Застосування біоніки. Біоніка – це яка наука? Що вивчає біоніка? Застосування біоніки Плюси та мінуси професії

Початківець: 39000 ⃏ на місяць

Досвідчений: 50000 ⃏ на місяць

Професіонал: 65000 ⃏ на місяць

Затребуваність професії

В даний час багато компаній зацікавлені у фахівцях галузі біоніки. Тому професійний біонік не залишиться без працевлаштування. Дослідження у цій галузі тривають.

Де навчатися на професію Біонік у Москві

Для кого підходить професія

Важливі особисті якості:

• креативне мислення
• хороша пам'ять
• уважність
• можливості винахідника
• відповідальність

Кар'єра

Зазвичай компанії з розробки нових технологій зацікавлені у стимулюванні праці своїх співробітників та добре заохочують за нові ідеї та пропозиції. Тому біонік може претендувати на високу зарплатню.

Обов'язки

• вивчення нервової системи людини і тварин та моделювання нервових клітин (нейронів) та нейронних мереж для подальшого вдосконалення обчислювальної техніки та розробки нових елементів та пристроїв автоматики та телемеханіки (нейробіоніка);
• дослідження органів чуття та інших сприймаючих систем живих організмів з метою розробки нових датчиків та систем виявлення;
• вивчення принципів орієнтації, локації та навігації у різних тварин для використання цих принципів у техніці;
• дослідження морфологічних, фізіологічних, біохімічних особливостей живих організмів для висування нових технічних та наукових ідей.

Оцініть професію: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Спеціаліст у галузі біоніки (наукової дисципліни, пов'язаної з пошуком можливостей вирішення різних інженерних завдань на основі аналізу структури та життєдіяльності організмів).

Посадові обов'язки

Біоніка тому тісно пов'язана як із біологією, фізикою, хімією, кібірнетикою, так і з інженерними дисциплінами — електронікою, зв'язком, навігацією тощо. Серед головних напрямів робіт з біоніки — вивчення нервової системи та моделювання нервових клітин та зв'язків між ними з метою вдосконалення обчислювальної техніки та розробки нових елементів та пристроїв автоматики та телемеханіки (нейробіоніка); дослідження органів чуття з метою створення різних датчиків та систем виявлення; вивчення принципів орієнтації, локації та навігації у тварин для використання їх у техніці. Важливе місце в біоніці відводиться дослідженню морфологічних особливостей живих організмів з метою висування нових технічних та наукових ідей — так, вивчення шкіри швидкохідних водних тварин (наприклад, дельфіна) дозволило створити спеціальну обшивку для кораблів і збільшити їх швидкість на 15-20%. . Вивчаючи політ птахів і комах, рухи тварин, що стрибають, будова суглобів тощо, біоніки розробляють нові принципи польоту, безколісного руху, побудови підшипників, різних маніпуляторів. Спектр методів, що використовуються біоніками, таким чином надзвичайно широкий — від класичних методів анатомічного препарування до створення математичних моделей явищ і структур, що вивчаються. Біонікам доводиться працювати скальпелем та паяльником, ентомологічним сачком та логарифмічною лінійкою. Широка загальнобіологічна та етологічна ерудиція повинна поєднуватися у них із ґрунтовною математичною підготовкою, умінням знаходити неординарні інженерні рішення, смаком до технічного конструювання.

Гасло біоніки: "Природа знає краще". Що це за наука така? Вже сама назва і такий девіз дають нам зрозуміти, що біоніка пов'язана із природою. Багато хто з нас щодня стикається з елементами та результатами діяльності науки біоніки, навіть не підозрюючи про це.

Ви чули про таку науку, як біоніка?

Біологія – популярне знання, з яким нас знайомлять ще у школі. Чомусь багато хто вважає, що біоніка - один із підрозділів біології. Насправді, це твердження не зовсім точне. Справді, у вузькому значенні слова біоніка - це наука, що вивчає живі організми. Але найчастіше ми звикли асоціювати із цим вченням щось інше. Прикладна біоніка - наука, яка поєднує у собі біологію та техніку.

Предмет та об'єкт біонічних досліджень

Що вивчає біоніка? Щоб відповісти на це питання, слід розглянути структурний поділ самого вчення.

Біологічна біонікадосліджує природу такою, якою вона є, без спроби втручання. Об'єктом її вивчення є процеси, що відбуваються всередині

Теоретична біоніказаймається вивченням тих принципів, які були помічені в природі, і на їх основі створює теоретичну модель, яка надалі застосовується в технологіях.

Практична (технічна) біоніка- це застосування теоретичних моделей практично. Так би мовити, практичне впровадження природи у технічний світ.

Звідки все починалося?

Батьком біоніки називають великого Леонардо да Вінчі. У записах цього генія можна знайти перші спроби технічного втілення природних механізмів. Креслення да Вінчі ілюструють його прагнення створити літальний апарат, здатний рухати крилами, як у польоті птиці. Свого часу такі ідеї були надто зухвалими, щоб стати затребуваними. Вони змусили звернути на себе увагу значно пізніше.

Першим, хто став застосовувати принципи біоніки в архітектурі, був Антоні Гауді-і-Курнет. Його ім'я міцно надруковано в історії цієї науки. Архітектурні споруди за проектами великого Гауді вражали в момент їх спорудження, і таке ж захоплення вони викликають багато років у сучасних спостерігачів.

Наступним, хто підтримав ідею симбіозу природи та технологій, став під його керівництвом почалося широке застосування біонічних принципів у проектуванні будівель.

Твердження біоніки як самостійної науки відбулося лише у 1960 році на науковому симпозіумі в Дайтоні.

Розвиток комп'ютерної техніки та математичного моделювання дозволяють сучасним архітекторам набагато швидше та з більшою точністю втілювати в архітектурі та інших галузях підказки природи.

Природні прототипи технічних винаходів

Найпростішим прикладом прояву науки біоніки є винахід шарнірів. Усім знайоме кріплення, що базується на принципі обертання однієї частини конструкції навколо іншої. Такий принцип використовують морські черепашки, щоб керувати двома своїми стулками і по необхідності відкривати їх або закривати. Тихоокеанські серцевидки-велетні досягають розмірів 15-20 см. Шарнірний принцип у поєднанні їх черепашок добре проглядається неозброєним поглядом. Дрібні представники цього виду застосовують такий самий спосіб фіксації стулок.

У побуті ми часто використовуємо різноманітні пінцети. Природним аналогом такого приладу стає гострий і кліщеподібний дзьоб веретенника. Ці птахи застосовують тонкий дзьоб, встромляючи його в м'який ґрунт і дістаючи звідти дрібних жуків, черв'яків та інше.

Багато сучасних приладів та пристрої оснащені присосками. Наприклад, їх використовують для удосконалення конструкцій ніжок різних кухонних пристроїв, щоб уникнути їх ковзання під час роботи. Також присосками оснащують спеціальне взуття мийників вікон висотних будівель для забезпечення їхньої безпечної фіксації. Цей нехитрий пристрій теж запозичений у природи. Квакша, маючи на ногах присоски, надзвичайно спритно тримається на гладкому і слизькому листі рослин, а восьминогу вони необхідні для тісного контакту зі своїми жертвами.

Можна знайти безліч таких прикладів. Біоніка - це саме та наука, яка допомагає людині запозичувати у природи технічні рішення своїх винаходів.

Хто перший – природа чи люди?

Іноді трапляється, що той чи інший винахід людства вже давно «запатентований» природою. Тобто винахідники, створюючи щось, не копіюють, а вигадують самі технологію чи принцип роботи, а потім виявляється, що у природній природі це вже давно існує, і можна було просто підглянути та запозичити.

Так сталося із звичайною липучою застібкою, яка використовується людиною для застібання одягу. Було доведено, що для зчеплення тонких борідок між собою теж застосовуються гачки, подібно до тих, які є на застібці-липучці.

У будові фабричних труб спостерігається аналогія з порожнистими стеблами злаків. Поздовжня арматура, що використовується в трубах, подібна до склеренхімних тяжів в стеблі. Сталеві кільця твердості - міжвузля. Тонка шкірка із зовнішнього боку стебла - це аналог спіральної арматури у будові труб. Незважаючи на колосальну схожість структури, вчені самостійно винайшли саме такий метод будівництва фабричних труб, а вже пізніше побачили тотожність такої будови з природними елементами.

Біоніка та медицина

Застосування біоніки в медицині дає можливість урятувати життя багатьом пацієнтам. Не припиняючись, ведуться роботи зі створення штучних органів, здатних функціонувати у симбіозі з організмом людини.

Першим пощастило випробувати данця Денніса Аабо. Він втратив половину руки, але зараз має можливість сприймати предмети на дотик за допомогою медиків. Його протез підключений до нервових закінчень потерпілої кінцівки. Сенсори штучних пальців здатні збирати інформацію про дотик до предметів і передавати їх у мозок. Конструкція зараз ще не доопрацьована, вона дуже громіздка, що ускладнює її використання в побуті, але вже зараз можна назвати таку технологію справжнім відкриттям.

Всі дослідження в даному напрямку повністю ґрунтуються на копіюванні природних процесів та механізмів та їх технічному виконанні. Це і є медична біоніка. Відгуки вчених свідчать, що незабаром їх праці дадуть можливість змінювати живі органи людини, що зносилися, і замість них використовувати механічні прототипи. Це справді стане найбільшим проривом у медицині.

Біоніка в архітектурі

Архітектурно-будівельна біоніка – особлива галузь біонічної науки, завданням якої стає органічне возз'єднання архітектури та природи. Останнім часом все частіше під час проектування сучасних конструкцій звертаються до біонічним принципам, запозиченим у живих організмів.

Сьогодні архітектурна біоніка стала окремим архітектурним стилем. Народжувалась вона з простого копіювання форм, а зараз завданням цієї науки стало запозичити принципи, організаційні особливості та технічно їх втілити.

Іноді такий архітектурний стиль називають екостилем. Все тому, що основні правила біоніки – це:

• пошук оптимальних рішень;
• принцип економії матеріалів;
• принцип максимальної екологічності;
• принцип економії енергії

Як бачите, біоніка в архітектурі - це не лише вражаючі форми, а й прогресивні технології, що дозволяють створювати споруду, що відповідає сучасним вимогам.

Характеристики архітектурних біонічних будов

Спираючись на колишній досвід в архітектурі та будівництві, можна сказати, що всі споруди людини неміцні та недовговічні, якщо вони не використовують закони природи. Біонічні будівлі, крім дивовижних форм і сміливих архітектурних рішень, мають стійкість, здатність витримувати несприятливі природні явища і катаклізми.

В екстер'єрі будівель, збудованих у цьому стилі, можуть проглядатися елементи рельєфів, форм, контурів, вміло скопійовані інженерами-проектувальниками з живих, природних об'єктів та віртуозно втілені архітекторами-будівельниками.

Якщо раптом при спогляданні архітектурного об'єкта здасться, що ви дивитеся на витвір мистецтва, з великою ймовірністю перед вами будова в стилі біоніка. Приклади таких конструкцій можна побачити практично у всіх столицях країн та великих технологічно розвинених містах світу.

Конструкція нового тисячоліття

Ще в 90-х роках іспанською командою архітекторів було створено проект будівлі, що ґрунтується на абсолютно новій концепції. Це 300-поверхова будова, висота якої перевищуватиме 1200 м. Задумано, що пересування по цій вежі відбуватиметься за допомогою чотирьох сотень вертикальних та горизонтальних ліфтів, швидкість яких – 15 м/с. Країною, яка погодилася спонсорувати цей проект, виявився Китай. Для будівництва було обрано найбільш густонаселене місто - Шанхай. Втілення проекту дозволить вирішити демографічну проблему регіону.

Вежа матиме повністю біонічну структуру. Архітектори вважають, що тільки це зможе забезпечити міцність та довговічність конструкції. Прототипом будови є дерево кипарис. Архітектурна композиція матиме не лише циліндричну форму, схожу на стовбур дерева, а й «коріння» – новий вид біонічного фундаменту.

Зовнішнє покриття будівлі - це пластичний та повітропроникний матеріал, що імітує кору дерева. Система кондиціювання цього вертикального міста буде аналогом теплорегулюючої функції шкіри.

За прогнозами вчених та архітекторів, така будівля не залишиться єдиною у своєму роді. Після успішного втілення кількість біонічних будов в архітектурі планети лише збільшуватиметься.

Біонічні будинки навколо нас

У яких відомих творах було використано науку біоніка? Приклади таких споруд неважко знайти. Взяти хоча б процес створення Ейфелевої вежі. Довгий час ходили чутки, що цей 300-метровий символ Франції побудований за кресленнями невідомого арабського інженера. Пізніше була виявлена ​​повна її аналогія з будовою великої гомілкової кістки людини.

Крім вежі Ейфеля у всьому світі можна знайти безліч прикладів біонічних споруд:

• зводилася за аналогією з квіткою лотоса.
• Пекінський національний оперний театр – імітація водяної краплі.
• Плавальний комплекс у Пекіні. Зовні повторює кристалічну структуру ґрат води. Дивовижне дизайнерське рішення поєднує корисну можливість конструкції акумулювати енергію сонця і надалі використовувати її для живлення всіх електроприладів, що працюють в будівлі.
• Хмарочос "Аква" зовні схожий на потік падаючої води. Знаходиться у Чикаго.
• Будинок засновника архітектурної біоніки Антоніо Гауді – це одна з перших біонічних споруд. До сьогоднішнього дня він зберіг свою естетичну цінність і залишається одним із найпопулярніших туристичних об'єктів у Барселоні.

Знання, необхідні кожному

Підбиваючи підсумки, можна сміливо заявити: все, що вивчає біоніка, актуально і необхідно у розвиток сучасного суспільства. Кожен має ознайомитись із науковими принципами біоніки. Без цієї науки неможливо уявити технічний прогрес у багатьох сферах діяльності. Біоніка – це наше майбутнє у повній гармонії із природою.

2. Штучні органи

2.2. Штучне око

2.3. Штучне вухо

2.4. Штучний ніс

2.5. Штучна мова

2.6. Штучна шкіра

3. Нанотехнології у медицині

4.2. Жуки – рятувальники

5. Військові технології

5.1. Розумний пил

5.4. Моніторинг стану...

Докладніше про програму

1. Вступ: Що таке біоніка і навіщо вона потрібна?

2. Штучні органи

2.1. Штучне тіло (органи чуття)

2.2. Штучне око

2.3. Штучне вухо

2.4. Штучний ніс

2.5. Штучна мова

2.6. Штучна шкіра

3. Нанотехнології у медицині

3.1. Чипування живих організмів за допомогою нанотехнологій

3.2. Нанороботи - служба доставки ліків

3.3. Датчик контролю стану головного мозку

4. Кіборги: управління біологічними об'єктами

4.1. Таракани та комарі вступили в бій з тероризмом

4.2. Жуки – рятувальники

4.3. Жуки – ліквідатори екологічних катастроф

4.4. Нове обмундирування для спецназу комах

5. Військові технології

5.1. Розумний пил

5.2. Рідка броня, плащ-невидимка

5.3. Контроль параметрів людського організму

5.4. Моніторинг стану здоров'я особового складу

6. Висновок

Навіщо цей курс?

1. Ознайомлення із сучасними технологіями, апаратурою та науковими трендами

2. Для розвитку науково-технічного мислення

3. Абітурієнти розуміють, що на них чекає у ВНЗ

4. Бакалаври отримують знання, необхідні при виборі наукового спрямування в магістратурі та аспірантурі.

Бонуси:

1. Після закінчення курсу всі слухачі одержують іменний сертифікат.

2. Цей сертифікат прикрасить ваше резюме, оскільки це найперспективніший і найзатребуваніший напрямок у сучасному науково-технічному світі.

3. Цей сертифікат дає право на участь у міжнародній конференції для школярів, бакалаврів, магістрів, аспірантів та молодих вчених "Наноіндустрія та технології майбутнього".

4. При вступі до СПбГЕТУ "ЛЕТИ" на бюджетну очну форму навчання цей сертифікат дає вам право на отримання підвищеної стипендії протягом 1 семестру та можливість пріоритетного зарахування до "елітних груп".

5. Цей сертифікат дає право вступу до науково-дослідної діяльності СПбГЕТУ "ЛЕТИ" під керівництвом вчених світового рівня.

Біоніка - це наука, що вивчає живу природу з метою використання здобутих знань у практичній діяльності людини. Проблеми біоніки: вивчення закономірностей структури та функції окремих частин живих організмів (нервової системи, аналізаторів, крил, шкіри) з метою створення на цій основі нового типу обчислювальних машин, локаторів, літальних, плавальних апаратів тощо; вивчення біоенергетики для створення економічних двигунів, подібних до м'яза; дослідження процесів біосинтезу речовин із метою розвитку відповідних галузей хімії. Біоніка тісно пов'язана з технічними (електроніка, зв'язок, морська справа та ін) і природничо (, медицина) дисциплінами, а також з кібернетикою (див.).

Біоніка (англ. bionics, від bion - жива істота, організм; грец. Bioo - живу) - наука, що вивчає живу природу з метою використання здобутих знань у практичній діяльності людини.

Термін біоніка вперше з'явився 1960 р., коли фахівці різних профілів, що зібралися на симпозіум у Дайтоні (США), висунули гасло: «Живі прототипи – ключ до нової техніки». Біоніка стала своєрідним мостом, який зв'язав біологію з математикою, фізикою, хімією та технікою. Одна з найважливіших цілей біоніки - встановити аналогії між фізико-хімічними та інформаційними процесами, що зустрічаються у техніці, та відповідними процесами у живій природі. Фахівця-біоніка приваблює все різноманіття «технічних ідей», вироблених живою природою за багато мільйонів років еволюції. Особливе місце серед завдань біоніки займають розробка та конструювання систем управління та зв'язку на основі використання знань із біології. Це – біоніка у вузькому значенні слова. Біоніка має важливе значення для кібернетики, радіоелектроніки, аеронавтики, біології, медицини, хімії, матеріалознавства, будівництва та архітектури та ін. використовує живу природу. Біоніка вчить мистецтву раціонального копіювання живої природи, пошуку технічних умов доцільного використання біологічних об'єктів, процесів та явищ.

Один із можливих шляхів тут - функціональне (математичне, або програмне) моделювання, що полягає у вивченні структурної схеми процесу, функцій об'єкта, числових характеристик цих функцій, їх призначення та зміни у часі. Такий підхід дає можливість вивчати процес, що цікавить математичними засобами, а технічне втілення моделі здійснити тоді, коли в принципі встановлена ​​її ефективність і залишилося перевірити економічні, енергетичні та інші можливості конструювання такого роду моделі наявними технічними засобами. Існує й інший шлях - фізико-хімічне моделювання, коли фахівець у галузі біоніки вивчає біохімічні та біофізичні процеси з метою дослідження принципів перетворення (включаючи розкладання та синтез) речовин, що відбуваються у живому організмі. Цей шлях найбільше примикає до хіміко-технологічної проблематики та відкриває нові можливості у розвитку енергетики та хімії полімерів. Третій підхід, що розвивається біонікою, - це безпосереднє використання живих систем та біологічних механізмів у технічних системах. Такий підхід прийнято називати методом зворотного моделювання, тому що в цьому випадку фахівець-біонік вишукує можливості та умови пристосування живих систем для вирішення суто інженерних завдань, інакше кажучи, намагається моделювати на біологічному об'єкті технічний пристрій чи процес. Біоніка, що виникла у відповідь на запити практики, послужила початком досліджень, заснованих на застосуванні біологічних знань у всіх галузях техніки. Основний її результат полягає у встановленні перших шляхів для дедалі більшого технічного освоєння біології.