Bionika - biológia

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Antibiotikumok baktériumoktól

Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója

Molekuláris iránytű a sejtek igazításához

Mi teszi a levelek öregedését ősszel

A keselyű gyöngytyúk demokráciája

Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Bionics

A Bionics (szintén Biomimikri, Biomimetikumok vagy Biomimetria) a természeti jelenségek technológiára való átadásával foglalkozik. A legrégebbi ismert példa erre Leonardo da Vinci ötlete, miszerint a madarak repülését át kell helyezni repülőgépekre. A modern mindennapok leggyakoribb példája a tépőzáras, amelyet a tépőzár ihlette. A bionika azon a feltételezésen alapul, hogy az élő természet evolúciós folyamatok révén optimalizált struktúrákat és folyamatokat fejleszt ki, amelyekből az emberek tanulhatnak. [1]

Interdiszciplináris kutatási területként a bionika vonzza a természettudósokat és mérnököket, építészeket, filozófusokat és tervezőket. A Bionics az élő természetből származó megoldások szisztematikus felismeréséről szól; így megkülönbözteti magát a céltalan természet inspirációjától. A cél mindig a természettől elkülönülő technikai tárgy vagy folyamat. Ez megkülönbözteti a bionikát a biológiai folyamatokat alkalmazó és kiterjesztő tudományoktól, mint például a bioinformatika, a biofizika és a biokémia.

Koncepció kialakítása és története

Az angol kifejezés bionika Jack E. Steele, az amerikai légierő őrnagy 1960-ban mutatkozott be először Heinz von Foerster vezetésével az ohiói Daytonban, Wright-Patterson légitámaszponton: „Bionics Symposium: Living Prototypes - The Key to New Technology”. J.E. Steele, a katonai szolgálat neurológusa a kifejezést a görög "bios" (élet) törzsből és az "-onics" utótagból ered, amely a "német nyelvű esetszó" tanulmányát jelenti. Bionics biológiából és technológiából áll.

Az angol nyelvterületen a jelentése bionikus leginkább a testrészek felépítésén vagy - általánosabban - a biológia és az elektronika kombinációján (szintén a kiborg gondolatával kapcsolatban). Amit a német nyelvterületen bionikának neveznek, az jobban megfelel az angol kifejezésnek biomimetikumok vagy biomimika. Mivel sok szerző tisztában van a nyelvi problémával, a bionika és a biomimetika két kifejezést ma gyakran szinonimákként használják.

Az olasz feltalálót, Leonardo da Vincit általában a bionika történeti úttörőjeként emlegetik. Az első német szabadalmat a bionika területén Raoul Heinrich Francé kapta 1920-ban a mákos kapszula mintájára épülő „új szórógépért”. [2] Röviddel ezután George de Mestral svájci tudós kifejlesztette a tépőzáras rögzítőt a bojtorján mintájára.

Mérföldkő a bionika történetében Ingo Rechenberg 1964-ben tartott előadása, amelynek címe: „Kísérleti kutatási feladat kibernetikai megoldás-ellenőrzése”. Itt bemutatta a Darwin-in-the-wind alagútkísérletet, amelynek során a cikk-cakk formába hajtott zsanérlemez lapos formává fejlődik a legkisebb ellenállással. [3]

Fejlesztés és elhatárolás

A Bionics csak az elmúlt évtizedekben fejlődött ki bevett tudományos szakággá, főleg az új és továbbfejlesztett módszerek (számítógépes teljesítmény, gyártási folyamatok, interdiszciplináris megfontolások) miatt. A műszaki funkcionális elemek fejlesztésekor a mérnökök nem mindig voltak tisztában a természetben zajló párhuzamos fejleményekkel. A keretet a trabekulák finom szerkezetének ismerete nélkül fejlesztették ki. Mivel semmiféle transzfer nem történt, az ilyen formális vagy funkcionális meccseket ekvivalenseknek, és nem bionikának nevezik.

A biomimetika vagy a bionika mint tudományos diszciplína viszont kifejezetten olyan struktúrákat keres a természetben, amelyek technikai jelentőséggel bírhatnak mint példaképek. Ez az eljárás gyakran tiszta analógia keresésként írható le. Gyakran azonban csak kis innovációs ugrásokat tesz lehetővé, mivel a műszaki alkalmazásnak már felismerhetőnek kell lennie.

Alternatív megoldásként bizonyos strukturális vagy szervezeti elveket biológiai alapkutatással lehet leírni, amelyeket csak ezután ismerünk el a technológiára való átadásra alkalmasnak. Például új vázszerkezeteket (például a kettős falú konstrukciók merevítésére) fejlesztenek ki a csontszerkezet vizsgálata alapján. Egyes növényi felületek nedvesíthetőségéről és öntisztításáról szóló ismeretek csak később vezettek olyan sokféle ipari termék kifejlesztéséhez, mint a homlokzati festék, az úgynevezett lótusz hatású tetőcserepek és napellenzők, az aerodinamika pedig sok ingert keresett az állattanban.

A Bionic Learning Network a Festo vállalat kutatóegyesülete egyetemekkel, intézetekkel és fejlesztő vállalatokkal. A kezdeményezés célja új típusú technológiai hordozók előállítása a bionika alkalmazásával.

A bionika különböző részterületekre osztható: Az építőipari bionika összehasonlítja az építési elemeket és azok integrációit, az érzékelő bionika megvizsgálja az inger vétel rendszereit, a szerkezeti bionika elemzi a biológiai szerkezeti elemeket, a mozgás bionikai hajtó mechanizmusait, a felületi befolyást és az áramlás beállítását, a neurobionika megfigyeli az információk természetes átvitelét és továbbítását az informatikai rendszerek felé, az építési bionika az élőlények vagy azok termékeinek teljes konstrukcióit vizsgálja, az eszközbionika a természetes eszközszerkezeteket valósítja meg, a folyamatbionika elemző tanulmányokat nyújt a biológiai folyamatokról, mint pl. B. A fotoszintézis, az éghajlati biomimetika passzív szellőztetéshez, hűtéshez vagy fűtéshez keres rendszereket, antropobionika kutatja az állatok mozgását, gyakran robotikában való felhasználásra, az evolúciós bionika az evolúciós folyamatokat átteszi a kutatásba (kísérleti kísérlet és hiba fejlesztése).

Alapvető megközelítés

Ban,-ben Analóg bionika „felülről lefelé irányuló folyamat” zajlik: meghatározza a problémát, analógiákat keres a természetben, elemzi ezeket az analógiákat és végül megoldásokat keres a problémára a természetből nyert ismeretekkel. Példák:

Repülőgép: Otto Lilienthal és a Wright testvérek megfigyelték a nagy madarak repülését (mozgását) és így optimalizálták prototípusaikat.
Ejtőernyő: a kecske szakállának gyümölcse
Szárnyak a repülőgépek szárnyainak végén: a repülőgép szárnyának csúcsán lévő nagy örvények magas üzemanyag-fogyasztást eredményeznek, amely szárnyak használatával körülbelül öt-hat százalékkal csökkenthető. A szárnyaló/sikló madarak szárnyainak vizsgálata repülőgép-analógiaként. Egyes madárfajok (pl. Ölyv, kondor és sas) kézszárnyainak leírása, amelyek egy nagy örvény helyett több kisebbet okoznak, és így összességében kevesebb energiát fogyasztanak. Számos örvénytörő szerkezettel (szárnyakkal) rendelkező mesterséges szárnyak gyártása. A repülőgép-tervezők tovább fejlesztették a szárnyakat hurokprofillá a szárny csúcsán (osztott szárnyú hurok) (spiroid). A példa azt mutatja, hogy egy optimalizálás végén annak bionális levezetésének nem kell mindig láthatónak lennie.
Új típusú profilok kifejlesztése az autógumik számára: A biológiai modell például macskamancs, amely az irányváltáskor kiszélesedik, és így nagyobb a talajjal való érintkezési területe.
Pókszerű robotok, amelyek lába önálló vezérlési funkcióval rendelkezik, és ezért jobb, mint a központilag vezérelt robotok.

Ban,-ben Absztrakciós bionika egy „alulról felfelé irányuló folyamat” zajlik: az egyik biológiai alapkutatást végez, megvizsgálja a biológiai rendszerek biomechanikáját és funkcionális morfológiáját, felismeri és leírja az alapelveket, elvezetéshez vezet ennek az elvnek (leválás a biológiai modellről, és a tantárgyspecifikus nyelv), keresi a lehetséges technikai alkalmazásokat, végül mérnökökkel, technikusokkal, tervezőkkel stb. együtt dolgozza ki ezeket. Példák: