Bionica - Biologie
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Antibiotice din bacterii
Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute
Busolă moleculară pentru alinierea celulelor
Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna
Democrația bibilicilor vultur
Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise
| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor
Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Bionica
Bionica (de asemenea Biomimicry, Biomimetice sau Biomimetrie) se ocupă cu transferul fenomenelor naturale către tehnologie. Cel mai vechi exemplu cunoscut este ideea lui Leonardo da Vinci de a transfera zborul păsărilor la mașini zburătoare. Cel mai frecvent exemplu din viața de zi cu zi modernă este elementul de fixare cu velcro inspirat din velcro. Bionica se bazează pe presupunerea că natura vie dezvoltă structuri și procese optimizate prin procese evolutive, din care oamenii pot învăța. [1]
Ca domeniu interdisciplinar de cercetare, bionica atrage oamenii de știință și ingineri naturali, arhitecți, filozofi și designeri. Bionica este despre recunoașterea sistematică a soluțiilor în natura vie; se distinge astfel de inspirația naturii fără scop. Scopul tău este întotdeauna un obiect tehnic sau un proces separat de natură. Aceasta distinge bionica de științele care utilizează și extind procesele biologice, cum ar fi bioinformatica, biofizica și biochimia.
Formarea și istoria conceptului
Termenul englezesc bionică Maiorul forțelor aeriene americane Jack E. Steele a prezentat pentru prima dată în 1960 la o conferință sub conducerea lui Heinz von Foerster la baza forțelor aeriene Wright-Patterson din Dayton, Ohio: „Bionics Symposium: Living Prototypes - The Key to New Technology”. J.E. Steele, neurolog în serviciul militar, derivă termenul din stemul grecesc „bios” (viață) și sufixul „-onics” care înseamnă „studiu al” - cuvântul de caz german Bionica constă din biologie și tehnologie.
În lumea vorbitoare de limbă engleză, sensul este limitat bionic mai ales pe construcția părților corpului sau - mai general - o combinație de biologie și electronică (de asemenea, în legătură cu ideea de cyborg). Ceea ce se numește bionică în zona de limbă germană corespunde mai mult termenului în engleză biomimetică sau biomimicrie. Deoarece mulți autori sunt conștienți de problema lingvistică, cei doi termeni bionică și biomimetică sunt acum adesea folosiți sinonim.
Inventatorul italian Leonardo da Vinci este de obicei citat ca fiind pionierul istoric al bionicii, care în 1505 a analizat zborul păsărilor în manuscrisul său Despre zborul păsărilor și a încercat să transfere descoperirile sale la mașinile zburătoare. Primul brevet german din domeniul bionicii i-a fost acordat lui Raoul Heinrich Francé în 1920 pentru un „nou răspânditor” bazat pe modelul unei capsule de semințe de mac. [2] La scurt timp după aceea, omul de știință elvețian George de Mestral a dezvoltat dispozitivul de fixare cu velcro pe baza modelului de brusture.
O etapă importantă în istoria bionicii este prelegerea lui Ingo Rechenberg susținută în 1964 cu titlul: „Controlul soluției cibernetice a unei sarcini de cercetare experimentală”. Aici a demonstrat experimentul tunelului Darwin-în-vânt, în care o placă articulată pliată în formă de zigzag evoluează într-o formă plată cu cea mai mică rezistență. [3]
Dezvoltare și delimitare
Bionica s-a dezvoltat într-o disciplină științifică stabilită numai în ultimele decenii, în special datorită metodelor noi și îmbunătățite (performanța computerului, procesele de producție, considerații interdisciplinare). Când au dezvoltat elemente funcționale tehnice, inginerii nu au fost întotdeauna conștienți de evoluțiile paralele în natură. Cadrul a fost dezvoltat fără cunoașterea structurii fine a trabeculelor. Deoarece nu a existat niciun fel de transfer, astfel de corespondențe formale sau funcționale sunt denumite corespondențe și nu bionice.
Biomimetica sau bionica ca disciplină științifică, pe de altă parte, caută în mod specific structuri în natură care pot avea o importanță tehnică ca modele. Această procedură poate fi adesea descrisă ca o căutare analogică pură. Cu toate acestea, adesea permite doar mici salturi de inovație, deoarece aplicația tehnică trebuie să fie deja recunoscută.
Alternativ, anumite principii structurale sau organizaționale pot fi descrise prin cercetarea biologică de bază, care este recunoscută abia apoi ca fiind potrivită pentru transferul către tehnologie. De exemplu, noi construcții cadru (de exemplu, pentru rigidizarea construcțiilor cu perete dublu) sunt dezvoltate pe baza examinării structurii osoase. Cunoașterea despre non-umectare și auto-curățare a anumitor suprafețe vegetale a condus abia mai târziu la dezvoltarea unor produse industriale atât de diverse precum vopseaua de fațadă, țiglele de acoperiș și copertine cu așa-numitul efect de lotus, iar aerodinamica a căutat mulți stimuli în zoologie.
Rețeaua de învățare Bionic este o rețea de cercetare a companiei Festo, cu universități, institute și companii de dezvoltare. Scopul inițiativei este de a produce noi tipuri de purtători de tehnologie prin aplicarea bionicii.
Bionica poate fi împărțită în diferite sub-zone: Bionica construcției compară elementele de construcție și integrările lor, bionica senzorului examinează sistemele de absorbție a stimulului, bionica structurală analizează elementele structurale biologice, mecanismele de acționare a bionicii mișcării, influența suprafeței și reglarea fluxului, neurobionica observă transferul natural de informații și transmiterea către sistemele IT, bionica de construcții examinează construcțiile complete ale ființelor vii sau produsele lor, bionica dispozitivelor implementează construcții de dispozitive naturale, bionica proceselor oferă studii analitice ale proceselor biologice, cum ar fi B. Fotosinteza, biomimetica climatică caută sisteme de ventilație pasivă, răcire sau încălzire, antropobionica studiază mișcările animalelor, adesea pentru utilizare în robotică, bionica evolutivă transferă procesele evolutive către cercetare (testarea experimentală și dezvoltarea erorilor).
Abordare de bază
În Bionica analogică are loc un „proces de sus în jos”: definiți problema, căutați analogii în natură, analizați aceste analogii și în cele din urmă căutați soluții la problemă cu cunoștințele acumulate din natură. Exemple:
- Avion: Otto Lilienthal și frații Wright au observat zborul (locomoția) păsărilor mari și astfel și-au optimizat prototipurile.
- Parașută: rod al bărbii caprei
- Aripi la capetele aripilor aeronavelor: vârtejuri mari la vârfurile aripilor avioanelor au ca rezultat un consum ridicat de combustibil, care poate fi redus cu aproximativ cinci până la șase procente prin utilizarea aripilor. Investigarea aripilor păsărilor care se ridică/alunecă ca analogie de avion. Descrierea aripilor de mână ale anumitor specii de păsări (de exemplu, buză, condor și vultur), care în loc de un vârtej mare provoacă mai multe altele mai mici și consumă astfel mai puțină energie în general. Fabricarea aripilor artificiale cu mai multe structuri de vărsare cu vârtej (aripi). Proiectanții de aeronave au dezvoltat în continuare aripile până la un profil de buclă la vârful aripii (bucla cu aripi separate) (spiroid). Exemplul arată că la sfârșitul unei optimizări, derivarea sa bionică nu trebuie să fie întotdeauna vizibilă.
- Dezvoltarea de noi tipuri de profiluri pentru anvelopele auto: Modelul biologic este, de exemplu, labele de pisică, care se lărgesc la schimbarea direcției și au astfel o zonă de contact mai mare cu solul.
- Roboți de tip păianjen ale căror picioare au funcții de control autonome și, prin urmare, sunt superioare roboților cu control central.
În Abstracție bionică are loc un „proces ascendent”: se efectuează cercetări biologice de bază, se examinează biomecanica și morfologia funcțională a sistemelor biologice, se recunoaște și se descrie un principiu de bază, se ajunge la o abstracție a acestui principiu (detașarea de modelul biologic și traducerea în non- limbaj specific subiectului), caută posibile aplicații tehnice și în cele din urmă dezvoltă astfel de aplicații împreună cu ingineri, tehnicieni, designeri etc. Exemple: