แคตตาล็อกไฟล์เกี่ยวกับชีววิทยา ไบโอนิคส์: ธรรมชาติรู้ดีที่สุด

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

งานหลักทางชีววิทยาครอบคลุมปัญหาต่อไปนี้: การศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์และการสร้างแบบจำลองของเซลล์ประสาท - เซลล์ประสาท - และ โครงข่ายประสาทเทียมเพื่อการปรับปรุงเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เพิ่มเติมและการพัฒนาองค์ประกอบและอุปกรณ์ใหม่ของระบบอัตโนมัติและเทเลเมคานิกส์ (neurobionics) 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 เกินความน่าเชื่อถือของระบบทางเทคนิคอย่างมาก (อย่างหลังล้มเหลวเมื่อชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นหรือมากกว่านั้นแตกในวงจร หากเซลล์ประสาทนับล้านจากพันล้านที่ประกอบเป็นสมองตาย การทำงานของระบบจะคงอยู่) . 3) องค์ประกอบจิ๋วของระบบประสาท: มีจำนวนองค์ประกอบ 10 10 - 10 11 ปริมาตรสมองของมนุษย์ 1.5 ดีเอ็ม 3อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ที่มีจำนวนองค์ประกอบเท่ากันจะมีปริมาตรหลายร้อยหรือหลายพันชิ้น ม.3 4) การดำเนินงานที่ประหยัด: การใช้พลังงานของสมองมนุษย์ไม่เกินหลายสิบ อ. 5) ระดับสูงของการจัดระเบียบตนเองของระบบประสาท, การปรับตัวอย่างรวดเร็วต่อสถานการณ์ใหม่, เพื่อการเปลี่ยนแปลงในโปรแกรมกิจกรรม

ความพยายามที่จะจำลองระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์เริ่มต้นด้วยการสร้างเซลล์ประสาทและเครือข่ายที่คล้ายคลึงกัน เซลล์ประสาทเทียมชนิดต่างๆ ได้รับการพัฒนา ( ข้าว. 1 - “โครงข่ายประสาท” เทียมได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถจัดระเบียบตนเองได้ กล่าวคือ กลับไปสู่สภาวะที่มั่นคงเมื่อโครงข่ายไม่สมดุล 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 ซึ่งรับรู้ถึงศักยภาพเป็นเศษส่วนของไมโครโวลต์ จึงสามารถเร่งกระบวนการให้เร็วขึ้นได้อย่างมาก

ผ่านเครื่องวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุด - ภาพ - สมองของมนุษย์ได้รับ ส่วนใหญ่ข้อมูล. จากมุมมองทางวิศวกรรม คุณลักษณะของเครื่องวิเคราะห์ด้วยภาพต่อไปนี้น่าสนใจ: ความไวที่หลากหลาย - จากควอนตัมเดี่ยวไปจนถึงฟลักซ์แสงที่เข้มข้น การเปลี่ยนแปลงความชัดเจนของการมองเห็นจากกึ่งกลางไปรอบนอก การติดตามวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง ปรับให้เข้ากับภาพนิ่ง (ในการดูวัตถุที่อยู่นิ่งตาจะเคลื่อนไหวแบบสั่นเล็กน้อยด้วยความถี่ 1-150 เฮิรตซ์- เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค การพัฒนาจอประสาทตาเทียมถือเป็นเรื่องที่สนใจ (เรตินาเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนมาก เช่น ตามนุษย์มีเซลล์รับแสง 10 8 ตัว ซึ่งเชื่อมต่อกับสมองโดยใช้ปมประสาท 10 6 เซลล์) จอประสาทตาเทียมแบบหนึ่ง (คล้ายกับจอตาของตากบ) ประกอบด้วย 3 ชั้น: เซลล์แรกประกอบด้วยเซลล์รับแสง 1,800 เซลล์ส่วนที่สอง - "เซลล์ประสาท" ที่รับรู้สัญญาณเชิงบวกและสารยับยั้งจากเซลล์รับแสงและกำหนดความคมชัดของภาพ ในชั้นที่สามมี 650 “เซลล์” จาก 5 เซลล์ ประเภทต่างๆ- การศึกษาเหล่านี้ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ติดตามการจดจำอัตโนมัติได้ การศึกษาความรู้สึกของความลึกเชิงพื้นที่เมื่อมองด้วยตาข้างเดียว (การมองเห็นด้วยตาข้างเดียว) ทำให้สามารถสร้างเครื่องวัดความลึกเชิงพื้นที่เพื่อวิเคราะห์ภาพถ่ายทางอากาศได้

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

อาจมีแนวโน้มว่าจะออกแบบไม่เพียงแต่ทางเทคนิคที่คล้ายคลึงกันของอวัยวะสัมผัสของสัตว์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบทางเทคนิคที่มีองค์ประกอบที่ไวต่อทางชีวภาพด้วย (เช่น ดวงตาของผึ้งสำหรับตรวจจับรังสีอัลตราไวโอเลต และดวงตาของแมลงสาบสำหรับตรวจจับรังสีอินฟราเรด)

สิ่งที่เรียกว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบทางเทคนิค เพอร์เซปตรอน - ระบบ "การเรียนรู้ด้วยตนเอง" ที่ทำหน้าที่เชิงตรรกะของการจดจำและการจำแนกประเภท สอดคล้องกับศูนย์สมองที่ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ การศึกษาส่วนใหญ่เน้นไปที่การรับรู้ภาพ เสียง หรือภาพอื่นๆ เช่น การก่อตัวของสัญญาณหรือรหัสที่สอดคล้องกับวัตถุโดยเฉพาะ การรับรู้จะต้องดำเนินการโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงในภาพ (เช่น ความสว่าง สี ฯลฯ) โดยที่ยังคงความหมายพื้นฐานไว้ อุปกรณ์การรับรู้ที่จัดระเบียบตัวเองดังกล่าวทำงานโดยไม่ต้องตั้งโปรแกรมล่วงหน้าพร้อมการฝึกอบรมแบบค่อยเป็นค่อยไปโดยผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ โดยนำเสนอภาพ ส่งสัญญาณข้อผิดพลาด และเสริมการตอบสนองที่ถูกต้อง อุปกรณ์ป้อนข้อมูลของเพอร์เซพตรอนคือสนามรับข้อมูลการรับรู้ เมื่อจดจำวัตถุที่มองเห็นได้ จะเป็นชุดของโฟโตเซลล์

หลังจาก "ฝึกฝน" เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพอร์เซปตรอนก็สามารถตัดสินใจได้อย่างอิสระ อุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เพอร์เซปตรอนเพื่ออ่านและจดจำข้อความ ภาพวาด การวิเคราะห์ออสซิลโลแกรม ภาพรังสี ฯลฯ

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

ศึกษา คุณสมบัติทางสัณฐานวิทยาสิ่งมีชีวิตยังให้แนวคิดใหม่ๆ ในการออกแบบทางเทคนิคอีกด้วย ดังนั้นการศึกษาโครงสร้างผิวหนังของสัตว์น้ำความเร็วสูง (เช่น ผิวหนังของปลาโลมาไม่เปียกและมีโครงสร้างแบบยืดหยุ่นซึ่งช่วยขจัดความปั่นป่วนปั่นป่วนและการร่อนโดยมีความต้านทานน้อยที่สุด) ทำให้สามารถเพิ่มความเร็วของเรือได้ สร้างการปกปิดพิเศษ - หนังเทียม "laminflo" ( ข้าว. 2 ) ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มความเร็วได้ เรือเดินทะเล 15-20% แมลง Diptera มีอวัยวะ - เชือกแขวนคอซึ่งสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องพร้อมกับปีก เมื่อทิศทางการบินเปลี่ยนไป ทิศทางการเคลื่อนที่ของเชือกแขวนคอจะไม่เปลี่ยนแปลง ก้านใบที่เชื่อมต่อกับลำตัวจะถูกยืดออก และแมลงจะรับสัญญาณให้เปลี่ยนทิศทางการบิน ไจโรตรอนถูกสร้างขึ้นบนหลักการนี้ ( ข้าว. 3 ) - เครื่องสั่นแบบส้อมที่ให้ความเสถียรสูงในทิศทางการบินของเครื่องบินด้วยความเร็วสูง เครื่องบินที่ติดตั้งไจโรตรอนสามารถกู้คืนจากการหมุนได้โดยอัตโนมัติ 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: ดัชนีบรรณานุกรมบนไบโอนิคส์, M. , 1965

อาร์.เอ็ม. เบฟสกี้.

ข้าว. 1. การแสดงแผนผังของเซลล์ประสาท (ซ้าย) แบบจำลอง (ตรงกลาง) 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 คือค่าเกณฑ์ของสัญญาณ 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

ไบโอนิคซึ่งปรากฏอยู่ใน แวดวงวิทยาศาสตร์ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ? ไบโอนิคส์ใช้วัสดุสังเกตการณ์ของระบบธรรมชาติเพื่อสร้างสรรค์เทคโนโลยีสมัยใหม่บนพื้นฐานของพวกเขา

คำว่า "ไบโอนิค" แปลจากภาษาอังกฤษแปลว่า "ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต" หน้าที่หลัก (ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น) คือการระบุรูปแบบของธรรมชาติที่มีชีวิตและนำไปใช้ในระบบ กิจกรรมของมนุษย์- เป็นครั้งแรกที่มีการระบุปัญหาของไบโอนิค เป้าหมาย และหน้าที่ของมันที่การประชุมสัมมนา Daytona ในสหรัฐอเมริกา จากนั้นในปี พ.ศ. 2503 ได้มีการเสนอข้อกล่าวอย่างกล้าหาญเท่านั้น กลไกทางชีววิทยาอาจเป็นต้นแบบที่แท้จริงของการพัฒนาเทคโนโลยี

ปัญหาหลักและภารกิจของไบโอนิค

1. การสังเกตและศึกษาการทำงานและลักษณะเฉพาะของแต่ละระบบและอวัยวะของสิ่งมีชีวิต (เช่น ระบบประสาท หัวใจ หรือผิวหนัง) เพื่อใช้ความรู้ที่ได้รับเป็นพื้นฐานในการสร้างความสำเร็จทางเทคนิคล่าสุด เช่น ยานพาหนะ คอมพิวเตอร์ เป็นต้น
2. ศึกษาศักยภาพด้านพลังงานชีวภาพของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างเครื่องยนต์ที่สามารถทำหน้าที่เหมือนกล้ามเนื้อเพื่อประหยัดพลังงาน
3. ศึกษากระบวนการสังเคราะห์ทางชีวเคมีเพื่อการพัฒนาอุตสาหกรรมเคมีเพื่อการผลิตผงซักฟอกและยาใหม่ๆ

ความสัมพันธ์ระหว่างไบโอนิคกับความรู้ด้านอื่นๆ ของมนุษย์

“ไบโอนิคถือเป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างเทคนิคต่างๆ (อิเล็กทรอนิกส์ การขนส่ง เทคโนโลยีสารสนเทศ) และ วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ(การแพทย์ ชีววิทยา เคมี)”

ผู้เชี่ยวชาญยืนยันว่าการรวมความรู้ที่มีอยู่ทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นเอกภาพเพื่อจุดประสงค์ในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างมีเหตุผลเป็นกระบวนการที่จำเป็นที่สุดสำหรับโลกสมัยใหม่ ไบโอนิคปรากฏขึ้นเมื่อความเชี่ยวชาญเฉพาะทางของความรู้แต่ละแขนงมีความเข้มข้นมากขึ้น ทำให้วิทยาศาสตร์ขาดเอกภาพที่สำคัญ

ดังนั้นไบโอนิคในชีววิทยาจึงเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นที่ช่วยให้สามารถประยุกต์ความรู้ที่ได้รับมาในการผสมผสานเชิงคุณภาพกับคณิตศาสตร์ เทคโนโลยี และเคมี การสร้างความเชื่อมโยงที่คล้ายคลึงกันระหว่างข้อมูล เทคนิค และทรัพยากรธรรมชาติถือเป็นส่วนสำคัญของการวิจัยด้านไบโอนิค

หากในแง่กว้าง ไบโอนิคเป็นวิธีการ "ยืม" แนวคิดที่ยอดเยี่ยมจากธรรมชาติเพื่อการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด ถ้าอย่างนั้นในแง่ที่แคบลง เราก็สามารถพูดถึงวิทยาศาสตร์นี้ได้ว่าเป็นความเชื่อมโยงที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างชีววิทยาและการบิน ไซเบอร์เนติกส์ วัสดุศาสตร์ การก่อสร้าง ธุรกิจ การแพทย์ เคมี สถาปัตยกรรม และแม้แต่ศิลปะ ผู้เชี่ยวชาญด้านไบโอนิคจะต้องมีการสังเกตมากเกินไป เช่นเดียวกับจิตใจในการวิเคราะห์ เพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบวัสดุที่มีอยู่และวัสดุที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ได้อย่างเพียงพอผ่านวิวัฒนาการและความสามารถทางเทคนิคที่ได้รับจากการพัฒนาของมนุษยชาติ

การสนทนาต่อเกี่ยวกับความหมายแคบของไบโอนิคเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับงานเช่นการพัฒนาวิธีการขุดล่าสุด ทรัพยากรธรรมชาติและแร่ธาตุเพื่อใช้ในการผลิต

แม้ว่าไบโอนิคจะเป็นศาสตร์แห่งการใช้สิ่งที่ธรรมชาติมอบให้เราให้ดีขึ้นและมีเหตุผลมากขึ้น แต่หน้าที่พื้นฐานประการหนึ่งก็คือการปกป้อง วัสดุธรรมชาติเป็นแหล่งทรัพยากรและแนวคิดที่ไม่สิ้นสุดเพื่อความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของสังคม เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ผู้เชี่ยวชาญด้านไบโอนิคจึงใช้แนวทางหลัก 3 ประการ

1. แนวทางโปรแกรมคณิตศาสตร์เชิงฟังก์ชัน (ศึกษาแผนภาพของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ โครงสร้าง ต้นกำเนิด และผลลัพธ์) แนวทางนี้ทำให้สามารถสร้างโมเดลใหม่โดยใช้เครื่องมือที่มีอยู่ได้
2. แนวทางฟิสิกส์เคมี (ศึกษากระบวนการทางชีวเคมี) แนวทางนี้เปิดโอกาสให้นักวิจัยสังเคราะห์สารใหม่โดยใช้กลไกที่ศึกษา
3. การประยุกต์ระบบชีวภาพโดยตรงในกรอบเทคโนโลยี เรียกว่าการสร้างแบบจำลองผกผัน หากในแนวทางก่อนหน้านี้เรากำลังพูดถึงการใช้วัสดุชีวภาพเพื่อสร้างวิธีการทางเทคนิคใหม่ ที่นี่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการแก้ปัญหาและปัญหาทางเทคนิคโดยการค้นหาคำตอบและทรัพยากรที่จำเป็นในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพ

ดังนั้นคำถามที่ว่าศาสตร์แห่งการศึกษาไบโอนิกส์อะไรตอบได้ดีที่สุดดังนี้ ไบโอนิคคือการค้นหาวิธีการ วิธีการ และความเป็นไปได้ในการเชื่อมโยงแง่มุมทางชีวภาพของการดำรงอยู่และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ และในขณะเดียวกันก็รักษาทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่

เป็นไปไม่ได้ที่จะพูดได้อย่างแน่ชัดว่าวิทยาศาสตร์ของไบโอนิคถือกำเนิดขึ้นเมื่อใด เนื่องจากมนุษยชาติได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติมาโดยตลอด เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อประมาณ 3 พันปีที่แล้วมีการพยายามเลียนแบบการสร้างผ้าไหมเช่นเดียวกับแมลง แน่นอนว่าความพยายามดังกล่าวไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นการพัฒนาเฉพาะหลังจากที่เทคโนโลยีสมัยใหม่ปรากฏขึ้นบุคคลนั้นมีโอกาสที่แท้จริงในการคัดลอกแนวคิดทางธรรมชาติเพื่อทำซ้ำทุกสิ่งที่เกิดในสภาพธรรมชาติมานานหลายปีโดยเทียม ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีปลูกหินสังเคราะห์ซึ่งไม่ด้อยกว่าในด้านความงามและความบริสุทธิ์ของหินธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะเพชรที่มีลักษณะคล้ายคลึงกัน

ศูนย์รวมด้านการมองเห็นที่มีชื่อเสียงที่สุดของไบโอนิคคือหอไอเฟลในปารีส โครงสร้างนี้มีพื้นฐานมาจากการศึกษากระดูกโคนขาซึ่งปรากฏว่าประกอบด้วยกระดูกขนาดเล็ก ช่วยกระจายน้ำหนักได้อย่างสมบูรณ์แบบ ศีรษะต้นขาจึงสามารถรับน้ำหนักได้มากขึ้น ก็ใช้หลักการเดียวกันนี้ในการสร้าง หอไอเฟล.

บางทีไบโอนิค "" ที่โด่งดังที่สุดซึ่งมีส่วนช่วยอย่างมากในการพัฒนาก็คือ Leonardo da Vinci ตัวอย่างเช่น เขาเฝ้าดูการบินของแมลงปอ แล้วพยายามถ่ายโอนการเคลื่อนไหวของมันเมื่อสร้างเครื่องบิน

ความสำคัญของไบโอนิคสำหรับสาขาวิทยาศาสตร์อื่นๆ

ไม่ใช่ทุกคนที่ยอมรับไบโอนิคเป็นวิทยาศาสตร์ โดยพิจารณาว่าเป็นความรู้ที่เกิดจากหลายสาขาวิชามาบรรจบกัน ในขณะที่แนวคิดของไบโอนิคนั้นกว้างมาก แต่ก็ครอบคลุมวิทยาศาสตร์หลายแขนง โดยเฉพาะงานด้านพันธุวิศวกรรม การออกแบบ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์และชีวภาพ

เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับธรรมชาติที่ประยุกต์ใช้โดยเฉพาะ แต่ทันสมัย ซอฟต์แวร์ทำให้สามารถจำลองและประยุกต์ใช้วิธีแก้ปัญหาทางธรรมชาติทุกชนิดให้เป็นจริงได้ ดังนั้นการศึกษาและเปรียบเทียบปรากฏการณ์ทางธรรมชาติกับความสามารถของมนุษย์จึงมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น เมื่อสร้างหุ่นยนต์สมัยใหม่ วิศวกรหันมาขอความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์ด้านไบโอนิคมากขึ้น ท้ายที่สุดแล้ว มันเป็นหุ่นยนต์ที่จะทำให้ชีวิตมนุษย์ง่ายขึ้นอย่างมากในอนาคต และด้วยเหตุนี้ พวกเขาจะต้องสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างถูกต้อง คิด ทำนาย วิเคราะห์ ฯลฯ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดจึงสร้างหุ่นยนต์ตามการสังเกตแมลงสาบ ; สิ่งประดิษฐ์ของพวกเขาไม่เพียงแต่มีความคล่องตัวและเป็นธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังมีประโยชน์ใช้สอยมากอีกด้วย ในอนาคตอันใกล้นี้หุ่นยนต์นี้อาจกลายเป็นผู้ช่วยที่ขาดไม่ได้สำหรับผู้ที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ

ด้วยความช่วยเหลือของไบโอนิค จะสามารถสร้างการพัฒนาทางเทคโนโลยีขนาดมหึมาได้ในอนาคต ตอนนี้คนจะใช้เวลาเพียงไม่กี่ปีในการสร้างปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่คล้ายคลึงกันในขณะที่ธรรมชาติจะใช้เวลานับพันปีในเรื่องนี้

ไบโอนิคส์เป็นหนึ่งในสาขาวิชาชีววิทยาและไซเบอร์เนติกส์ที่ศึกษาคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและหน้าที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างระบบหรืออุปกรณ์ทางเทคนิคขั้นสูงมากขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของระบบสิ่งมีชีวิต

ในวันนี้ การประชุมสัมมนาระดับนานาชาติครั้งแรกได้เปิดขึ้นในหัวข้อ “ต้นแบบที่มีชีวิตของระบบประดิษฐ์ - กุญแจสู่เทคโนโลยีใหม่”

แต่ก่อนที่จะได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการ ไบโอนิคก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน นักประดิษฐ์ได้ให้ความสนใจกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ รูปแบบของการพัฒนามาเป็นเวลานาน และค้นพบวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่เหมาะสม

ในกระบวนการที่สม่ำเสมอไร้ความปรานี การคัดเลือกโดยธรรมชาติธรรมชาติได้ปรับปรุงระบบต่างๆ มานานนับพันปี โดยได้ขัดเกลาอวัยวะแต่ละส่วนของสัตว์

ในการต่อสู้อันดุเดือดเพื่อการดำรงอยู่ มีเพียงสิ่งมีชีวิตที่สมบูรณ์แบบที่สุดเท่านั้นที่รอดชีวิตและให้กำเนิดลูกหลาน อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการอันยาวนาน ธรรมชาติได้สร้างขุมทรัพย์ขนาดมหึมาบนโลก ซึ่งมีตัวอย่างที่น่าทึ่งนับไม่ถ้วนของ "ระบบวิศวกรรมที่มีชีวิต" ที่ทำงานได้อย่างแม่นยำ เชื่อถือได้ และประหยัดมาก โดดเด่นด้วยความรวดเร็วที่น่าอัศจรรย์และความสอดคล้องของการกระทำ ความสามารถในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆ มากมาย และจดจำและคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นด้วยปฏิกิริยาการปรับตัวที่หลากหลาย ธรรมชาติมีเวลามากสำหรับสิ่งนี้ และบุคคลที่สร้างเครื่องจักรสมัยใหม่จะต้องแก้ไขปัญหาทางเทคนิคในเวลาอันสั้น ในหลายทศวรรษ หรือหลายปี

“สิ่งประดิษฐ์” มากมายจากธรรมชาติ แม้กระทั่งในสมัยโบราณ ก็ได้ช่วยแก้ปัญหาทางเทคนิคหลายประการ ดังนั้นเมื่อหลายร้อยปีก่อน ขณะทำการผ่าตัดตา แพทย์ชาวอาหรับได้รับความเข้าใจเกี่ยวกับการหักเหของแสงเมื่อผ่านจากตัวกลางโปร่งใสหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง การศึกษาเลนส์ตาทำให้แพทย์สมัยโบราณนึกถึงการใช้เลนส์ที่ทำจากคริสตัลหรือแก้วเพื่อขยายภาพ

ในสาขาฟิสิกส์ การศึกษาหลักการพื้นฐานหลายประการของหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยการศึกษาสิ่งที่เรียกว่าไฟฟ้าจากสัตว์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดลองอันโด่งดังของนักสรีรวิทยาชาวอิตาลีแห่งศตวรรษที่ 18 การทำงานของลุยจิ กัลวานีกับขากบในที่สุดก็นำไปสู่การสร้างเซลล์กัลวานิก ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าทางเคมี

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

ความปรารถนาของนักวิทยาศาสตร์ที่จะทำความเข้าใจว่าธรรมชาติมีความสมบูรณ์มากขึ้น ฉลาดขึ้น และประหยัดมากขึ้นในลักษณะใด เทคโนโลยีที่ทันสมัยความพยายามในการค้นหาและจัดระบบวิธีการใหม่ๆการปรับปรุงครั้งใหญ่ของที่มีอยู่และการสร้างเครื่องจักร เครื่องมือ โครงสร้างอาคารและพื้นฐานใหม่ กระบวนการทางเทคโนโลยีและก่อให้เกิดทิศทางทางวิทยาศาสตร์ใหม่ที่เรียกว่าไบโอนิค

รูปแบบของสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติและสิ่งที่คล้ายคลึงทางอุตสาหกรรม

หนึ่งในปัญหาหลักที่แก้ไขโดยไบโอนิคคือการศึกษาหลักการที่ทำให้ระบบชีวภาพมีความน่าเชื่อถือสูง การสร้างแบบจำลองฟังก์ชันการชดเชยของสิ่งมีชีวิตและความสามารถในการปรับตัว

ตัวอย่างของความน่าเชื่อถือสูงของกลไกการปรับตัวในสิ่งมีชีวิตบางชนิดคือเปลือกพิเศษเพื่อป้องกันการกระทำ สิ่งแวดล้อมและการโจมตีที่เป็นไปได้

วิศวกรทำความร้อนตระหนักดีถึงไดอะตอมไมต์ ซึ่งเป็นวัสดุทนไฟที่ใช้ในการผลิตผนังเตาหลอมแก้ว ไดอะตอมไมต์ได้มาจากการสะสมของเปลือกไดอะตอมขนาดยักษ์ที่ตกลงสู่ก้นอ่างเก็บน้ำ เซลล์ของสาหร่ายเหล่านี้อยู่ภายในเกราะป้องกัน เปลือกของไดอะตอมประกอบด้วยสองซีกที่สอดเข้าหากัน ด้วยโครงสร้างปุ่มพิเศษที่ประกอบด้วยเส้นขนานหรือโครงตาข่ายซึ่งทำให้เปลือกมีความแข็งแรงสูง ไดอะตอมจึงสามารถทนต่อแรงอัดและการดัดงอสูงได้

ตัวอย่างของระบบการปรับตัวที่ซับซ้อนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมคือลักษณะระบบของสัตว์ที่ควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ เป็นที่สนใจทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ การทำงานปกติของร่างกายจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีระดับน้ำตาลองุ่น (กลูโคส) ในเลือดในระดับหนึ่งเท่านั้น 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 แม้ว่าความเร็วในการบินของพวกมันดูเหมือนจะต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องบินโดยสารสมัยใหม่ แต่ถ้าคุณคำนวณความเร็วสัมพันธ์กับความยาวลำตัวของสัตว์หรือแมลงที่บินได้ ปรากฎว่าผึ้งบัมเบิลบีบินเร็วที่สุด: ในหนึ่งนาทีมันจะบินได้ 10,000 ระยะทางเท่ากับ ความยาวลำตัว อันดับสองตกเป็นของพวกสวิฟต์ อันดับสามเป็นของสตาร์ลิ่ง แล้วก็อีกามีหมวก และที่สุดท้ายเท่านั้นคือเครื่องบินเจ็ตความเร็วสูงของเรา สายการบินผู้โดยสารซึ่งในหนึ่งนาทีบินได้เพียง 1,500 ระยะทางเท่ากับความยาวของมันนั่นคือ มันบินช้ากว่าแมลงภู่ถึง 6-7 เท่า!

เมื่อระบุหน้าที่ของฮอลเทอเรส ซึ่งเป็นปีกหลังที่ด้อยพัฒนาในรูปแบบของอวัยวะรูปกระบองที่พบในแมลงวัน นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างอุปกรณ์ "ไจโรตรอน" ที่ใช้ในการกำหนดความเบี่ยงเบนเชิงมุมของเสถียรภาพการบินในเครื่องบินและจรวด

ด้วยการใช้วิธีถ่ายภาพความเร็วสูง พบว่าปีกของผีเสื้อไม่เพียงแต่ขึ้นลงระหว่างการบินอย่างที่มองเห็นได้ด้วยตา แต่ยังทำให้เกิดการเคลื่อนไหวคล้ายคลื่นไปตามแกนตามขวางไปพร้อมๆ กัน โดยการเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ของปีกผีเสื้อ ใบพัดเพิ่มเติมในรูปปีกจึงติดอยู่กับปีกของกังหันลม และกังหันลมก็เริ่มทำงานแม้ในสายลมที่เงียบที่สุด

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นซึ่งปัจจุบันใช้ในเครื่องบิน จรวด และยานอวกาศ ก็เป็นลักษณะของปลาหมึกเช่นกัน เช่น ปลาหมึกยักษ์ ปลาหมึก ปลาหมึก เครื่องยนต์วอเตอร์เจ็ทบนเรือเป็นสำเนาของ "กลไก" ของเจ็ทที่แน่นอนซึ่งปลาหมึกจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและโยนออกไปเป็นสายน้ำที่มีพละกำลังมหาศาล ปลาหมึกสามารถเรียกได้ว่าเป็น "นักวิ่งแห่งท้องทะเล" พวกเขาสามารถเริ่มต้นจาก ความลึกของทะเลขึ้นไปในอากาศด้วยความเร็วจนมักบินข้ามคลื่นนานกว่า 50 เมตร

ปลาหมึกมีความคล่องตัวที่น่าทึ่งในน้ำ พวกมันหมุนได้เร็วมากไม่เพียงแต่ในแนวนอนเท่านั้น 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 ยิ่งกว่านั้น ยิ่งช่วงขยายมากเท่าไร เปลือกก็จะบางลง (ไม่เกินขีดจำกัด)

การศึกษาโครงสร้างที่น่าทึ่งของใบไม้ซึ่งมีโครงสร้างเป็นซี่และรูปทรงพัด ได้เสนอแนะสิ่งที่เรียกว่า "โครงสร้างพับ" สำหรับสถาปนิก ตัวอย่างเช่น กระดาษเขียนธรรมดาแผ่นหนึ่งที่วางขอบตรงข้ามบนขาตั้งไม่สามารถทนต่อน้ำหนักและการโค้งงอของตัวเองได้

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

โครงสร้างพับเชิงพื้นที่ผนังบางยังใช้กันอย่างแพร่หลายในรัสเซีย ผู้สร้างอาคารที่อยู่อาศัยได้รับประโยชน์จากประสบการณ์นับพันปีของผึ้งในการสร้างรวงผึ้ง รังผึ้งมีข้อดีหลายประการ ความสม่ำเสมอขององค์ประกอบต่างๆ ที่นี่ถูกจำกัด: ส่วนหลักและส่วนเดียวเท่านั้นองค์ประกอบโครงสร้างของอาคารผึ้งทั้งหมดเป็นเซลล์หกเหลี่ยมที่ทำจากขี้ผึ้ง ข้อดีอีกอย่างของรวงผึ้งก็คือความแข็งแกร่ง ความแข็งแกร่งที่นี่ (ค่อนข้างแน่นอน) สูงกว่ากำแพงอิฐ รวงผึ้งเป็นแบบไอโซโทรปิก (ความแข็งแรงเท่ากันทุกทิศทาง) ด้วยข้อดีเหล่านี้ การออกแบบรวงผึ้งจึงเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิต "แผงรังผึ้ง" สำหรับการก่อสร้างอาคารที่พักอาศัย รังผึ้งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง วิวัฒนาการกว่าล้านปี ผึ้งจัดการผ่านการลองผิดลองถูก เพื่อค้นหาภาชนะสำหรับเก็บน้ำผึ้งที่ประหยัดที่สุดและจุได้มากที่สุด ความลับทั้งหมดอยู่ในรูปแบบที่เลือกอย่างมีเหตุผลค่ะ การก่อสร้างทางเรขาคณิตเซลล์แว็กซ์ ทั้งหมด มุมที่คมชัดรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนสามอันที่สร้างฐานของรูปหกเหลี่ยมแต่ละอันจะมีขนาดเท่ากับ 70° 32" นักคณิตศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าด้วยรูปทรงหกเหลี่ยม มุมนี้เองที่ให้ความจุสูงสุดของเซลล์เซลล์ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด วัสดุก่อสร้างสำหรับการก่อสร้าง วิศวกรของเราใช้ประโยชน์จากประสบการณ์ของผึ้งและพัฒนาการออกแบบใหม่สำหรับเครื่องลำเลียงเมล็ดพืชคอนกรีตเสริมเหล็ก ก่อนหน้านี้ในประเทศของเรามีการสร้างลิฟต์ธรรมดาหลายสิบตัวพร้อมหอคอยคอนกรีตเสริมเหล็กเสาหินขนาดใหญ่ ความสมบูรณ์แบบในตัวพวกเขามีน้อยแต่ใช้คอนกรีตเสริมเหล็กไปมาก การสร้างลิฟต์ที่สมบูรณ์แบบทันสมัยพร้อมโครงสร้างรังผึ้งต้องใช้คอนกรีตน้อยกว่า "บรรพบุรุษ" เสาหินถึง 30% แต่ประสบการณ์นับศตวรรษของผึ้งในการสร้างรวงผึ้งกลับมีประโยชน์ไม่เพียง แต่สำหรับผู้สร้างอาคารที่พักอาศัยและยุ้งฉางเท่านั้น มีการใช้อย่างประสบความสำเร็จอย่างมากในการก่อสร้างเขื่อน ล็อค และวัตถุที่ซับซ้อนและสำคัญอื่น ๆ อีกมากมาย

ผู้สร้างสะพานยังได้เลียนแบบโครงสร้างทางธรรมชาติและได้สร้างโครงสร้างดั้งเดิมจำนวนหนึ่งด้วย ดังนั้น วิศวกรชาวฝรั่งเศสจึงสร้างสะพานให้มีรูปร่างเหมือนโครงกระดูกปลาดาว มีรูปร่างเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าโครงสร้างโค้งมาก การเปลี่ยนแปลงรูปทรงของใบไม้เมื่อม้วนตัวเป็นท่อและสร้างร่องแฟนซีบิดเป็นเกลียวทำให้มีความแข็งแกร่งสูงสุดแนะนำให้วิศวกรและนักออกแบบมีแนวคิดเรื่องสะพานข้ามแม่น้ำใน เป็นรูปใบครึ่งม้วน ความเบาของมันน่าทึ่งมาก ความแข็งแกร่งของมันนั้นไม่ธรรมดา ความสวยงาม ความประหยัด และความทนทานของสะพานแห่งนี้ผูกพันกับธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ การออกแบบสะพานอีกแบบหนึ่งที่แนะนำโดยธรรมชาติได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรซามูเอล บราวน์ เมื่อออกไปในสวนและมองดูใยแมงมุมบางๆ หลายพันเส้นที่ห้อยอยู่ระหว่างต้นไม้ เขาเห็นต้นแบบของการออกแบบสะพานที่เขากำลังมองหาบนด้ายยาวที่ยืดหยุ่นได้ ลมพัดแรง แต่ด้ายที่ห้อยอยู่ก็ไม่ขาด วิศวกรต้องคำนวณน้ำหนักและส่วนต่างๆ เท่านั้น นี่คือลักษณะของสะพานแขวนที่ทนทานและสวยงาม

สิ่งที่สำคัญและน่าสนใจอย่างยิ่งคือปัญหาที่แก้ไขได้ด้วยไบโอนิคในการค้นคว้าระบบการนำทาง ตำแหน่ง ความเสถียร การวางแนวของตัวแทนของสัตว์โลก และการสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคพื้นฐานใหม่โดยอิงจากผลการศึกษาเหล่านี้ ความสามารถในการนำทางของสัตว์อพยพมีความแม่นยำอย่างน่าทึ่ง แต่โครงสร้างและหลักการทำงานของระบบที่ให้ทิศทางยังไม่ได้รับการแก้ไข

ไบโอนิกส์(กรีก bios life + [อิเล็กทรอนิกส์]) - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมและทางเทคนิคของหลักการการควบคุมข้อมูลและพลังงานโครงสร้างที่นำมาใช้ในสิ่งมีชีวิต การเกิดขึ้นของ B. ได้รับการอำนวยความสะดวกส่วนใหญ่โดยการเกิดขึ้นของข้อกำหนดพิเศษที่กำหนดโดยเทคโนโลยีสาขาใหม่ (จรวดและอวกาศ, การบิน, การทำเครื่องมือทางการแพทย์, วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์, คอมพิวเตอร์ ฯลฯ ) สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็กและหลายชิ้นส่วนที่ต้องมี ขนาดขั้นต่ำ(ปริมาตร) น้ำหนัก (มวล) และการใช้พลังงานอย่างน่าเชื่อถือสูงสุด ข้อกำหนดเหล่านี้เป็นไปตามหลักการและการออกแบบมากมายของทั้งสิ่งมีชีวิตและอวัยวะแต่ละส่วน เนื้อเยื่อ เซลล์ และสุดท้ายคือชีวโมเลกุล ถือเป็นขอบเขตระหว่างวิทยาศาสตร์การแพทย์ ชีววิทยา และเทคนิค พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของชีววิทยาเป็นรากฐานทางการทดลองและทางทฤษฎีของวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่น สรีรวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสรีรวิทยาของกิจกรรมทางประสาทที่สูงขึ้น สรีรวิทยาของประสาทและกล้ามเนื้อ และสรีรวิทยาของอวัยวะรับสัมผัส 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”

เมื่อต้นปี พ.ศ. 2507 มีเพียงปัญหาเดียวเท่านั้นที่รวมอยู่ในงานของวิทยาศาสตร์ใหม่ - การสร้างแบบจำลองกระบวนการจดจำรูปแบบ (ดู) - มีการตีพิมพ์ผลงานมากกว่า 500 ชิ้น

การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์นั้นเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับการเกิดขึ้นของแนวคิดใหม่เกี่ยวกับความเหมือนกันของกระบวนการควบคุมในเครื่องจักร สิ่งมีชีวิต และสังคม ซึ่งเกิดขึ้นในศาสตร์แห่งการควบคุมในทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษของเรา และก่อตัวขึ้นอันเป็นผลมาจากการทำงานของ N. Wiener ในรูปแบบของศาสตร์แห่งการควบคุมและการสื่อสารแบบใหม่ - ไซเบอร์เนติกส์ ( ซม.) แนวทางนี้มีความสำคัญทั้งต่อเทคโนโลยีและการแพทย์ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และไม่เพียงแต่ดึงดูดวิศวกรและนักคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่ยังดึงดูดนักชีววิทยาด้วย เป็นผลให้มีสองใหม่ ทิศทางทางวิทยาศาสตร์: 1) ชีวไซเบอร์เนติกส์ จุดประสงค์ของการตัดคือเพื่อศึกษาข้อมูลและกระบวนการควบคุมในสิ่งมีชีวิตโดยใช้วิธีการของไซเบอร์เนติกส์ และ 2) ไบโอนิค จุดประสงค์ของการตัดคือเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ข้อมูลและคุณสมบัติพลังงานของ วัตถุทางชีววิทยา รวมถึงโครงสร้างและโครงร่างของระบบสารสนเทศชีวภาพในเทคโนโลยี โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงที่มีอยู่หรือสร้างระบบทางเทคนิคใหม่ที่ทันสมัยยิ่งขึ้น

ในการศึกษาชั้นนำส่วนใหญ่ วิธีการทางชีวไซเบอร์เนติกส์และไบโอนิคมักจะมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดจนเมื่อพิจารณาแต่ละวิธีแยกกันจะสูญเสียความหมายของมัน และพวกมันทำหน้าที่เป็นส่วนที่แยกออกจากกันไม่ได้ของกระบวนการรับรู้ที่เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งแนวทางไบโอนิคเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากบางอย่าง ความสำเร็จของแนวทางชีวไซเบอร์เนติกส์

ในทางกลับกัน ความสำเร็จของแนวทางชีวไซเบอร์เนติกส์ เช่น วิธี "กล่องดำ" มักเกิดจากไบโอนิค เช่น พลังงานเชิงโครงสร้าง การกำหนดปัญหาที่มีความหมายทางเทคนิคในแง่ของการดำเนินการตามสมมติฐานทั่วไปของไซเบอร์เนติกส์ .

ทิศทางหลักของไบโอนิค

คุณสมบัติของระบบชีวภาพ (ดูระบบชีวภาพ) เป็นที่สนใจของเทคโนโลยี ประการแรกในแง่ของการยืมข้อมูลและวิธีการควบคุมสิ่งมีชีวิตเมื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมเพื่อพัฒนาพฤติกรรมที่เหมาะสมที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ประการที่สองในแง่ของการยืมโครงสร้างและ คุณสมบัติทางกลไบโอล, ระบบ ประการที่สาม การใช้สารเคมีเป็นที่สนใจ และกระบวนการพลังงานที่เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพสูงในระบบเหล่านี้ ประเด็นแรกที่น่าสนใจในระบบชีวภาพเปิดโอกาสใหม่ในการวิจัยและการใช้งานทางเทคนิคของหลักการและอุปกรณ์ใหม่สำหรับการประมวลผลข้อมูล การสร้างองค์ประกอบใหม่ของระบบอัตโนมัติและอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ประการที่สอง - ในการพัฒนาการออกแบบอุปกรณ์ทางเทคนิคประเภทใหม่ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและการเคลื่อนไหวทางกล ประการที่สามคือการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีและอุปกรณ์ทางเคมีใหม่ การผลิตและพัฒนาวิธีการใหม่ในการแปลงสารเคมี พลังงานเป็นพลังงานไฟฟ้า

เป็นที่ทราบกันดีว่าความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมอย่างยืดหยุ่นนั้นสัมพันธ์กับกิจกรรมของเครื่องวิเคราะห์ - ภาพ, การได้ยิน, การดมกลิ่น, การสัมผัส, การรับรส งานหลายอย่างแก้ไขได้สำเร็จโดยเครื่องวิเคราะห์สิ่งมีชีวิต เช่น การอ่านข้อความที่เขียนด้วยลายมือและการรับรู้คำพูดของมนุษย์ การจดจำสัญญาณที่สิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ แลกเปลี่ยนกันเอง ฯลฯ ยังห่างไกลจากการแก้ไขโดยใช้อุปกรณ์ทางเทคนิค

ลักษณะลึกลับอย่างหนึ่งของนก ปลา และสัตว์ทะเลหลายชนิดคือความสามารถในการเดินเรือขั้นสูงมาก ในระหว่างการอพยพตามฤดูกาล สัตว์เหล่านี้ครอบคลุมระยะทางอันกว้างใหญ่ ค้นหาแหล่งที่อยู่อาศัยเดิมของพวกมันด้วยความแม่นยำสูงแต่ไม่อาจอธิบายได้ หลักการในการรับและประมวลผลข้อมูลใน "อุปกรณ์" การนำทางนั้นเป็นที่สนใจของเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย

เครื่องวิเคราะห์แบบพาสซีฟและแอคทีฟ (ตัวระบุตำแหน่ง) ที่พบในโลมา วาฬ ค้างคาว นกบางชนิด ผีเสื้อ และสัตว์อื่นๆ มีความก้าวหน้ามาก ในการเคลื่อนที่ไปในอวกาศ ค้างคาวจะปล่อยคลื่นความถี่อัลตราโซนิกสั้นๆ และประมาณเวลาสะท้อนกลับมา เครื่องระบุตำแหน่งค้างคาวมีความก้าวหน้ามากจนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างมั่นใจในความมืดระหว่างแถวลวดตึงและสิ่งกีดขวางอื่นๆ มีการทดลองมากมายด้วย ค้างคาวแสดงให้เห็นว่าในกรณีที่ในระหว่างกระบวนการค้นหาตำแหน่งที่ใช้งานอยู่มวลของค้างคาวปล่อย "เสียงกรีดร้อง" (สัญญาณอัลตราโซนิก) พร้อม ๆ กันสัญญาณเหล่านี้ดูเหมือนจะไม่กลบซึ่งกันและกันและเสียงอัลตราโซนิกที่มีความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญแทบไม่มีผลกระทบต่อ พฤติกรรมของพวกเขา คุณสมบัติเหล่านี้ของตัวระบุตำแหน่งตามธรรมชาติสามารถช่วยในการแก้ปัญหาการกำจัดสัญญาณรบกวน (ทั้งที่สร้างขึ้นตามธรรมชาติและประดิษฐ์) เมื่อออกแบบตัวระบุตำแหน่งทางเทคนิคประเภทใหม่

ปลาบางชนิดอาศัยอยู่ในสภาพ การขาดงานโดยสมบูรณ์การมองเห็น ตรวจจับเหยื่อ และนำทางไปในอวกาศโดยใช้ระบบไฟฟ้า 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 การสังเคราะห์กรดอะซิติกโดยพืชและจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูง การผลิตโปรตีนที่สมบูรณ์ การแปรรูปไม้ให้เป็นไขมันและโปรตีน ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ของ ปลวก ฯลฯ ปัญหาที่น่าสนใจคือการศึกษากลไกการทำงานของแหล่งไฟฟ้าชีวเคมี การวิจัยกระบวนการทางชีวเคมีและพลังงานชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีกระบวนการและอุปกรณ์ทางเคมี วิศวกรรมเครื่องกล

การพิจารณาด้านไบโอนิคทั้งสามด้านแสดงให้เห็นว่าความเป็นไปได้ในการวิจัยด้านไบโอนิคมีขอบเขตกว้างเพียงใด

ทิศทางของการวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์วิเคราะห์ข้อมูลของวัตถุทางชีววิทยาซึ่งมีการพัฒนาอย่างเข้มข้นที่สุดในปัจจุบัน จะถูกแบ่งออกเป็นหลายทิศทางที่เป็นอิสระ โดยมีหัวข้อดังนี้:

รูปแบบทั่วไปของวิธีการและอุปกรณ์ในการประมวลผลข้อมูลในระบบประสาท ซึ่งรวมถึงกระบวนการสร้างแบบจำลองในเซลล์ประสาท การค้นคว้าวิธีการเข้ารหัสข้อมูล ระดับที่แตกต่างกันการวิจัยแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม

วิธีการข้อมูลและอุปกรณ์ในเครื่องวิเคราะห์ทางชีวภาพและกระบวนการจดจำรูปแบบ ซึ่งรวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับกลไกการทำงานของตัวรับ การสร้างแบบจำลองของระบบวิเคราะห์ต่างๆ และการพัฒนาอัลกอริธึมการจดจำรูปแบบตามกลไกเหล่านั้น และการศึกษาวิธีการเข้ารหัสสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้กลไกการเรียนรู้และการปรับตัว ความจำ ความน่าเชื่อถือ ฟังก์ชั่นชดเชยสิ่งมีชีวิตตลอดจนกลไกที่ควบคุมการสร้างอวัยวะใหม่ในแง่ของการสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคที่สามารถรักษาตัวเองได้

ระบบการควบคุมที่ควบคุมกิจกรรมของระบบย่อยอิสระแต่ละระบบของสิ่งมีชีวิตระดับสูง ซึ่งเป็นตัวแทนของวงจรสภาวะสมดุลที่แยกจากกัน เป็นต้น ระบบไหลเวียนโลหิต, ระบบทางเดินหายใจ, ระบบกล้ามเนื้อตาโดยคำนึงถึงคุณสมบัติของหลักการดำเนินการของลำดับชั้นในไบโอล, ระบบที่ให้ โอกาสที่ดีเพื่อยืมมาพัฒนาด้านเทคนิค

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 ด้วยเหตุนี้จึงให้ความสนใจหลักในการศึกษาและการเรียนรู้หลักการทำงานขององค์ประกอบและระบบของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะช่วยให้ได้รับการดำเนินการตามหลักการเหล่านี้กับองค์ประกอบที่มีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน ระบบที่ก้าวหน้ากว่าระบบที่สร้างขึ้นในกระบวนการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

วิธีการวิจัยไบโอนิค พื้นฐานของการวิจัยด้านไบโอนิคและชีวไซเบอร์เนติกส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในทิศทางของข้อมูลคือวิธีการสร้างแบบจำลอง คำว่า "แบบจำลองในไบโอนิค" มักถูกตีความอย่างกว้างๆ - จากทางกายภาพ อุปกรณ์ที่จำลองการทำงานของวัตถุแบบจำลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ (หรือโปรแกรมคอมพิวเตอร์) จนถึงผลรวมของการเป็นตัวแทนเชิงตรรกะที่อธิบายวัตถุ กล่าวคือ ระบบข้อเท็จจริงและสมมติฐานที่ตกลงกันเกี่ยวกับสาระสำคัญของระบบที่กำลังศึกษา ( ดูการสร้างแบบจำลอง)

การสร้างแบบจำลองกลไกการทำงานของบางแผนกของ biol ระบบมักจะแบ่งออกเป็นขั้นตอน: ในระยะแรกการศึกษาการจัดระบบและการเปรียบเทียบฟิสิออลที่มีอยู่ข้อมูล - ผลลัพธ์ของ morphol. อิเล็กโทรฟิออลจะดำเนินการ และจิตฟิสิกส์ การวิจัยและรับข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวัตถุหากจำเป็น ในวันที่สอง เวที - การพัฒนาบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ที่ดำเนินการ fiziol ข้อมูลของสมมติฐานไซเบอร์เนติกส์เกี่ยวกับการทำงานของ biol ที่ศึกษา ระบบ เช่น สมมติฐานดังกล่าว ภูมิภาคประกอบด้วยข้อมูลทางเทคนิคและคณิตศาสตร์ที่หลากหลายซึ่งใช้โดยวิทยาศาสตร์การจัดการสมัยใหม่ ในที่สุด ในขั้นตอนสุดท้าย มีการทดสอบสมมติฐานที่พัฒนาแล้ว ซึ่งสามารถทำได้ในสองทิศทาง: ประการแรกผ่านการคำนวณบนคอมพิวเตอร์ ทางกายภาพหรือทางคณิตศาสตร์ และประการที่สอง ตรวจสอบความสอดคล้องของสมมติฐานกับความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์ผ่านฟิออล 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) อุปกรณ์ประกอบด้วยตัวรับสัญญาณซึ่งอยู่ที่ฐานของท่อสองท่อ โดยแยกจากกันในมุมที่กำหนดในระนาบแนวตั้ง เพื่อกำหนดความเร็วของเครื่องบินที่สัมพันธ์กับพื้นดิน จุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกจะถูกบันทึกเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงบันทึกในเครื่องรับอีกเครื่องหนึ่ง เมื่อทราบช่วงเวลาระหว่างการปรากฏตัวของจุดที่เลือกในตัวรับตัวแรกและตัวที่สองกับความสูงของเครื่องบินเหนือพื้นดินจึงง่ายต่อการกำหนดความเร็ว

การสังเกตพฤติกรรมของผึ้งทำให้เราสามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการวางแนวของนกและแมลงบางชนิดโดยการแผ่รังสีโพลาไรซ์ของดวงอาทิตย์ โดยใช้ข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีแสงที่มาจากดวงอาทิตย์นั้นมีขั้วที่แตกต่างกันเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่ ความสูงที่แตกต่างกันเหนือขอบฟ้า การศึกษาเหล่านี้นำไปสู่การสร้างเข็มทิศสุริยะ ซึ่งทำให้สามารถนำทางโดยดวงอาทิตย์ท่ามกลางเมฆได้ มีการเสนออุปกรณ์จำนวนหนึ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์กลับบ้านและอุปกรณ์ระบุตำแหน่งอันเป็นผลมาจากการศึกษากลไกการทำงานของตากบ จากการศึกษาคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตทางทะเลบางชนิดในการตรวจจับอินฟราซาวน์ เครื่องมือต่างๆ ถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งสัญญาณการเข้าใกล้ของพายุ

หลักการโครงสร้างและพลังงานที่ยืมมาจากวัตถุทางชีวภาพก็พบว่ามีการประยุกต์ในเทคโนโลยีเช่นกัน ดังนั้นการใช้รูปร่างของสัตว์จำพวกวาฬในการก่อสร้างเรือทำให้สามารถรับพลังงานจากโรงไฟฟ้าได้มากถึง 40% อีกตัวอย่างหนึ่งคือวิธีที่นกเพนกวินเดินทางบนหิมะ ซึ่งใช้ในการสร้างยานพาหนะสำหรับทุกพื้นที่สำหรับบริเวณขั้วโลก

ผลลัพธ์ที่น่าสนใจคือความพยายามในการใช้จุลินทรีย์บางประเภทเพื่อสร้างแหล่งกระแสไฟฟ้า

ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของทิศทางข้อมูลทางชีววิทยาประกอบด้วยประการแรกในการพัฒนาแบบจำลองของเซลล์ประสาทเดี่ยวแบบจำลองส่วนของโครงข่ายประสาทเทียมและส่วนทั้งหมดของระบบประสาท - เครื่องวิเคราะห์และประการที่สองในการพัฒนาตามสิ่งเหล่านี้ แบบจำลองของเครื่องจักรการเรียนรู้และอัลกอริธึมสำหรับการจดจำรูปแบบ แบบจำลองเซลล์ประสาทหลายร้อยแบบได้รับการพัฒนา โดยมีจำนวนและความซับซ้อนของคุณสมบัติของเซลล์ประสาทที่ทำซ้ำได้แตกต่างกันไป การพัฒนาบางอย่างถือเป็นองค์ประกอบการปรับตัวที่ซับซ้อนในรูปแบบใหม่ สร้างขึ้นบนพื้นฐานของแนวคิดเกี่ยวกับเซลล์ประสาท และมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างอุปกรณ์การเรียนรู้ที่จดจำได้ ความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแบบจำลองส่วนการวิเคราะห์ของสมองนั้นสัมพันธ์กับการกำหนดหลักการของการโต้ตอบการยับยั้งด้านข้างซึ่งเป็นที่รู้จักในสรีรวิทยาระหว่างองค์ประกอบของส่วนการฉายภาพของระบบประสาทและการพัฒนาทฤษฎีของ เครื่องตรวจจับเป็นกลไกหลักในการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ ตามทฤษฎีนี้ กระบวนการรับรู้สิ่งเร้าบางอย่างเป็นผลมาจากการระบุคุณสมบัติง่ายๆ ของสิ่งเร้านี้ผ่านชุดของเซลล์ประสาทที่จัดเป็นพิเศษ - เครื่องตรวจจับ ตัวอย่างเช่น เมื่อวิเคราะห์ภาพที่มองเห็น เครื่องตรวจจับขอบเขตของพื้นที่มืดและแสงสว่าง เครื่องตรวจจับความโค้ง เครื่องตรวจจับเส้นตรงในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง เครื่องตรวจจับจุดตัดของเส้นตรง ฯลฯ ในระหว่างการวิวัฒนาการของสัตว์ ฟังก์ชั่นของเครื่องตรวจจับมีความซับซ้อนมากขึ้น เครื่องตรวจจับความเคลื่อนไหวด้วยความเร็วที่แน่นอน และการเคลื่อนไหวในทิศทางที่แน่นอน ตามทฤษฎีเครื่องตรวจจับ แนวคิดแบบจำลองเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ภาพและการได้ยินได้รับการพัฒนาขึ้น โดยอธิบายคุณสมบัติหลายประการของการรับรู้ทางการได้ยินและการมองเห็น

แน่นอนว่าอุปกรณ์การจดจำและการเรียนรู้ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวิจัยด้านไบโอนิคยังคงไม่สมบูรณ์มากและการสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ควรถือเป็นก้าวแรกในด้านนี้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อจดจำภาพที่ง่ายที่สุด เพื่อจดจำชุดคำศัพท์ที่จำกัด (ประมาณ 300 คำ) ระบบอัตโนมัติแบบปรับได้ และฟิลเตอร์ที่ปรับได้เอง ได้รับการพัฒนาเพื่อแยกสัญญาณที่มีรูปทรงตามอำเภอใจจากพื้นหลังของสัญญาณรบกวน การสร้างอุปกรณ์จดจำการเรียนรู้ที่สมบูรณ์แบบจะมีความสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียงแต่สำหรับเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงชีววิทยาและการแพทย์ด้วย 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), สถาบันไซเบอร์เนติกส์และกระบวนการข้อมูล; 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)

เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป หลักสูตรไม่มีการฝึกอบรมสำหรับผู้เชี่ยวชาญในสาขาชีววิทยา แต่มหาวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่งได้จัดหลักสูตรพิเศษและดำเนินการวิจัยของนักศึกษา เหล่านี้รวมถึง Dnepropetrovsk, Vilnius, Rostov, Leningrad, มหาวิทยาลัยมอสโก; สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก, สถาบันการแพทย์แห่งที่ 1 แห่งกรุงมอสโก, สถาบันสารพัดช่างเลนินกราด

บรรณานุกรม:ไบโอนิคส์, เอ็ด. A. I. Berga และคณะ, M. , 1965; Bionics, ดัชนีบรรณานุกรมวรรณกรรมในประเทศและต่างประเทศ พ.ศ. 2501 - 2511, comp. T. N. Anisimova, M. , 1971; Bongard M. M. ปัญหาการรับรู้ M. , 1967; Wiener N. ไซเบอร์เนติกส์และสังคม ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2501; Glezer V.D. กลไกการจดจำภาพ, 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