดนามิก" ในปี 1985 และในปี 1991 ทั้งสองได้จัดตั้ง "Society for Supporting Innovation in Architecture" กลุ่มภายใต้การนำของพวกเขา ซึ่งรวมถึงสถาปนิก วิศวกร นักออกแบบ นักชีววิทยา และนักจิตวิทยา ได้พัฒนาโครงการ "Vertical Bionic Tower City" ภายใน 15 ปี เมืองหอคอยควรจะปรากฏในเซี่ยงไฮ้ (ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ภายใน 20 ปี ประชากรในเซี่ยงไฮ้จะสูงถึง 30 ล้านคน) เมืองหอคอยได้รับการออกแบบสำหรับผู้คน 100,000 คน โครงการนี้อิงตาม "หลักการก่อสร้างด้วยไม้"

หอคอยเมืองจะมีรูปทรงเหมือนต้นไซเปรส สูง 1,128 ม. มีเส้นรอบวงที่ฐาน 133 x 100 ม. และที่จุดที่กว้างที่สุด 166 x 133 ม. หอคอยจะมี 300 ชั้น และจะเป็น ตั้งอยู่ในบล็อกแนวตั้ง 12 บล็อกจำนวน 80 ชั้น ระหว่างบล็อกจะมีพื้นพูดนานน่าเบื่อซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับสำหรับแต่ละระดับบล็อก ภายในบล็อกมีบ้านที่มีความสูงต่างกันพร้อมสวนแนวตั้ง การออกแบบอันประณีตนี้คล้ายกับโครงสร้างของกิ่งก้านและยอดของต้นไซเปรสทั้งหมด หอคอยจะยืนบนฐานเสาเข็มตามหลักหีบเพลงซึ่งไม่ได้ถูกฝัง แต่จะพัฒนาในทุกทิศทางเมื่อได้รับความสูง - คล้ายกับการพัฒนาระบบรากของต้นไม้ ความผันผวนของลมที่ชั้นบนลดลง: อากาศไหลผ่านโครงสร้างหอคอยได้อย่างง่ายดาย เพื่อปกปิดหอคอย จะใช้วัสดุพลาสติกชนิดพิเศษที่เลียนแบบพื้นผิวที่มีรูพรุนของหนัง หากการก่อสร้างประสบความสำเร็จ ก็มีแผนจะสร้างเมืองก่อสร้างดังกล่าวอีกหลายแห่ง

ในด้านสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างไบโอนิค ให้ความสนใจอย่างมากกับเทคโนโลยีการก่อสร้างใหม่ๆ ตัวอย่างเช่นในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีการก่อสร้างที่มีประสิทธิภาพและปราศจากขยะ ทิศทางที่มีแนวโน้มคือการสร้างโครงสร้างแบบชั้น แนวคิดนี้ยืมมาจากหอยทะเลน้ำลึก เปลือกหอยที่ทนทาน เช่น หอยเป๋าฮื้อทั่วไป ประกอบด้วยแผ่นแข็งและอ่อนสลับกัน เมื่อแผ่นแข็งแตก การเสียรูปจะถูกดูดซับโดยชั้นที่อ่อนนุ่ม และรอยแตกจะไม่ไปไกลกว่านี้ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อปกปิดรถยนต์ได้อีกด้วย

พื้นที่หลักของนิวโรไบโอนิกคือการศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์ และการสร้างแบบจำลองของเซลล์ประสาท-เซลล์ประสาทและโครงข่ายประสาทเทียม ทำให้สามารถปรับปรุงและพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ได้

ระบบประสาทของสิ่งมีชีวิตมีข้อดีหลายประการเหนือระบบอะนาล็อกที่ทันสมัยที่สุดที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น:

การรับรู้ข้อมูลภายนอกที่ยืดหยุ่น โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบที่มา (ลายมือ แบบอักษร สี เสียง ฯลฯ)

ความน่าเชื่อถือสูง: ระบบทางเทคนิคจะล้มเหลวเมื่อชิ้นส่วนหนึ่งหรือหลายชิ้นพัง และสมองยังคงทำงานได้แม้ว่าเซลล์หลายแสนเซลล์จะตายก็ตาม

จิ๋ว. ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ที่มีองค์ประกอบจำนวนเท่ากันกับสมองของมนุษย์จะมีปริมาตรประมาณ 1,000 ลบ.ม. ในขณะที่สมองของเรามีปริมาตร 1.5 dm3

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน - ความแตกต่างนั้นชัดเจน

การจัดองค์กรตนเองในระดับสูง - ปรับตัวอย่างรวดเร็วต่อสถานการณ์ใหม่และการเปลี่ยนแปลงในโปรแกรมกิจกรรม

หอไอเฟลและหน้าแข้ง

เนื่องในวาระครบรอบ 100 ปีของการปฏิวัติฝรั่งเศส มีการจัดนิทรรศการระดับโลกที่กรุงปารีส ในอาณาเขตของนิทรรศการนี้มีการวางแผนที่จะสร้างหอคอยที่จะเป็นสัญลักษณ์ของความยิ่งใหญ่ การปฏิวัติฝรั่งเศสและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด มีการส่งโครงการเข้าประกวดมากกว่า 700 โครงการ โครงการที่ดีที่สุดได้รับการยอมรับว่าเป็นโครงการของวิศวกรสะพาน Alexandre Gustave Eiffel ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 หอคอยแห่งนี้ซึ่งตั้งชื่อตามผู้สร้างทำให้คนทั้งโลกประหลาดใจด้วยงานฉลุและความงาม หอคอยสูง 300 เมตรกลายเป็นสัญลักษณ์ของปารีส มีข่าวลือว่าหอคอยแห่งนี้สร้างขึ้นตามภาพวาดของนักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับที่ไม่รู้จัก และเพียงครึ่งศตวรรษต่อมา นักชีววิทยาและวิศวกรก็ได้ค้นพบสิ่งที่ไม่คาดคิด: การออกแบบหอไอเฟลจำลองโครงสร้างของกระดูกหน้าแข้งซึ่งสามารถรับน้ำหนักของร่างกายมนุษย์ได้อย่างง่ายดาย แม้แต่มุมระหว่างพื้นผิวรับน้ำหนักก็ตรงกัน นี่เป็นอีกตัวอย่างที่ดี ไบโอนิคในการดำเนินการ

ไบโอนิค(กรีก bios life + [อิเล็กทรอนิกส์]) - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมและทางเทคนิคของหลักการการควบคุมข้อมูลและพลังงานโครงสร้างที่นำมาใช้ในสิ่งมีชีวิต การเกิดขึ้นของ B. ได้รับการอำนวยความสะดวกส่วนใหญ่โดยการเกิดขึ้นของข้อกำหนดพิเศษที่กำหนดโดยเทคโนโลยีสาขาใหม่ (จรวดและอวกาศ, การบิน, วิศวกรรมเครื่องมือทางการแพทย์, วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์, คอมพิวเตอร์ ฯลฯ ) สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็กและหลายชิ้นส่วนที่ต้องมีขนาดขั้นต่ำ (ปริมาตร) และน้ำหนัก (น้ำหนัก) และการใช้พลังงานอย่างน่าเชื่อถือสูงสุด ข้อกำหนดเหล่านี้เป็นไปตามหลักการและการออกแบบมากมายของทั้งสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและอวัยวะส่วนบุคคล เนื้อเยื่อ เซลล์ และสุดท้ายคือชีวโมเลกุล ชีววิทยามีจุดยืนระหว่างวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์และวิทยาศาสตร์ทางเทคนิค ชีววิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นพื้นฐานของชีววิทยาเป็นรากฐานทางการทดลองและทางทฤษฎีของวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่น สรีรวิทยา โดยเฉพาะสรีรวิทยาในระดับที่สูงขึ้น กิจกรรมประสาทสรีรวิทยาประสาทและกล้ามเนื้อ สรีรวิทยาของอวัยวะรับความรู้สึก กายวิภาคศาสตร์และมิญชวิทยา โดยเฉพาะสัณฐานวิทยาของระบบประสาทส่วนกลางและระบบประสาทส่วนปลาย วิถีทาง ชีวฟิสิกส์ โดยเฉพาะชีวฟิสิกส์กระตุ้น พลังงานชีวภาพ ชีวกลศาสตร์ ตลอดจนชีวเคมี สัตววิทยา พฤกษศาสตร์ ชีววิทยาทั่วไป และไซเบอร์เนติกส์ ฐานวิทยาศาสตร์ทางกายภาพและทางเทคนิคของชีววิทยาประกอบด้วยไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิค ฟิสิกส์ระดับโมเลกุลและโซลิดสเตต อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ กลศาสตร์ ระบบชลศาสตร์ และทฤษฎีการควบคุมอัตโนมัติ คำว่า "ไบโอนิค" ถูกเสนอโดย D. Still ในปี 1958 การเกิดขึ้นอย่างเป็นทางการของไบโอนิคในฐานะวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นในช่วงปลายปี 1960 ซึ่งเป็นช่วงที่การประชุมสัมมนาเรื่องไบโอนิกครั้งแรกจัดขึ้นที่เมืองเดย์โทนา (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งจัดขึ้นภายใต้สโลแกนดังกล่าว : “ต้นแบบที่มีชีวิต - กุญแจสู่เทคโนโลยีใหม่”

เมื่อถึงต้นปี 2507 มีเพียงปัญหาเดียวเท่านั้นที่รวมอยู่ในขอบเขตของงาน วิทยาศาสตร์ใหม่, - การสร้างแบบจำลองกระบวนการจดจำรูปแบบ (ดู) - มีการตีพิมพ์ผลงานมากกว่า 500 ชิ้น

การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์นั้นเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับการเกิดขึ้นของแนวคิดใหม่เกี่ยวกับความเหมือนกันของกระบวนการควบคุมในเครื่องจักร สิ่งมีชีวิต และสังคม ซึ่งเกิดขึ้นในศาสตร์แห่งการควบคุมในทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษของเรา และก่อตัวขึ้นอันเป็นผลมาจากการทำงานของ N. Wiener ในรูปแบบของศาสตร์แห่งการควบคุมและการสื่อสารแบบใหม่ - ไซเบอร์เนติกส์ ( ซม.) แนวทางนี้มีความสำคัญทั้งต่อเทคโนโลยีและการแพทย์ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และไม่เพียงแต่ดึงดูดวิศวกรและนักคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่ยังดึงดูดนักชีววิทยาด้วย เป็นผลให้เกิดทิศทางทางวิทยาศาสตร์ใหม่สองประการ: 1) ชีวไซเบอร์เนติกส์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาข้อมูลและกระบวนการควบคุมในสิ่งมีชีวิตโดยใช้วิธีการของไซเบอร์เนติกส์และ 2) ไบโอนิคซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้ ข้อมูลและคุณสมบัติพลังงานของวัตถุทางชีวภาพ รวมถึงการออกแบบและแผนภาพของระบบสารสนเทศชีวภาพในเทคโนโลยี โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงที่มีอยู่หรือสร้างระบบทางเทคนิคใหม่ที่ทันสมัยยิ่งขึ้น

ในการศึกษาชั้นนำส่วนใหญ่ วิธีการทางชีวไซเบอร์เนติกส์และไบโอนิคมักจะมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดจนเมื่อพิจารณาแต่ละวิธีแยกกันจะสูญเสียความหมายของมัน และพวกมันทำหน้าที่เป็นส่วนที่แยกออกจากกันไม่ได้ของกระบวนการรับรู้ที่เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งแนวทางไบโอนิคเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากบางอย่าง ความสำเร็จของแนวทางชีวไซเบอร์เนติกส์

ในทางกลับกัน ความสำเร็จของแนวทางชีวไซเบอร์เนติกส์ เช่น วิธี "กล่องดำ" มักเกิดจากการใช้ไบโอนิค กล่าวคือ พลังงานเชิงโครงสร้าง ซึ่งเป็นการกำหนดปัญหาที่มีนัยสำคัญทางเทคนิคในแง่ของการนำไปปฏิบัติ สมมติฐานทั่วไปไซเบอร์เนติกส์

ทิศทางหลักของไบโอนิค

คุณสมบัติของระบบชีวภาพ (ดูระบบชีวภาพ) เป็นที่สนใจของเทคโนโลยี ประการแรก ในแง่ของการยืมข้อมูลและวิธีการควบคุมสิ่งมีชีวิตเมื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม เพื่อพัฒนาพฤติกรรมที่เหมาะสมที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ประการที่สอง ในแง่ของการยืมคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลของระบบไบโอล ประการที่สาม การใช้สารเคมีเป็นที่สนใจ และกระบวนการพลังงานที่เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพสูงในระบบเหล่านี้ ประเด็นแรกที่น่าสนใจในระบบชีวภาพเปิดโอกาสใหม่ในการวิจัยและการใช้งานทางเทคนิคของหลักการและอุปกรณ์ใหม่สำหรับการประมวลผลข้อมูล การสร้างองค์ประกอบใหม่ของระบบอัตโนมัติและอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ประการที่สอง - ในการพัฒนาการออกแบบอุปกรณ์ทางเทคนิคประเภทใหม่ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและการเคลื่อนไหวทางกล ประการที่สาม - ในการเรียนรู้สิ่งใหม่ กระบวนการทางเทคโนโลยีและอุปกรณ์เคมี การผลิตและพัฒนาวิธีการใหม่ในการแปลงสารเคมี พลังงานเป็นพลังงานไฟฟ้า

เป็นที่ทราบกันดีว่าความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการตอบสนองอย่างยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมนั้นสัมพันธ์กับกิจกรรมของเครื่องวิเคราะห์ - ภาพ, การได้ยิน, การดมกลิ่น, สัมผัส, การรับรส งานหลายอย่างแก้ไขได้สำเร็จโดยเครื่องวิเคราะห์สิ่งมีชีวิต เช่น การอ่านข้อความที่เขียนด้วยลายมือและการรับรู้คำพูดของมนุษย์ การจดจำสัญญาณที่สิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ แลกเปลี่ยนกันเอง ฯลฯ ยังห่างไกลจากการแก้ไขโดยใช้อุปกรณ์ทางเทคนิค

ลักษณะลึกลับอย่างหนึ่งของนก ปลา และสัตว์ทะเลหลายชนิดคือความสามารถในการเดินเรือขั้นสูง ในระหว่างการอพยพตามฤดูกาล สัตว์เหล่านี้เดินทางเป็นระยะทางไกลมาก และค้นหาแหล่งที่อยู่อาศัยเดิมของพวกมันด้วยความแม่นยำที่ไม่อาจอธิบายได้สูง หลักการในการรับและประมวลผลข้อมูลใน "อุปกรณ์" การนำทางนั้นเป็นที่สนใจของเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย

เครื่องวิเคราะห์แบบพาสซีฟและแอคทีฟ (ตัวระบุตำแหน่ง) ที่พบในโลมา วาฬ ค้างคาว นกบางชนิด ผีเสื้อ และสัตว์อื่นๆ มีความก้าวหน้ามาก ในการเดินเรือในอวกาศ ค้างคาวจะปล่อยคลื่นความถี่อัลตราโซนิกสั้นๆ และประมาณเวลาสะท้อนกลับมา เครื่องระบุตำแหน่งค้างคาวมีความก้าวหน้ามากจนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างมั่นใจในความมืดระหว่างแถวลวดตึงและสิ่งกีดขวางอื่นๆ การทดลองจำนวนมากที่ทำกับค้างคาวแสดงให้เห็นว่าในระหว่างกระบวนการค้นหาตำแหน่ง ค้างคาวจำนวนมากส่งเสียง "กรีดร้อง" (สัญญาณอัลตราโซนิก) พร้อม ๆ กัน สัญญาณเหล่านี้ดูเหมือนจะไม่กลบซึ่งกันและกัน และเสียงอัลตราโซนิกมีความแข็งแกร่งอย่างมาก ไม่มีผลกระทบต่อพฤติกรรมของพวกเขา คุณสมบัติเหล่านี้ของตัวระบุตำแหน่งตามธรรมชาติสามารถช่วยในการแก้ปัญหาการกำจัดสัญญาณรบกวน (ทั้งที่สร้างขึ้นตามธรรมชาติและประดิษฐ์) เมื่อออกแบบตัวระบุตำแหน่งทางเทคนิคประเภทใหม่

ปลาบางชนิดที่อาศัยอยู่ในสภาวะที่มองไม่เห็นโดยสมบูรณ์จะตรวจจับเหยื่อและหาทิศทางในอวกาศโดยใช้ระบบไฟฟ้า ซึ่งเป็นเครื่องระบุตำแหน่งชนิดพิเศษ ปลากระเบนสร้างสนามไฟฟ้ารอบๆ ตัว ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเคลื่อนที่ไปในอวกาศ จากการเปลี่ยนแปลงในด้านนี้ ซึ่งรับรู้โดยตัวรับพิเศษ ปลาจะปรับทิศทางตัวเองและได้รับโอกาสในการค้นหาและไล่ตามเหยื่อ การศึกษาเครื่องระบุตำแหน่งทางไฟฟ้าจะทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์วิเคราะห์ใหม่ได้ เช่น เพื่อป้องกันเรือดำน้ำและการวางแนวใต้น้ำ

สัตว์บางชนิดมีความสามารถในการรับรู้ล่วงหน้าถึงแนวทางการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตรายต่อพวกมัน ดังนั้น แมงกะพรุนจึงคาดการณ์การเข้าใกล้ของพายุล่วงหน้าหลายชั่วโมง และปลาบางชนิดก็คาดการณ์ว่าจะเกิดแผ่นดินไหว การศึกษาคุณสมบัติเหล่านี้ของสัตว์จะช่วยสร้างอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่คล้ายคลึงกัน

ระบบชีวภาพมีเซ็นเซอร์วิเคราะห์ที่แตกต่างกันจำนวนมาก - แปลงพลังงานของสิ่งเร้าภายนอก (ความร้อน, แสง, กลไก) ให้เป็นพลังงานของแรงกระตุ้นเส้นประสาท โดยย่อส่วน. และความไว เครื่องวิเคราะห์เหล่านี้ยังคงเหนือกว่าคู่แข่งทางเทคนิคมาก ดังนั้นอวัยวะที่อยู่บนขาของแมลงบางชนิดจึงทำให้สามารถตรวจจับการกระจัดของเศษส่วนของไมครอนได้ ตัวรับความร้อนของงูหางกระดิ่งบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 0.001° ในระบบไบโอลยังมีเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่เป็นพื้นฐาน เช่น เซ็นเซอร์สำหรับสัญญาณรสชาติและการดมกลิ่นที่สามารถตรวจจับโมเลกุลเดี่ยวได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ดมกลิ่นของปลาไหลสามารถตรวจจับการมีอยู่ของแอลกอฮอล์โมเลกุลเดี่ยวซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้โดยวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีที่มีความไวสูง

ข้อมูลทางเทคนิคและระบบควบคุมนั้นเหนือกว่าในด้านความไวและมักจะเร็วกว่าระบบไบโอล แต่จะด้อยกว่าในด้านขนาด การใช้พลังงาน และความน่าเชื่อถือ เซลล์ประสาทหนึ่งอันมีปริมาตร 10 -8 -10 -7 ซม. 3 ปริมาตรของสมองมนุษย์มีเพียง 1,000 ซม. 3 สมองใช้พลังงานประมาณ กำลังไฟ 20 วัตต์และใช้งานได้โดยไม่พัง โดยเฉลี่ยประมาณ 585,000 ชั่วโมง

พลังงานที่ใช้โดยคอมพิวเตอร์สมัยใหม่มีจำนวนสิบกิโลวัตต์ และการทำงานที่ไร้ปัญหาของอุปกรณ์คุณภาพสูงสุดนั้นคำนวณได้ในเวลาหลายร้อยชั่วโมงเท่านั้น แม้ว่าเราจะมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาขั้นสูงสุดที่ให้ความหนาแน่นของปริมาตร 10 3 -10 4 องค์ประกอบต่อ 1 ซม. 3 และการใช้พลังงาน 1 mW/องค์ประกอบ ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของปริมาตรและประสิทธิภาพของระบบไบโอลจะมีความหลากหลาย ลำดับความสำคัญที่สูงขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้เราหวังว่าจะมีการพัฒนาหลักการใหม่สำหรับการย่อขนาดอุปกรณ์ระบบควบคุมและคอมพิวเตอร์เพิ่มเติม

คุณสมบัติที่ระบุไว้ของสิ่งมีชีวิตเป็นหัวข้อของการวิจัยในทิศทางการวิเคราะห์ข้อมูลของไบโอนิค

ด้านที่สองของชีววิทยาคือการศึกษาความเป็นไปได้ของการประยุกต์ทางเทคนิคของโครงสร้างและการออกแบบระบบทางชีววิทยา การศึกษาเกี่ยวกับเครื่องกล พลังงาน และเคมี กระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในนั้น

ในการสร้างโครงสร้างคานยื่นที่ควบคุมโดยมนุษย์ อัตราส่วนความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดจะต้องไม่เกิน 20-30 ในขณะที่ในธรรมชาติมีโครงสร้างที่อัตราส่วนนี้สูงกว่า 30 อย่างมีนัยสำคัญ (ลำต้นยูคาลิปตัส ต้นปาล์ม ฯลฯ )

การศึกษาโครงสร้างร่างกายของปลาและสัตว์ทะเลในแง่ของกลไกอุทกพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่ในน้ำสามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากมายสำหรับการต่อเรือ ปลาและสัตว์ทะเลใช้พลังงานเท่าที่จำเป็นและในขณะเดียวกันก็สามารถพัฒนาความเร็วสูงได้ ดังนั้น ความเร็วของโลมาจะสูงถึง 12-16 เมตร/วินาที ความเร็วของปลาบินคือ 18 เมตร/วินาที (เช่น 65 กม./ชม. ซึ่งเท่ากับความเร็วของรถไฟขนส่งสินค้า) และความเร็วของปลาทูน่าคือ มากกว่า 30 เมตร/วินาที

สิ่งสำคัญประการที่สามของชีววิทยาคือการศึกษากระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตจากมุมมองของประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถใช้เป็นแบบจำลองในการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีใหม่ได้ ในด้านนี้ การวิจัยเกี่ยวกับคุณลักษณะของกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวล และอุณหพลศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตในประชากรและชุมชนเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เราสามารถอ้างถึงกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์กรดอะซิติกที่ทำโดยพืชและจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูง การผลิตโปรตีนที่สมบูรณ์ การแปรรูปไม้ให้เป็นไขมันและโปรตีนที่ทำโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ของปลวก ฯลฯ ปัญหาที่น่าสนใจคือการศึกษากลไกการทำงานของแหล่งไฟฟ้าชีวเคมี การวิจัยกระบวนการทางชีวเคมีและพลังงานชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีกระบวนการและอุปกรณ์ทางเคมี วิศวกรรมเครื่องกล

การพิจารณาด้านไบโอนิคทั้งสามด้านแสดงให้เห็นว่าความเป็นไปได้ในการวิจัยด้านไบโอนิคมีขอบเขตกว้างเพียงใด

ทิศทางของการวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์วิเคราะห์ข้อมูลของวัตถุทางชีววิทยาซึ่งมีการพัฒนาอย่างเข้มข้นที่สุดในปัจจุบัน จะถูกแบ่งออกเป็นหลายทิศทางที่เป็นอิสระ โดยมีหัวข้อดังนี้:

รูปแบบทั่วไปของวิธีและอุปกรณ์ในการประมวลผลข้อมูลในระบบประสาท ซึ่งรวมถึงกระบวนการสร้างแบบจำลองในเซลล์ประสาท การค้นคว้าวิธีการเข้ารหัสข้อมูล ระดับที่แตกต่างกัน,การวิจัยแบบจำลอง โครงข่ายประสาทเทียม;

วิธีการข้อมูลและอุปกรณ์ในเครื่องวิเคราะห์ชีวภาพและกระบวนการจดจำรูปแบบ ซึ่งรวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับกลไกการทำงานของตัวรับ การสร้างแบบจำลองของระบบวิเคราะห์ต่างๆ และการพัฒนาอัลกอริธึมการจดจำรูปแบบตามกลไกเหล่านั้น และการศึกษาวิธีการเข้ารหัสสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้กลไกการเรียนรู้และการปรับตัว หน่วยความจำ ความน่าเชื่อถือ ฟังก์ชั่นการชดเชยของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนกลไกที่ควบคุมการงอกของอวัยวะในแง่ของการสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคที่สามารถรักษาตัวเองได้นั้นเป็นที่สนใจของเทคโนโลยี

ระบบการควบคุมที่ควบคุมกิจกรรมของระบบย่อยอิสระแต่ละระบบของสิ่งมีชีวิตระดับสูง ซึ่งเป็นตัวแทนของวงจรสภาวะสมดุลที่แยกจากกัน เป็นต้น ระบบไหลเวียนโลหิต ระบบหายใจ ระบบกล้ามเนื้อตา โดยคำนึงถึงลักษณะเฉพาะ หลักการที่นำไปปฏิบัติลำดับชั้นใน biol ซึ่งเป็นระบบที่ให้โอกาสที่ดีสำหรับการยืมในการพัฒนาด้านเทคนิค

ควรสังเกตว่าความสำเร็จของการวิจัยด้านไบโอนิคไม่สามารถรับประกันได้ด้วยการถ่ายโอนแผนการทางกลอย่างง่าย ๆ ที่พัฒนาโดยธรรมชาติไปเป็นเทคโนโลยี

ในธรรมชาติเราสามารถพบตัวอย่างมากมายของการแก้ปัญหาและคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตที่ไม่เป็นที่พอใจของเทคโนโลยีโดยสิ้นเชิง เพียงพอที่จะกล่าวถึงเพียงว่าการทำงานปกติของระบบ biol นั้นเป็นไปได้ภายในขอบเขตแคบของอุณหภูมิ (0-70°) และความดัน (0.7-3 กก./ซม. 2) และความเร็วขององค์ประกอบของระบบประสาทนั้นมีนัยสำคัญ ต่ำกว่าความเร็วขององค์ประกอบทางเทคนิค เวลาที่ต้องใช้ในการถ่ายโอนเซลล์ประสาทจากสถานะที่ไม่ตื่นเต้นไปยังเซลล์ที่ตื่นเต้นคือ 10 -2 -10 -1 วินาที ในขณะที่องค์ประกอบทางเทคนิคจะสูงถึง 10 -7 -10 -8 วินาที ด้วยเหตุนี้จึงให้ความสนใจหลักในการศึกษาและการเรียนรู้หลักการทำงานขององค์ประกอบและระบบของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะช่วยให้ได้รับการดำเนินการตามหลักการเหล่านี้ในองค์ประกอบของลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน ระบบที่ก้าวหน้ากว่าระบบที่สร้างขึ้นในกระบวนการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

วิธีการวิจัยไบโอนิค พื้นฐานของการวิจัยด้านไบโอนิคและชีวไซเบอร์เนติกส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในทิศทางของข้อมูลคือวิธีการสร้างแบบจำลอง คำว่า "แบบจำลองในไบโอนิค" มักถูกตีความอย่างกว้างๆ - จากทางกายภาพ อุปกรณ์ที่ทำซ้ำการทำงานของวัตถุแบบจำลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ (หรือโปรแกรมคอมพิวเตอร์) จนถึงผลรวมของการนำเสนอเชิงตรรกะที่อธิบายวัตถุนั่นคือระบบข้อเท็จจริงและสมมติฐานที่ตกลงกันเกี่ยวกับสาระสำคัญของระบบที่กำลังศึกษา ( ดูการสร้างแบบจำลอง)

การสร้างแบบจำลองกลไกการทำงานของบางแผนกของ biol ระบบมักจะแบ่งออกเป็นขั้นตอน: ในระยะแรกการศึกษาการจัดระบบและการเปรียบเทียบฟิสิออลที่มีอยู่ข้อมูล - ผลลัพธ์ของ morphol. อิเล็กโทรฟิออลจะดำเนินการ และจิตฟิสิกส์ การวิจัยและรับข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวัตถุหากจำเป็น ในวันที่สอง เวที - การพัฒนาบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ที่ดำเนินการ fiziol ข้อมูลของสมมติฐานไซเบอร์เนติกส์เกี่ยวกับการทำงานของ biol ที่ศึกษา ระบบ เช่น สมมติฐานดังกล่าว ภูมิภาคประกอบด้วยข้อมูลทางเทคนิคและคณิตศาสตร์ที่หลากหลายซึ่งใช้โดยวิทยาศาสตร์การจัดการสมัยใหม่ ในที่สุดก็เปิด ขั้นตอนสุดท้ายสมมติฐานที่พัฒนาขึ้นนั้นได้รับการทดสอบซึ่งสามารถทำได้ในสองทิศทาง: ประการแรกผ่านการคำนวณทางคอมพิวเตอร์ทางกายภาพหรือทางคณิตศาสตร์ และประการที่สอง ตรวจสอบความสอดคล้องของสมมติฐาน ความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์ผ่านทางกายภาพ การทดลอง.

การสร้างแบบจำลองทางชีวภาพ ระบบในไซเบอร์เนติกส์ และชีววิทยาสามารถทำได้โดยใช้วิธีการต่างๆ ในวิธีการทั่วไปของไซเบอร์เนติกส์ ซึ่งมีความสำคัญต่อชีววิทยา ภารกิจคือการได้รับอัลกอริธึมที่อธิบายการทำงานของวัตถุแบบจำลอง และโครงสร้างของแบบจำลองไม่จำเป็นต้องคล้ายกับโครงสร้างของวัตถุ วิธีนี้เป็นวิธีการสร้างแบบจำลองเชิงฟังก์ชันหรือวิธี "กล่องดำ" วิธีการสร้างแบบจำลองเชิงฟังก์ชันขึ้นอยู่กับข้อมูลทางจิตสรีรวิทยาและพฤติกรรมเกี่ยวกับวัตถุ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับปัญหาทางชีวการแพทย์ วิธี "กล่องดำ" ช่วยให้ได้รับข้อมูลสำคัญจำนวนหนึ่งที่อนุญาตให้เราเลือก biol อย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่งเป็นหลักการสร้างระบบทางเทคนิค (แยกส่วน อะนาล็อก) วิธีการโครงสร้างที่ไม่ต่อเนื่องอีกวิธีหนึ่งซึ่งมีความสำคัญไม่น้อยสำหรับชีววิทยา จำลองหลักการและแก่นแท้ของกลไกทางประสาทที่ควบคุมข้อมูลของส่วนใดส่วนหนึ่งของสมอง ในกรณีนี้ มีความจำเป็นต้องชี้แจงทั้งโครงสร้างที่ไม่ต่อเนื่องของวัตถุแบบจำลองและลักษณะของความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบ (ชุด) วิธีนี้แตกต่างจากวิธีแรกตรงที่ใช้ fiziol เชิงซ้อน ซึ่งเป็นข้อมูลที่ได้รับจากนักจิตสรีรวิทยา นักสัณฐานวิทยา และนักสรีรวิทยาไฟฟ้า

ผลลัพธ์หลักของไบโอนิค

หนึ่งในผลลัพธ์แรกของ B. ที่นำมาใช้ในเทคโนโลยีในด้านการยืมหลักการของเครื่องวิเคราะห์ชีวภาพคือการพัฒนาไจโรตรอนซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แทนไจโรสโคปเพื่อรักษาเสถียรภาพของเครื่องบิน การศึกษาแมลงบางชนิด (ผีเสื้อ แมลงปีกแข็ง) พบว่าพวกมันมีหนวดรูปกระบองที่แกว่งไปมาในระนาบแนวนอนระหว่างการบิน เมื่อร่างกายของแมลงเบี่ยงเบน ปลายหนวดยังคงสั่นอยู่ในระนาบเดียวกัน ซึ่งทำให้เกิดความเครียดเชิงกลที่ฐานของหนวด ส่งผลต่อเซลล์ประสาทที่อยู่ตรงนี้ จากนั้นสัญญาณจะเดินทางผ่านเส้นใยประสาทไปยังส่วนกลางของระบบประสาท ซึ่งผลิตสัญญาณตอบสนองที่เหมาะสมเพื่อควบคุมอวัยวะในร่างกายของแมลง และฟื้นฟูตำแหน่งที่ถูกต้องในการบิน หลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ทางชีวภาพนี้ใช้ในอุปกรณ์ทางเทคนิค - ไจโรตรอนซึ่งเป็นส้อมเสียงซึ่งขาของมันถูกกำหนดให้เคลื่อนที่แบบสั่นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนโดยกระแสสลับ เมื่อหมุนตัวยึดที่ติดตั้งส้อมเสียง จะมีโมเมนต์เชิงกลเกิดขึ้นที่ฐานของขา เซ็นเซอร์ที่ตอบสนองต่อเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณตามสัดส่วนกับมุมการหมุนของตัวยึด ไจโรตรอนถูกใช้ในเครื่องบิน กำลังดำเนินการปรับปรุงต่อไป: เพิ่มความไว อายุการใช้งาน และลดขนาด

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ การสร้างเครื่องวัดความเร็วภาคพื้นดินสำหรับเครื่องบินโดยใช้หลักการตาประกอบของแมลง (ผึ้ง) อุปกรณ์ประกอบด้วยเครื่องรับซึ่งอยู่ที่ฐานของท่อสองท่อซึ่งแยกจากกันในมุมที่กำหนดในระนาบแนวตั้ง เพื่อกำหนดความเร็วของเครื่องบินที่สัมพันธ์กับพื้นดิน จุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกจะถูกบันทึกเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงบันทึกในเครื่องรับอีกเครื่องหนึ่ง เมื่อทราบช่วงเวลาระหว่างการปรากฏตัวของจุดที่เลือกในตัวรับตัวแรกและตัวที่สองกับความสูงของเครื่องบินเหนือพื้นดินจึงง่ายต่อการกำหนดความเร็ว

การสังเกตพฤติกรรมของผึ้งทำให้เราสามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการวางแนวของนกและแมลงบางชนิดโดยการแผ่รังสีโพลาไรซ์ของดวงอาทิตย์ โดยใช้ข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีแสงที่มาจากดวงอาทิตย์นั้นมีขั้วที่แตกต่างกันเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่ ความสูงที่แตกต่างกันเหนือขอบฟ้า การศึกษาเหล่านี้นำไปสู่การสร้างเข็มทิศสุริยะ ซึ่งทำให้สามารถนำทางโดยดวงอาทิตย์ท่ามกลางเมฆได้ มีการเสนออุปกรณ์จำนวนหนึ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์กลับบ้านและอุปกรณ์ระบุตำแหน่งอันเป็นผลมาจากการศึกษากลไกการทำงานของตากบ จากการศึกษาคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตในทะเลบางชนิดในการดักจับคลื่นใต้เสียง เครื่องมือต่างๆ ถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งสัญญาณการเข้าใกล้ของพายุ

หลักการโครงสร้างและพลังงานที่ยืมมาจากวัตถุทางชีวภาพก็พบว่ามีการประยุกต์ในเทคโนโลยีเช่นกัน ดังนั้นการใช้รูปร่างของสัตว์จำพวกวาฬในการก่อสร้างเรือทำให้สามารถรับพลังงานจากโรงไฟฟ้าได้มากถึง 40% อีกตัวอย่างหนึ่งคือวิธีที่นกเพนกวินเดินทางบนหิมะ ซึ่งใช้ในการสร้างยานพาหนะสำหรับทุกพื้นที่สำหรับบริเวณขั้วโลก

ผลลัพธ์ที่น่าสนใจคือความพยายามในการใช้จุลินทรีย์บางประเภทเพื่อสร้างแหล่งกระแสไฟฟ้า

ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของทิศทางข้อมูลทางชีววิทยาประกอบด้วยประการแรกในการพัฒนาแบบจำลองของเซลล์ประสาทเดี่ยวแบบจำลองส่วนของโครงข่ายประสาทเทียมและส่วนทั้งหมดของระบบประสาท - เครื่องวิเคราะห์และประการที่สองในการพัฒนาตามสิ่งเหล่านี้ แบบจำลองของเครื่องจักรการเรียนรู้และอัลกอริธึมสำหรับการจดจำรูปแบบ แบบจำลองเซลล์ประสาทหลายร้อยแบบได้รับการพัฒนา โดยมีจำนวนและความซับซ้อนของคุณสมบัติของเซลล์ประสาทที่ทำซ้ำได้แตกต่างกันไป การพัฒนาบางอย่างถือเป็นองค์ประกอบการปรับตัวที่ซับซ้อนในรูปแบบใหม่ สร้างขึ้นบนพื้นฐานของแนวคิดเกี่ยวกับเซลล์ประสาท และมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างอุปกรณ์การเรียนรู้ที่จดจำได้ ความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแบบจำลองส่วนการวิเคราะห์ของสมองนั้นสัมพันธ์กับการกำหนดหลักการของการโต้ตอบการยับยั้งด้านข้างซึ่งเป็นที่รู้จักในสรีรวิทยาระหว่างองค์ประกอบของส่วนการฉายภาพของระบบประสาทและการพัฒนาทฤษฎีของ เครื่องตรวจจับเป็นกลไกหลักในการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ ตามทฤษฎีนี้ กระบวนการรับรู้สิ่งเร้าบางอย่างเป็นผลมาจากการระบุคุณสมบัติง่ายๆ ของสิ่งเร้านี้ผ่านชุดของเซลล์ประสาทที่จัดเป็นพิเศษ - เครื่องตรวจจับ ตัวอย่างเช่นเมื่อวิเคราะห์ภาพที่มองเห็นเครื่องตรวจจับขอบเขตของพื้นที่มืดและสว่างเครื่องตรวจจับความโค้งเครื่องตรวจจับเส้นตรงในทิศทางที่แน่นอนเครื่องตรวจจับจุดตัดของเส้นตรง ฯลฯ ในระหว่างการวิวัฒนาการใน สัตว์ต่างๆ การทำงานของเครื่องตรวจจับมีความซับซ้อนมากขึ้น เครื่องตรวจจับความเคลื่อนไหวด้วยความเร็วที่แน่นอน เครื่องตรวจจับการเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนด ตามทฤษฎีเครื่องตรวจจับ แนวคิดแบบจำลองเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ภาพและการได้ยินได้รับการพัฒนาขึ้น โดยอธิบายคุณสมบัติหลายประการของการรับรู้ทางการได้ยินและการมองเห็น

แน่นอนว่าอุปกรณ์การจดจำและการเรียนรู้ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวิจัยด้านไบโอนิคยังคงไม่สมบูรณ์มากและการสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ควรถือเป็นก้าวแรกในด้านนี้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อจดจำภาพที่ง่ายที่สุด เพื่อจดจำชุดคำศัพท์ที่จำกัด (ประมาณ 300 คำ) ระบบอัตโนมัติแบบปรับได้ และฟิลเตอร์ที่ปรับได้เอง ได้รับการพัฒนาเพื่อแยกสัญญาณที่มีรูปทรงตามอำเภอใจจากพื้นหลังของสัญญาณรบกวน การสร้างอุปกรณ์จดจำการเรียนรู้ที่สมบูรณ์แบบก็จะมี ความสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียงแต่สำหรับเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงชีววิทยาและการแพทย์ด้วย และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีทางการแพทย์ ไบโอเทเลเมทรี และชีวฟิสิกส์

อุปกรณ์ดังกล่าวจะพบการประยุกต์ใช้ในเซลล์วิทยา มิญชวิทยา จุลชีววิทยา รังสีวิทยา และสาขาอื่น ๆ ของชีววิทยาและการแพทย์

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ (ดูเครื่องกำเนิดควอนตัมแบบออปติคัล) และการพัฒนาโฮโลแกรม (ดู) มีการแก้ไขบทบาทของไซเบอร์เนติกส์และชีววิทยาในการพัฒนาระบบการวิเคราะห์ข้อมูลทางเทคนิค

สถาบันวิจัยที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับไบโอนิค: สหภาพโซเวียต - มหาวิทยาลัยของรัฐ: Dnepropetrovsk, Vilnius, Rostov, Leningrad, Moscow; สถาบันชีวฟิสิกส์ (มอสโก) ปัญหาการควบคุม (มอสโก) สมอง (มอสโก) วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ (คาร์คอฟ) ไซเบอร์เนติกส์ (เคียฟ) ระบบอัตโนมัติและการวัดด้วยไฟฟ้าของสาขาไซบีเรียของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา - มหาวิทยาลัย: Stanford, Harvard, Columbia, Illinois, California; สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์; อังกฤษ - มหาวิทยาลัย: เบอร์มิงแฮม, เซลติก, เคมบริดจ์; เยอรมนี - สถาบันมักซ์พลังค์; GDR - โรงเรียนเทคนิคขั้นสูง (อิลเมเนา) สถาบันไซเบอร์เนติกส์และ กระบวนการข้อมูล; โปแลนด์ - สถาบันไซเบอร์เนติกส์ประยุกต์, สถาบันโพลีเทคนิค (วอร์ซอ); บัลแกเรีย - สถาบันไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิค; เชโกสโลวะเกีย - สถาบันทฤษฎีสารสนเทศและระบบอัตโนมัติ มีการหารือเกี่ยวกับงานด้านชีวเคมีในการประชุมที่จัดขึ้นเป็นประจำ ในสหภาพโซเวียตมีการจัดดังต่อไปนี้: การประชุม All-Union เกี่ยวกับไบโอนิค (มอสโก), ​​การประชุม All-Union เกี่ยวกับ neurocybernetics (Rostov-on-Don); ในสหรัฐอเมริกา: การประชุมสัมมนาระดับชาติเรื่องไบโอนิค; ในเยอรมนี: การประชุมเกี่ยวกับไซเบอร์เนติกส์; การประชุมระหว่างประเทศ: เกี่ยวกับไซเบอร์เนติกส์ (นามูร์), ไซเบอร์เนติกส์ทางการแพทย์ (อัมสเตอร์ดัม), เกี่ยวกับชีวไซเบอร์เนติกส์ (ไลพ์ซิก), การควบคุมอัตโนมัติ (IFAC)

ไม่มีโปรแกรมการศึกษาที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านการฝึกอบรมในสาขาชีววิทยา แต่มหาวิทยาลัยและสถาบันอุดมศึกษาหลายแห่งจัดหลักสูตรพิเศษและดำเนินการวิจัยของนักศึกษา เหล่านี้รวมถึง Dnepropetrovsk, Vilnius, Rostov, Leningrad, มหาวิทยาลัยมอสโก; สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก, สถาบันการแพทย์แห่งที่ 1 แห่งกรุงมอสโก, สถาบันสารพัดช่างเลนินกราด

บรรณานุกรม:ไบโอนิคส์, เอ็ด. A. I. Berga และคณะ, M. , 1965; ไบโอนิค ดัชนีบรรณานุกรมวรรณกรรมในประเทศและต่างประเทศ พ.ศ. 2501 - 2511 รวบรวม T. N. Anisimova, M. , 1971; Bongard M. M. ปัญหาการรับรู้ M. , 1967; Wiener N. ไซเบอร์เนติกส์และสังคม ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2501; Glezer V.D. กลไกการรับรู้ภาพที่มองเห็น, M.-L., 1966, บรรณานุกรม; Deitch S. แบบจำลองของระบบประสาท, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ, M., 1970, บรรณานุกรม; เจราร์ดิน แอล. ไบโอนิกส์, ทรานส์. จากฝรั่งเศส, M. , 1971; Mil-sum D. การวิเคราะห์ระบบควบคุมทางชีวภาพ, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, M., 1968, บรรณานุกรม; Pozin N.V. การสร้างแบบจำลองโครงสร้างประสาท, M. , 1970, บรรณานุกรม.

I. A. Lyubinsky

ไบโอนิค (จากภาษากรีก biōn - องค์ประกอบของชีวิต อย่างแท้จริง - การดำรงชีวิต)

วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาและเทคโนโลยี การแก้ปัญหาทางวิศวกรรมโดยอาศัยการวิเคราะห์โครงสร้างและหน้าที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ชีววิทยามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับชีววิทยา ฟิสิกส์ เคมี ไซเบอร์เนติกส์ และวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์ เช่น อิเล็กทรอนิกส์ การนำทาง การสื่อสาร กิจการทางทะเล ฯลฯ

แนวคิดในการใช้ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติที่มีชีวิตเพื่อแก้ปัญหาทางวิศวกรรมเป็นของ Leonardo da Vinci ผู้พยายามสร้างเครื่องบินที่มีปีกกระพือปีกเหมือนกับนก - ออนิฮอปเตอร์ การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์ (ดู ไซเบอร์เนติกส์) การพิจารณา หลักการทั่วไปการควบคุมและการสื่อสารในสิ่งมีชีวิตและเครื่องจักรกลายเป็นแรงจูงใจให้ศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของระบบสิ่งมีชีวิตในวงกว้างมากขึ้นเพื่อชี้แจงความเหมือนกันกับระบบทางเทคนิคตลอดจนนำข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตมาสร้างอุปกรณ์กลไกใหม่ , วัสดุ ฯลฯ ในปี 1960 การประชุมสัมมนาครั้งแรกเกี่ยวกับชีวเคมีจัดขึ้นที่เมืองเดย์โทนา (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งเป็นการกำเนิดของวิทยาศาสตร์ใหม่อย่างเป็นทางการ

งานหลักทางชีววิทยาครอบคลุมปัญหาดังต่อไปนี้: การศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์และการสร้างแบบจำลองของเซลล์ประสาท - เซลล์ประสาท - และโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เพิ่มเติมและการพัฒนาองค์ประกอบและอุปกรณ์ใหม่ของระบบอัตโนมัติ และเทเลเมคานิกส์ (นิวโรไบโอนิกส์); การวิจัยเกี่ยวกับอวัยวะรับสัมผัสและระบบการรับรู้อื่น ๆ ของสิ่งมีชีวิตเพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์และระบบการตรวจจับใหม่ ศึกษาหลักการวางแนว ตำแหน่ง และการนำทางของสัตว์ชนิดต่างๆ เพื่อนำหลักการเหล่านี้ไปใช้ในเทคโนโลยี ศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยา สรีรวิทยา และชีวเคมีของสิ่งมีชีวิต เพื่อนำเสนอแนวคิดทางเทคนิคและวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ

การศึกษาเกี่ยวกับระบบประสาทแสดงให้เห็นว่าระบบประสาทมีคุณสมบัติและข้อดีที่สำคัญและมีคุณค่าหลายประการเหนืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยที่สุดทั้งหมด คุณสมบัติเหล่านี้ซึ่งการศึกษามีความสำคัญมากสำหรับการปรับปรุงระบบคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ต่อไปมีดังต่อไปนี้: 1) การรับรู้ข้อมูลภายนอกที่สมบูรณ์แบบและยืดหยุ่นมากโดยไม่คำนึงถึงรูปแบบที่มาถึง (เช่น การเขียนด้วยลายมือ แบบอักษร สีข้อความ ภาพวาด เสียง และคุณสมบัติเสียงอื่นๆ ฯลฯ) 2) ความน่าเชื่อถือสูง เกินกว่าความน่าเชื่อถือของระบบทางเทคนิคอย่างมาก (อย่างหลังล้มเหลวเมื่อชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นหรือมากกว่านั้นแตกในวงจร หากเซลล์ประสาทนับล้านจากพันล้านที่ประกอบเป็นสมองตาย การทำงานของระบบจะยังคงอยู่) 3) องค์ประกอบจิ๋วของระบบประสาท: มีจำนวนองค์ประกอบ 10 10 - 10 11 ปริมาตรสมองของมนุษย์ 1.5 ดีเอ็ม 3อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ที่มีจำนวนองค์ประกอบเท่ากันจะมีปริมาตรหลายร้อยหรือหลายพันชิ้น ม.3 4) การดำเนินงานที่ประหยัด: การใช้พลังงานของสมองมนุษย์ไม่เกินหลายสิบ อ. 5) ระดับสูงของการจัดระเบียบตนเองของระบบประสาท, การปรับตัวอย่างรวดเร็วต่อสถานการณ์ใหม่, เพื่อการเปลี่ยนแปลงในโปรแกรมกิจกรรม

ความพยายามที่จะจำลองระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์เริ่มต้นด้วยการสร้างเซลล์ประสาทและเครือข่ายที่คล้ายคลึงกัน ที่พัฒนา หลากหลายชนิดเซลล์ประสาทเทียม ( ข้าว. 1 ). “โครงข่ายประสาท” เทียมได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถจัดระเบียบตนเองได้ กล่าวคือ กลับสู่สภาวะที่มั่นคงเมื่อพวกมันไม่สมดุล การศึกษาความจำ (ดูหน่วยความจำ) และคุณสมบัติอื่นๆ ของระบบประสาทเป็นวิธีหลักในการสร้างเครื่องจักร "การคิด" เพื่อทำให้กระบวนการผลิตและการจัดการที่ซับซ้อนเป็นอัตโนมัติ การศึกษากลไกที่ทำให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของระบบประสาทเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเทคโนโลยีเพราะว่า การแก้ปัญหาทางเทคนิคเบื้องต้นนี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของระบบทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง (เช่น อุปกรณ์อากาศยานที่มี 10 5 องค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์)

การวิจัยระบบวิเคราะห์ เครื่องวิเคราะห์สัตว์และมนุษย์แต่ละเครื่อง ซึ่งรับรู้สิ่งเร้าต่างๆ (แสง เสียง ฯลฯ) ประกอบด้วยตัวรับ (หรืออวัยวะรับความรู้สึก) ทางเดิน และศูนย์สมอง สิ่งเหล่านี้เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนมากซึ่งไม่เท่ากันในอุปกรณ์ทางเทคนิค เซ็นเซอร์ขนาดเล็กและเชื่อถือได้ ไม่ด้อยกว่าในเรื่องความไวเช่น ดวงตา ซึ่งตอบสนองต่อแสงควอนตัมเดียว อวัยวะที่ไวต่อความร้อนของงูหางกระดิ่ง ซึ่งแยกแยะการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 0.001 ° C หรืออวัยวะไฟฟ้าของปลา ซึ่งรับรู้ศักยภาพเป็นเศษส่วนของไมโครโวลต์สามารถเร่งกระบวนการความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ

ผ่านเครื่องวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุด - ภาพ - สมองของมนุษย์ได้รับ ส่วนใหญ่ข้อมูล. จากมุมมองทางวิศวกรรม คุณลักษณะของเครื่องวิเคราะห์ด้วยภาพต่อไปนี้น่าสนใจ: ความไวที่หลากหลาย - จากควอนตัมเดี่ยวไปจนถึงฟลักซ์แสงที่เข้มข้น การเปลี่ยนแปลงความชัดเจนของการมองเห็นจากกึ่งกลางไปรอบนอก การติดตามวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง ปรับให้เข้ากับภาพนิ่ง (ในการดูวัตถุที่อยู่นิ่งตาจะเคลื่อนไหวแบบสั่นเล็กน้อยด้วยความถี่ 1-150 เฮิรตซ์). เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค การพัฒนาจอประสาทตาเทียมถือเป็นเรื่องที่สนใจ (เรตินาเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนมาก เช่น ดวงตาของมนุษย์มีเซลล์รับแสง 10 8 ตัว ซึ่งเชื่อมต่อกับสมองโดยใช้ปมประสาท 10 6 เซลล์) จอประสาทตาเทียมแบบหนึ่ง (คล้ายกับเรตินาของตากบ) ประกอบด้วย 3 ชั้น: เซลล์แรกประกอบด้วยเซลล์รับแสง 1,800 เซลล์ส่วนที่สอง - "เซลล์ประสาท" ที่รับรู้สัญญาณเชิงบวกและสารยับยั้งจากเซลล์รับแสงและกำหนดความคมชัดของภาพ ในชั้นที่สามมี "เซลล์" จำนวน 650 เซลล์จากห้าประเภทที่แตกต่างกัน การศึกษาเหล่านี้ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ติดตามการจดจำอัตโนมัติได้ การศึกษาความรู้สึกของความลึกเชิงพื้นที่เมื่อเห็นด้วยตาข้างเดียว (การมองเห็นด้วยตาข้างเดียว) ทำให้สามารถสร้างเครื่องวัดความลึกเชิงพื้นที่สำหรับการวิเคราะห์ภาพถ่ายทางอากาศได้

งานกำลังดำเนินการเพื่อเลียนแบบเครื่องวิเคราะห์การได้ยินของมนุษย์และสัตว์ เครื่องวิเคราะห์นี้มีความไวมากเช่นกัน - ผู้ที่มีการได้ยินเฉียบพลันจะรับรู้เสียงเมื่อความดันในช่องหูผันผวนประมาณ 10 µn/m2 (0,0001 ดินแดง/ซม.2). นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสนใจทางเทคนิคในการศึกษากลไกการส่งข้อมูลจากหูไปยังบริเวณการได้ยินของสมอง พวกเขาศึกษาอวัยวะรับกลิ่นของสัตว์เพื่อสร้าง "จมูกเทียม" ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับวิเคราะห์สารมีกลิ่นที่มีความเข้มข้นเล็กน้อยในอากาศหรือน้ำ [ปลาบางตัวสัมผัสได้ถึงความเข้มข้นของสารหลายชนิด มก./ลบ.ม. 3(ไมโครกรัม/ล)]. สิ่งมีชีวิตจำนวนมากมีระบบวิเคราะห์ที่มนุษย์ไม่มี ตัวอย่างเช่น ตั๊กแตนมีตุ่มบนปล้องเสาอากาศที่ 12 ซึ่งรับรู้รังสีอินฟราเรด ฉลามและรังสีมีช่องบนหัวและส่วนหน้าของร่างกายที่รับรู้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 0.1 ° C หอยทากและมดมีความไวต่อรังสีกัมมันตภาพรังสี เห็นได้ชัดว่าปลารับรู้ถึงกระแสน้ำเร่ร่อนที่เกิดจากการใช้พลังงานไฟฟ้าในอากาศ (เห็นได้จากปลาที่เคลื่อนตัวไปสู่ความลึกก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง) ยุงเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางปิดภายในสนามแม่เหล็กเทียม สัตว์บางชนิดรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนจากอินฟราเรดและอัลตราโซนิกได้ดี แมงกะพรุนบางตัวตอบสนองต่อการสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรดที่เกิดขึ้นก่อนเกิดพายุ พวกค้างคาวปล่อยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกในช่วง 45-90 กิโลเฮิร์ตซ์แมลงเม่าที่พวกมันกินเป็นอาหารมีอวัยวะที่ไวต่อคลื่นเหล่านี้ นกฮูกยังมี "เครื่องรับอัลตราซาวนด์" เพื่อตรวจจับค้างคาวด้วย

อาจมีแนวโน้มว่าจะออกแบบไม่เพียงแต่ทางเทคนิคที่คล้ายคลึงกันของอวัยวะสัมผัสของสัตว์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบทางเทคนิคที่มีองค์ประกอบที่ไวต่อทางชีวภาพด้วย (เช่น ดวงตาของผึ้งสำหรับตรวจจับรังสีอัลตราไวโอเลต และดวงตาของแมลงสาบสำหรับตรวจจับรังสีอินฟราเรด)

สิ่งที่เรียกว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบทางเทคนิค เพอร์เซปตรอน - ระบบ "การเรียนรู้ด้วยตนเอง" ที่ทำงาน ฟังก์ชันลอจิคัลการรับรู้และการจำแนกประเภท สอดคล้องกับศูนย์สมองที่ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ งานวิจัยส่วนใหญ่เน้นไปที่การรับรู้ภาพ เสียง หรือภาพอื่นๆ เช่น การก่อตัวของสัญญาณหรือรหัสที่สอดคล้องกับวัตถุโดยเฉพาะ การรับรู้จะต้องดำเนินการโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงในภาพ (เช่น ความสว่าง สี ฯลฯ) โดยที่ยังคงความหมายพื้นฐานไว้ อุปกรณ์การรับรู้ที่จัดระเบียบตัวเองดังกล่าวทำงานโดยไม่ต้องตั้งโปรแกรมล่วงหน้าพร้อมการฝึกอบรมแบบค่อยเป็นค่อยไปโดยผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ โดยนำเสนอภาพ ส่งสัญญาณข้อผิดพลาด และเสริมการตอบสนองที่ถูกต้อง อุปกรณ์ป้อนข้อมูลของเพอร์เซปตรอนคือสนามรับข้อมูลการรับรู้ เมื่อจดจำวัตถุที่มองเห็นได้ จะเป็นชุดของโฟโตเซลล์

หลังจาก "ฝึกฝน" เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพอร์เซปตรอนก็สามารถตัดสินใจได้อย่างอิสระ อุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นตามเพอร์เซปตรอนเพื่ออ่านและจดจำข้อความ ภาพวาด การวิเคราะห์ออสซิลโลแกรม ภาพรังสี ฯลฯ

การศึกษาระบบการตรวจจับ การเดินเรือ และการวางแนวของนก ปลา และสัตว์อื่นๆ ถือเป็นงานที่สำคัญอย่างหนึ่งของชีววิทยาด้วย เพราะ ระบบการรับรู้และการวิเคราะห์ขนาดจิ๋วและแม่นยำที่ช่วยให้สัตว์ต่างๆ นำทาง ค้นหาเหยื่อ และอพยพนับพันได้ กม(ดูการย้ายถิ่นของสัตว์) สามารถช่วยในการปรับปรุงเครื่องมือที่ใช้ในการบิน การเดินเรือ ฯลฯ พบตำแหน่งอัลตราโซนิกในค้างคาวและสัตว์ทะเลจำนวนหนึ่ง (ปลา โลมา) เป็นที่ทราบกันว่า เต่าทะเลลอยออกทะเลได้หลายพันตัว กมและกลับมาวางไข่ที่เดิมบนฝั่งเสมอ เชื่อกันว่ามีสองระบบ: การวางแนวระยะไกลโดยดวงดาว และการวางแนวระยะสั้นด้วยกลิ่น (เคมีของน่านน้ำชายฝั่ง) ผีเสื้อนกยูงกลางคืนตัวผู้ค้นหาตัวเมียในระยะไกลถึง 10 ตัว กม.ผึ้งและตัวต่อเดินได้ดีภายใต้แสงแดด การวิจัยเกี่ยวกับระบบการตรวจจับที่หลากหลายและหลากหลายเหล่านี้มีประโยชน์มากมายต่อเทคโนโลยี

ศึกษา คุณสมบัติทางสัณฐานวิทยาสิ่งมีชีวิตยังให้แนวคิดใหม่ๆ ในการออกแบบทางเทคนิคอีกด้วย ดังนั้น การศึกษาโครงสร้างของผิวหนังของสัตว์น้ำที่มีความเร็วสูง (เช่น ผิวหนังของปลาโลมาไม่เปียกและมีโครงสร้างแบบยืดหยุ่นซึ่งช่วยขจัดความปั่นป่วนปั่นป่วนและการร่อนโดยมีความต้านทานน้อยที่สุด) จึงทำให้ สามารถเพิ่มความเร็วของเรือได้ สร้างการปกปิดพิเศษ - หนังเทียม "laminflo" ( ข้าว. 2 ) ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มความเร็วได้ เรือเดินทะเล 15-20% แมลง Diptera มีอวัยวะ - เชือกแขวนคอซึ่งสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องพร้อมกับปีก เมื่อทิศทางการบินเปลี่ยนไป ทิศทางการเคลื่อนที่ของเชือกแขวนคอจะไม่เปลี่ยนแปลง ก้านใบที่เชื่อมต่อกับลำตัวจะถูกยืดออก และแมลงจะรับสัญญาณให้เปลี่ยนทิศทางการบิน ไจโรตรอนถูกสร้างขึ้นบนหลักการนี้ ( ข้าว. 3 ) - เครื่องสั่นแบบส้อมที่ให้ความเสถียรสูงในทิศทางการบินของเครื่องบินด้วยความเร็วสูง เครื่องบินที่มีไจโรตรอนสามารถกู้คืนจากการหมุนได้โดยอัตโนมัติ การบินของแมลงนั้นมาพร้อมกับการใช้พลังงานต่ำ เหตุผลประการหนึ่งคือการเคลื่อนไหวปีกรูปแบบพิเศษซึ่งดูเหมือนเลขแปด

ออกแบบตามหลักการนี้ กังหันลมด้วยใบมีดแบบเคลื่อนย้ายได้จึงประหยัดมากและสามารถทำงานที่ความเร็วลมต่ำได้ หลักการบินแบบใหม่ การเคลื่อนที่แบบไร้ล้อ การสร้างตลับลูกปืน อุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ฯลฯ ได้รับการพัฒนาโดยอาศัยการศึกษาการบินของนกและแมลง การเคลื่อนไหวของสัตว์กระโดด โครงสร้างของข้อต่อ เป็นต้น การวิเคราะห์โครงสร้างของกระดูกซึ่งช่วยให้แน่ใจว่ากระดูกมีน้ำหนักเบายิ่งขึ้นและในเวลาเดียวกันก็แข็งแรงขึ้น สามารถเปิดโอกาสใหม่ในการก่อสร้างได้ ฯลฯ

เทคโนโลยีใหม่ที่ใช้กระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตก็เป็นปัญหา B เช่นกัน ในเรื่องนี้ การศึกษากระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพมีความสำคัญอย่างยิ่ง พลังงานชีวภาพ (ดูพลังงานชีวภาพ) เพราะ กระบวนการทางชีววิทยาที่กระฉับกระเฉง (เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ) นั้นประหยัดอย่างยิ่ง พร้อมกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีซึ่งรับประกันโดยความสำเร็จของชีววิทยา มันยังเป็นประโยชน์ต่อชีววิทยาด้วยเพราะ ช่วยให้เข้าใจและจำลองปรากฏการณ์หรือโครงสร้างทางชีวภาพบางอย่างอย่างแข็งขัน (ดูการสร้างแบบจำลอง) ดูเพิ่มเติมที่ ไซเบอร์เนติกส์ ชีวกลศาสตร์ การตอบสนองทางชีวภาพ

ความหมาย:การสร้างแบบจำลองทางชีววิทยา ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, เอ็ด. N. A. Bernstein, M. , 1963: Parin V. V. และ Baevsky R. M. , ไซเบอร์เนติกส์ในการแพทย์และสรีรวิทยา, M. , 1963; ปัญหาเกี่ยวกับไบโอนิค นั่ง. ศิลปะ. ตัวแทน เอ็ด M. G. Gaase-Rapoport, M. , 1967; มาร์เทค วี., ไบโอนิคส์, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2510; Kreizmer L.P. , Sochivko V.P. , Bionics, 2nd ed., M. , 1968; Braines S. N. , Svechinsky V. B. , ปัญหาของ neurocybernetics และ neurobionics, M. , 1968: ดัชนีบรรณานุกรมเกี่ยวกับ bionics, M. , 1965

อาร์.เอ็ม. เบฟสกี้.

ข้าว. 1. ภาพประกอบแผนผังเซลล์ประสาท (ซ้าย) แบบจำลอง (กลาง) และแผนภาพไฟฟ้าของเซลล์ประสาทเทียม (ขวา): 1 - ตัวเซลล์; 2 - เดนไดรต์; 3 - แอกซอน; 4 - หลักประกัน; 5 - การแยกขั้วของแอกซอน; P n, P i, P 2, P 1 - อินพุตของเซลล์ประสาท; S n, S i, S 2, S 1 - หน้าสัมผัสซินแนปติก P - สัญญาณเอาท์พุต; K - ค่าเกณฑ์ของสัญญาณ R 1 - R 6, R ม. - ความต้านทาน; C 1 - C 3, C m - ตัวเก็บประจุ; T 1 -T 3 - ทรานซิสเตอร์; D - ไดโอด

สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต - ม.: สารานุกรมโซเวียต. 1969-1978 .

ดูว่า "Bionics" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

- [พจนานุกรม คำต่างประเทศภาษารัสเซีย

- [จากชีวะ... และ (อิเล็กทรอนิกส์)] วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตเพื่อใช้ผลความรู้เกี่ยวกับกลไกการทำงานของสิ่งมีชีวิตในการออกแบบเครื่องจักรและการสร้างระบบทางเทคนิคใหม่ เช่น ข้อมูลไบโอนิคที่ได้จาก... ... พจนานุกรมนิเวศวิทยา

ไบโอนิค- นิรุกติศาสตร์. มาจากภาษากรีก ชีวิตทางชีวภาพ หมวดหมู่. ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ ความจำเพาะ. ศึกษาหลักการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิตเพื่อใช้ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม เริ่มก่อตั้งในยุค 60 ศตวรรษที่ XX วิธีการหลัก...... สารานุกรมจิตวิทยาที่ดี

ไบโอนิคส์เป็นหนึ่งในสาขาวิชาชีววิทยาและไซเบอร์เนติกส์ที่ศึกษาคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและการทำงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างระบบหรืออุปกรณ์ทางเทคนิคขั้นสูงมากขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่เข้าใกล้คุณลักษณะของระบบสิ่งมีชีวิต

ในวันนี้ การประชุมสัมมนาระดับนานาชาติครั้งแรกได้เปิดขึ้นในหัวข้อ “ต้นแบบที่มีชีวิตของระบบประดิษฐ์ - กุญแจสู่เทคโนโลยีใหม่”

แต่ก่อนที่จะได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการ ไบโอนิคก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน นักประดิษฐ์ได้ให้ความสนใจกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ รูปแบบของการพัฒนามาเป็นเวลานาน และค้นพบวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่เหมาะสม

ในกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่สม่ำเสมอและไร้ความปราณี ธรรมชาติได้ปรับปรุงระบบมาเป็นเวลาหลายพันปี โดยได้ขัดเกลาอวัยวะแต่ละส่วนของสัตว์

ในการต่อสู้อันดุเดือดเพื่อการดำรงอยู่ มีเพียงสิ่งมีชีวิตที่สมบูรณ์แบบที่สุดเท่านั้นที่รอดชีวิตและให้กำเนิดลูกหลาน อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการอันยาวนาน ธรรมชาติได้สร้างขุมทรัพย์ขนาดมหึมาบนโลก ซึ่งมีตัวอย่างที่น่าทึ่งนับไม่ถ้วนของ "ระบบวิศวกรรมที่มีชีวิต" ที่ทำงานได้อย่างแม่นยำ เชื่อถือได้ และประหยัดมาก โดดเด่นด้วยความรวดเร็วที่น่าอัศจรรย์และความสอดคล้องของการกระทำ ความสามารถในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆ มากมาย และจดจำและคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นด้วยปฏิกิริยาการปรับตัวที่หลากหลาย ธรรมชาติมีเวลามากสำหรับสิ่งนี้และบุคคลที่สร้างเครื่องจักรสมัยใหม่จะต้องแก้ปัญหาทางเทคนิคด้วย ช่วงเวลาสั้น ๆตลอดหลายทศวรรษหรือหลายปี

“สิ่งประดิษฐ์” มากมายจากธรรมชาติ แม้กระทั่งในสมัยโบราณ ก็ได้ช่วยแก้ปัญหาทางเทคนิคหลายประการ ดังนั้นเมื่อหลายร้อยปีก่อน ขณะทำการผ่าตัดตา แพทย์ชาวอาหรับได้รับความเข้าใจเกี่ยวกับการหักเหของแสงเมื่อผ่านจากตัวกลางโปร่งใสหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง การศึกษาเลนส์ตาทำให้แพทย์สมัยโบราณนึกถึงการใช้เลนส์ที่ทำจากคริสตัลหรือแก้วเพื่อขยายภาพ

ในสาขาฟิสิกส์ การศึกษาหลักการพื้นฐานหลายประการของหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยการศึกษาสิ่งที่เรียกว่าไฟฟ้าจากสัตว์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดลองอันโด่งดังของนักสรีรวิทยาชาวอิตาลีแห่งศตวรรษที่ 18 การทำงานของลุยจิ กัลวานีกับขากบในที่สุดนำไปสู่การสร้างเซลล์กัลวานิก ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าทางเคมี

แม้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง กองเรืออังกฤษยังติดอาวุธด้วยไฮโดรโฟน ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับตรวจจับเรือดำน้ำเยอรมันด้วยเสียงใบพัดในน้ำ การออกแบบไม่ประสบความสำเร็จ ในขณะที่เรือกำลังเคลื่อนที่ ไฮโดรโฟนไม่รับรู้เสียงอื่น ๆ เนื่องจากทุกอย่างถูกกลบด้วยเสียงเครื่องยนต์ของเรือเอง นักสัตววิทยาเข้ามาช่วยเหลือ พวกเขาจำได้ว่าแมวน้ำสามารถได้ยินเสียงในน้ำได้อย่างสมบูรณ์แบบไม่ว่าจะอยู่ที่ความเร็วเท่าใด และแนะนำว่าไฮโดรโฟนจะต้องมีรูปร่างเหมือนหูของแมวน้ำ ตั้งแต่นั้นมา อังกฤษก็ประสบความสำเร็จมากขึ้นในการต่อสู้กับกองทัพเยอรมันเรือน้ำ

ความปรารถนาของนักวิทยาศาสตร์ที่จะทำความเข้าใจว่าธรรมชาติมีความสมบูรณ์แบบ ฉลาดกว่า ประหยัดกว่าเทคโนโลยีสมัยใหม่อย่างไร ความพยายามของพวกเขาในการค้นหาและจัดระบบวิธีการใหม่ๆการปรับปรุงอย่างรุนแรงของที่มีอยู่และการสร้างเครื่องจักร เครื่องมือ โครงสร้างอาคารและกระบวนการทางเทคโนโลยีใหม่โดยพื้นฐาน และก่อให้เกิดสิ่งใหม่ ทิศทางทางวิทยาศาสตร์เรียกว่าไบโอนิค

รูปแบบของสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติและสิ่งที่คล้ายคลึงทางอุตสาหกรรม

หนึ่งในปัญหาหลักที่แก้ไขโดยไบโอนิคคือการศึกษาหลักการที่ช่วยให้ระบบชีวภาพการสร้างแบบจำลองมีความน่าเชื่อถือสูง ฟังก์ชั่นชดเชยสิ่งมีชีวิตและความสามารถในการปรับตัว

ตัวอย่างของความน่าเชื่อถือสูงของกลไกการปรับตัวในสิ่งมีชีวิตบางชนิดคือเปลือกพิเศษสำหรับการปกป้องจากสิ่งแวดล้อมและการโจมตีที่อาจเกิดขึ้น

วิศวกรทำความร้อนตระหนักดีถึงไดอะตอมไมต์ ซึ่งเป็นวัสดุทนไฟที่ใช้ในการผลิตผนังเตาหลอมแก้ว ไดอะตอมไมต์ได้มาจากการสะสมของเปลือกไดอะตอมขนาดยักษ์ที่ตกลงสู่ก้นอ่างเก็บน้ำ เซลล์ของสาหร่ายเหล่านี้อยู่ภายในเกราะป้องกัน เปลือกของไดอะตอมประกอบด้วยสองซีกที่สอดเข้าหากัน ด้วยโครงสร้างปุ่มพิเศษที่ประกอบด้วยแผ่นขนานหรือโครงตาข่ายซึ่งทำให้เปลือกมีความแข็งแรงสูง ไดอะตอมจึงสามารถทนต่อแรงอัดและการดัดงอสูงได้

ตัวอย่างของระบบการปรับตัวที่ซับซ้อนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมคือลักษณะระบบของสัตว์ที่ควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ เป็นที่สนใจทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ การทำงานปกติของร่างกายเกิดขึ้นได้เมื่อมีน้ำตาลองุ่น (กลูโคส) ในเลือดในปริมาณหนึ่งเท่านั้น ระบบควบคุมที่เป็นเอกลักษณ์ไม่อนุญาตให้มีความผันผวนของระดับน้ำตาลในเลือดที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย

ร่างกายมีอวัยวะที่สะสม (สะสม) ซึ่งกลูโคสซึ่งเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์จะเปลี่ยนเป็นคาร์บอน - ไกลโคเจนอีกประเภทหนึ่ง (บางครั้งเรียกว่าแป้งจากสัตว์) อวัยวะนี้คือตับ ในเซลล์ของไกลโคเจนสามารถสะสมได้ในปริมาณมากซึ่งจะช่วยลดระดับน้ำตาลในเลือดแพะ เมื่อระดับน้ำตาลในเลือดต่ำกว่าระดับที่ต้องการ ส่วนหนึ่งของไกลโคเจนจะถูกสลายตัวและกลูโคสที่เกิดขึ้นใหม่จะเข้าสู่กระแสเลือดจนกว่าระดับจะกลับมาเป็นปกติอีกครั้ง ร่างกายไม่ได้กำจัดผลิตภัณฑ์พลังงานอันมีค่าส่วนเกินออกไป แต่แปลงให้อยู่ในรูปแบบที่สะดวกสำหรับการจัดเก็บ ทำให้เกิดเป็นพลังงานสำรองสำหรับ “วันฝนตก”

ปัญหาที่ซับซ้อนที่แก้ไขได้ด้วยไบโอนิคยังรวมถึงการศึกษาระบบตัวรับและวิเคราะห์ทางชีวภาพ (โดยหลักแล้วคือการศึกษาอวัยวะของการมองเห็น การได้ยิน และการดมกลิ่น) เพื่อสร้างแบบจำลองทางเทคนิค ตาของปลาหมึกถูกปรับให้เหมาะกับการมองเห็นวัตถุทั้งในที่มีแสงน้อยและแสงจ้า การปรับตัวนี้เกี่ยวข้องกับการมีเม็ดสีน้ำตาลในเซลล์จอประสาทตา ในแสงจ้า เม็ดสีจะกระจายไปทั่วเซลล์ ปกป้องฐานที่ละเอียดอ่อนจากรังสีแสงที่มากเกินไป ในตอนกลางคืน ในที่มีแสงน้อย ในทางกลับกัน เม็ดสีทั้งหมดจะรวมตัวกันที่ฐานของเซลล์อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งจะทำให้ความไวของมันเพิ่มขึ้น ตอนนี้สิ่งที่คล้ายกันได้ถูกสร้างขึ้นโดยช่างแว่นตา พวกเขาสามารถพัฒนากระจกที่จะมืดลงทันทีเมื่อสัมผัสกับแสงสว่าง เมื่อความสว่างลดลง กระจกจะกลับมีความโปร่งใสเหมือนเดิม

การศึกษาคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ของนกและแมลงลักษณะทางอุทกพลศาสตร์ของปลาหมึกปลาและสัตว์จำพวกวาฬนั้นน่าสนใจและมีแนวโน้มมาก ผลการวิจัยนี้ใช้ในการต่อเครื่องบินและการต่อเรือ การออกแบบและการผลิตเครื่องยนต์ไฮโดรเจ็ทสำหรับการขนส่งใต้น้ำ นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวรัสเซีย N. E. Zhukovsky ขณะศึกษาการบินของนกได้ค้นพบ "ความลับของปีก" และพัฒนาวิธีการคำนวณการยกของปีกซึ่งเป็นแรงที่ทำให้เครื่องบินลอยอยู่ในอากาศ ผลการศึกษาลักษณะของการบินของนกซึ่ง Zhukovsky ทุ่มเทเวลาอย่างมากเป็นพื้นฐานของอากาศพลศาสตร์สมัยใหม่

แมลงมีเครื่องบินที่ก้าวหน้ากว่าในธรรมชาติด้วยซ้ำ ในแง่ของประสิทธิภาพการบิน ความเร็วสัมพัทธ์ และความคล่องแคล่ว สิ่งเหล่านี้ไม่เท่าเทียมกันในธรรมชาติ และยิ่งกว่านั้นในเทคโนโลยีการบินสมัยใหม่ แม้ว่าความเร็วในการบินของพวกเขาดูเหมือนจะต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องบินโดยสารสมัยใหม่ แต่ถ้าคุณคำนวณความเร็วสัมพันธ์กับความยาวลำตัวของสัตว์หรือแมลงที่บินได้ ปรากฎว่าผึ้งบัมเบิลบีบินได้เร็วที่สุด: ในหนึ่งนาทีมันจะบินได้ 10,000 ระยะทางเท่ากับ ความยาวลำตัว อันดับสองตกเป็นของพวกสวิฟต์ อันดับสามเป็นของสตาร์ลิ่ง แล้วก็อีกามีฮู้ด และที่สุดท้ายเท่านั้นคือเครื่องบินเจ็ตความเร็วสูงของเรา สายการบินผู้โดยสารซึ่งในหนึ่งนาทีบินได้เพียง 1,500 ระยะทางเท่ากับความยาวของมันนั่นคือ มันบินช้ากว่าแมลงภู่ถึง 6-7 เท่า!

เมื่อระบุหน้าที่ของฮอลเทอเรส ซึ่งเป็นปีกหลังที่ด้อยพัฒนาในรูปแบบของอวัยวะรูปกระบองที่พบในแมลงวัน นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างอุปกรณ์ "ไจโรตรอน" ที่ใช้ในการกำหนดความเบี่ยงเบนเชิงมุมของเสถียรภาพการบินในเครื่องบินและจรวด

ด้วยการใช้วิธีถ่ายภาพความเร็วสูง พบว่าปีกของผีเสื้อไม่เพียงแต่ขึ้นลงระหว่างการบินอย่างที่มองเห็นได้ด้วยตา แต่ยังทำให้เกิดการเคลื่อนไหวคล้ายคลื่นไปตามแกนตามขวางไปพร้อมๆ กัน โดยการเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ของปีกผีเสื้อ ใบพัดเพิ่มเติมในรูปของปีกก็ติดอยู่ที่ปีกของกังหันลม และกังหันลมก็เริ่มทำงานแม้ในสายลมที่เงียบที่สุด

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นซึ่งปัจจุบันใช้ในเครื่องบิน จรวด และยานอวกาศ ก็เป็นลักษณะของปลาหมึกเช่นกัน เช่น ปลาหมึกยักษ์ ปลาหมึก ปลาหมึก เครื่องยนต์น้ำเจ็ทบนเรือคือ สำเนาถูกต้อง"กลไก" ปฏิกิริยาซึ่งปลาหมึกจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและโยนออกไปเป็นสายน้ำที่มีพละกำลังมหาศาล ปลาหมึกสามารถเรียกได้ว่าเป็น "นักวิ่งแห่งท้องทะเล" พวกเขาสามารถเริ่มต้นจาก ความลึกของทะเลขึ้นไปในอากาศด้วยความเร็วจนมักบินข้ามคลื่นนานกว่า 50 เมตร

ปลาหมึกมีความคล่องตัวที่น่าทึ่งในน้ำพวกมันหมุนเร็วมากไม่เพียง แต่ในแนวนอน แต่ยังอยู่ในระนาบแนวตั้งด้วย การศึกษากลไกการเคลื่อนที่ของปลาหมึก พารามิเตอร์ทางอุทกพลศาสตร์ของรูปร่างร่างกายของพวกมันสามารถจัดหาวัสดุมากมายให้กับวิศวกรการต่อเรือเพื่อสร้างจรวดทะเลที่มีความคล่องตัวสูงซึ่งสามารถพัฒนาความเร็วอันมหาศาลใต้น้ำได้

การศึกษากระบวนการทางชีววิทยา โครงสร้างและรูปแบบทางธรรมชาติอย่างลึกซึ้งและครอบคลุม เพื่อนำไปใช้ในเทคโนโลยีการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม ทำให้เกิดการค้นพบมากมายในระยะเวลาอันสั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าการออกแบบที่หรูหราของหอไอเฟลโลหะยาวสามร้อยเมตรนั้นทำซ้ำอย่างแน่นอน (แม้แต่มุมของพื้นผิวรับน้ำหนักก็เหมือนกัน) โครงสร้างของกระดูกหน้าแข้งซึ่งสามารถทนต่อน้ำหนักของร่างกายมนุษย์ได้อย่างง่ายดายแม้ว่าเมื่อใด การสร้างโครงการหอคอย วิศวกร เจ. ไอเฟล ไม่ได้ใช้แบบจำลองที่มีชีวิต กระดูกหน้าแข้งของมนุษย์ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางและมวลน้อย สามารถทนต่อแรงกดทับได้ 1,650 กิโลกรัม ซึ่งมากกว่าน้ำหนักปกติถึง 20 - 25 เท่า

การศึกษาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับ "ไข่ประณาม" ตามปกติเผยให้เห็นว่าความแข็งแรงของมันเกิดจากเมมเบรนฟิล์มบางและยืดหยุ่นซึ่งทำให้เปลือกกลายเป็นโครงสร้างแบบรับแรงดึงล่วงหน้า ผู้สร้างใช้ประโยชน์จากการค้นพบนี้เมื่อสร้างอาคารโรงละครในเมืองดาการ์ ซึ่งภายในอาคารไม่ควรมีเสาเดี่ยวหรือเสาตกแต่งแม้แต่เสาเดียว อาคารทั้งหลังควรจะเป็น "เปลือก" คอนกรีตเสริมเหล็กบางขนาดใหญ่ ว่างเปล่า และบาง พักอยู่บนรากฐานพิเศษ มีเพียงเมมเบรนที่ให้ความแข็งแรงแก่โครงสร้างนี้เท่านั้นที่ไม่ได้ทำจากวัสดุ "ไก่" แต่มาจากซีเมนต์เสริมแรง เปลือกปูนซีเมนต์เสริมบางที่มีความหนา 15-30 มม. ครอบคลุมพื้นที่ที่มีความสูงมากกว่า 120 ม. โดยไม่มีส่วนรองรับ นอกจากนี้ ยิ่งช่วงขยายใหญ่เท่าใด เปลือกก็จะบางลง (ไม่เกินขีดจำกัด) เท่านั้น

การศึกษาโครงสร้างที่น่าทึ่งของใบไม้ซึ่งมีโครงสร้างเป็นซี่และรูปทรงพัด ได้เสนอแนะสิ่งที่เรียกว่า "โครงสร้างพับ" สำหรับสถาปนิก ตัวอย่างเช่น กระดาษเขียนธรรมดาแผ่นหนึ่งที่วางขอบตรงข้ามบนขาตั้ง ไม่สามารถรับน้ำหนักและการโค้งงอของตัวเองได้

แผ่นเดียวกัน แต่พับเหมือนหีบเพลงและวางอีกครั้งบนที่รองรับสองอันเพื่อให้การพับแบบขนานวิ่งข้ามช่วงมีพฤติกรรมแตกต่างจากแผ่นเรียบ เขามีเสถียรภาพและสามารถรับน้ำหนักได้เท่ากับน้ำหนักตัวของเขาเองถึงหนึ่งร้อยเท่าโดยไม่เสียรูป รูปร่างใหม่ของแผ่นทำให้มีคุณสมบัติทางกลใหม่ ใช้หลักการของ "โครงสร้างพับ" โดมพับที่มีช่วง 100 - 200 ม. ถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาและในฝรั่งเศสพวกเขาครอบคลุมศาลาที่มีช่วง 218 ม.

โครงสร้างพับเชิงพื้นที่ผนังบางยังใช้กันอย่างแพร่หลายในรัสเซีย ผู้สร้างอาคารที่อยู่อาศัยได้รับประโยชน์จากประสบการณ์นับพันปีของผึ้งในการสร้างรวงผึ้ง รังผึ้งมีข้อดีหลายประการ ความสม่ำเสมอขององค์ประกอบต่างๆ ที่นี่ถูกจำกัด: ส่วนหลักและส่วนเดียวเท่านั้นองค์ประกอบโครงสร้างของอาคารผึ้งทั้งหมดเป็นเซลล์หกเหลี่ยมที่ทำจากขี้ผึ้ง ข้อดีอีกอย่างของรวงผึ้งก็คือความแข็งแกร่ง ความแรงที่นี่ (ค่อนข้างแน่นอน) สูงกว่าของ กำแพงอิฐ. รวงผึ้งเป็นแบบไอโซโทรปิก (ความแข็งแรงเท่ากันทุกทิศทาง) ด้วยข้อดีเหล่านี้ การออกแบบรวงผึ้งจึงเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิต "แผงรังผึ้ง" สำหรับการก่อสร้างอาคารที่พักอาศัย รังผึ้งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง วิวัฒนาการกว่าล้านปี ผึ้งจัดการผ่านการลองผิดลองถูก เพื่อค้นหาภาชนะสำหรับเก็บน้ำผึ้งที่ประหยัดที่สุดและจุได้มากที่สุด ความลับทั้งหมดอยู่ในรูปแบบที่เลือกอย่างมีเหตุผลค่ะ การก่อสร้างทางเรขาคณิตเซลล์แว็กซ์ มุมแหลมทั้งหมดของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนทั้งสามที่สร้างฐานของรูปหกเหลี่ยมแต่ละอันมีค่าเท่ากับ 70° 32" นักคณิตศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าด้วยรูปทรงหกเหลี่ยม ค่าของมุมนี้จะทำให้แน่ใจถึงความจุสูงสุดของเซลล์รังผึ้งโดยมีค่าใช้จ่ายในการสร้างน้อยที่สุด วิศวกรของเราใช้ประโยชน์จากประสบการณ์ของผึ้งและพัฒนาการออกแบบลิฟต์คอนกรีตเสริมเหล็กใหม่สำหรับการเก็บเมล็ดพืช ก่อนหน้านี้ ลิฟต์แบบธรรมดาหลายสิบตัวพร้อมหอคอยคอนกรีตเสริมเหล็กเสาหินขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นในประเทศของเรา ความสมบูรณ์แบบใน พวกเขามีน้อยแต่ใช้คอนกรีตเสริมเหล็กไปมาก การสร้างลิฟต์ที่สมบูรณ์แบบทันสมัยพร้อมโครงสร้างรังผึ้งต้องใช้คอนกรีตน้อยกว่า "บรรพบุรุษ" เสาหินถึง 30% แต่ประสบการณ์นับศตวรรษของผึ้งในการสร้างรวงผึ้งกลับมีประโยชน์ไม่เพียง แต่สำหรับผู้สร้างอาคารที่พักอาศัยและยุ้งฉางเท่านั้น มีการใช้อย่างประสบความสำเร็จอย่างมากในการก่อสร้างเขื่อน ล็อค และวัตถุที่ซับซ้อนและสำคัญอื่น ๆ อีกมากมาย

ผู้สร้างสะพานได้เลียนแบบโครงสร้างทางธรรมชาติจึงสร้างโครงสร้างดั้งเดิมขึ้นมาจำนวนหนึ่ง ดังนั้น วิศวกรชาวฝรั่งเศสจึงสร้างสะพานให้มีรูปร่างเหมือนโครงกระดูกปลาดาว มีรูปร่างเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าโครงสร้างโค้งมาก การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของใบไม้เมื่อม้วนตัวเป็นท่อแล้วขึ้นรูปเป็นร่องแฟนซีบิดเป็นเกลียวทำให้ตัวเองมีความแข็งแกร่งสูงสุดกระตุ้นให้วิศวกรและนักออกแบบเกิดแนวคิดเรื่องสะพานข้าม แม่น้ำเป็นรูปใบไม้ครึ่งม้วน ความเบาของมันน่าทึ่งมาก ความแข็งแกร่งของมันนั้นไม่ธรรมดา ความสวยงาม ความประหยัด และความทนทานของสะพานแห่งนี้ผูกพันกับธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ การออกแบบสะพานอีกแบบหนึ่งที่แนะนำโดยธรรมชาติได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรซามูเอล บราวน์ เมื่อออกไปในสวนและมองดูใยแมงมุมบางๆ หลายพันเส้นที่ห้อยอยู่ระหว่างต้นไม้ เขาเห็นต้นแบบของการออกแบบสะพานที่เขากำลังมองหาบนด้ายยาวที่ยืดหยุ่นได้ ลมพัดแรง แต่ด้ายที่ห้อยอยู่ก็ไม่ขาด วิศวกรต้องคำนวณน้ำหนักและส่วนต่างๆ เท่านั้น นี่คือลักษณะของสะพานแขวนที่ทนทานและสวยงาม

สิ่งที่สำคัญและน่าสนใจอย่างยิ่งคือปัญหาที่แก้ไขได้ด้วยไบโอนิคในการค้นคว้าระบบการนำทาง ตำแหน่ง ความเสถียร การวางแนวของตัวแทนของสัตว์โลก และการสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคพื้นฐานใหม่โดยอิงจากผลการศึกษาเหล่านี้ ความสามารถในการนำทางของสัตว์อพยพมีความแม่นยำอย่างน่าทึ่ง แต่โครงสร้างและหลักการทำงานของระบบที่ให้ทิศทางยังไม่ได้รับการแก้ไข