Bionika - biológia

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

Antibiotiká z baktérií

Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu

Molekulárny kompas na zarovnanie buniek

Čo robí listy na jeseň starnúcimi

Demokracia perličiek

Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

Bionika

The Bionika (tiež Biomimikry, Biomimetiká alebo Biomimetria) sa zaoberá prenosom prírodných javov do technológií. Najstarším známym príkladom toho je myšlienka Leonarda da Vinciho previesť let vtákov na lietajúce stroje. Najbežnejším príkladom z moderného každodenného života je suchý zips inšpirovaný suchým zipsom. Bionika je založená na predpoklade, že živá príroda vyvíja optimalizované štruktúry a procesy prostredníctvom evolučných procesov, z ktorých sa ľudia môžu učiť. [1]

Ako interdisciplinárna oblasť výskumu priťahuje bionika prírodovedcov a inžinierov, architektov, filozofov a dizajnérov. V bionike ide o systematické uznávanie riešení od živej prírody; odlišuje sa tak od bezúčelovej prírodnej inšpirácie. Vaším cieľom je vždy technický objekt alebo proces, ktorý je oddelený od prírody. Toto odlišuje bioniku od vied, ktoré využívajú a rozširujú biologické procesy, ako sú bioinformatika, biofyzika a biochémia.

Tvorba konceptu a história

Anglický výraz bionika Major amerických vzdušných síl Jack E. Steele sa prvýkrát predstavil v roku 1960 na konferencii pod vedením Heinza von Foerstera na leteckej základni Wright-Patterson v Daytone v štáte Ohio: „Bionické sympózium: Živé prototypy - kľúč k novej technológii“. J.E. Steele, neurológ vo vojenskej službe, odvodzuje tento výraz z gréckeho kmeňa „bios“ (život) a prípony „-onics“, čo znamená „štúdium“ - nemecké prípadové slovo Bionika pozostáva z biológie a technológie.

V anglicky hovoriacom svete je význam slova obmedzený bionický väčšinou na stavbe častí tela alebo - všeobecnejšie - na kombinácii biológie a elektroniky (aj v súvislosti s myšlienkou kyborga). To, čo sa v nemecky hovoriacej oblasti označuje ako bionika, zodpovedá skôr pojmu v angličtine biomimetika alebo biomimikry. Pretože mnoho autorov si je vedomých lingvistického problému, dva pojmy bionika a biomimetika sa v súčasnosti často používajú ako synonymá.

Taliansky vynálezca Leonardo da Vinci sa zvyčajne uvádza ako historický priekopník bioniky, ktorý v roku 1505 analyzoval útek vtákov vo svojom rukopise O úteku vtákov a pokúsil sa preniesť svoje poznatky na lietajúce stroje. Prvý nemecký patent v oblasti bioniky získal Raoul Heinrich Francé v roku 1920 pre „nového rozmetača“ podľa vzoru kapsuly maku. [2] Krátko nato vyvinul švajčiarsky vedec George de Mestral suchý zips na základe modelu lopúcha.

Medzníkom v histórii bioniky je prednáška Inga Rechenberga z roku 1964 s názvom: „Kontrola kybernetického riešenia experimentálnej výskumnej úlohy“. Tu predviedol experiment s tunelom Darwin vo vetre, pri ktorom sa doska závesu poskladaná do tvaru cikcaku vyvinie do plochého tvaru s najmenším odporom. [3]

Vývoj a vymedzenie

Z bioniky sa vyvinula etablovaná vedná disciplína až v posledných desaťročiach, najmä vďaka novým a vylepšeným metódam (výkon počítača, výrobné procesy, interdisciplinárne aspekty). Pri vývoji technických funkčných prvkov si inžinieri neboli vždy vedomí paralelného vývoja v prírode. Rámec bol vyvinutý bez akýchkoľvek znalostí o jemnej štruktúre trabekúl. Pretože nedošlo k nijakému prenosu, takéto formálne alebo funkčné zhody sa označujú ako ekvivalenty a nie ako bionika.

Biomimetika alebo bionika ako vedná disciplína na druhej strane konkrétne hľadajú štruktúry v prírode, ktoré môžu mať technický význam ako vzory. Tento postup možno často označiť ako čisto analogické vyhľadávanie. Často však umožňuje iba malé inovačné skoky, pretože technická aplikácia musí byť už rozpoznateľná.

Alternatívne je možné prostredníctvom základného biologického výskumu popísať určité štrukturálne alebo organizačné princípy, ktoré sa až potom uznajú za vhodné na prechod na technológiu. Napríklad sa na základe preskúmania kostnej štruktúry vyvíjajú nové rámové konštrukcie (napr. Pre vystužujúce konštrukcie s dvojitými stenami). Poznatky o nezmáčateľnosti a samočistení určitých povrchov na báze rastlín až neskôr viedli k vývoju tak rozmanitých priemyselných výrobkov, ako sú fasádne farby, strešné tašky a markízy s takzvaným lotosovým efektom, a aerodynamika hľadala v zoológii veľa návrhov.

Bionic Learning Network je výskumné združenie spoločnosti Festo s univerzitami, inštitútmi a vývojovými spoločnosťami. Cieľom tejto iniciatívy je vyrábať nové typy technologických nosičov pomocou bioniky.

Bioniku možno rozdeliť do rôznych podoblastí: Konštrukčná bionika porovnáva konštrukčné prvky a ich integrácie, senzorová bionika skúma systémy na príjem stimulu, štrukturálna bionika analyzuje biologické štrukturálne prvky, pohonné mechanizmy bioniky, vplyv povrchu a úpravu toku, neurobionika pozoruje prirodzený prenos informácií a prenos do IT systémov, stavebná bionika skúma kompletné stavby živých bytostí alebo ich výrobkov, prístrojová bionika realizuje konštrukcie prírodných zariadení, procesná bionika je analytické skúmanie biologických procesov ako napr. B. Fotosyntéza, klimatická biomimetika hľadá systémy pre pasívne vetranie, chladenie alebo ohrievanie, antropobionické štúdie pohybov zvierat, často na použitie v robotike, evolučná bionika prenáša evolučné procesy do výskumu (vývoj experimentov a omylov).

Základný prístup

V Analógová bionika prebieha „proces zhora nadol“: definujete problém, hľadáte analógie v prírode, analyzujete tieto analógie a nakoniec hľadáte riešenie problému s poznatkami získanými z prírody. Príklady:

Lietadlo: Otto Lilienthal a bratia Wrightovci pozorovali let (pohyb) veľkých vtákov a optimalizovali tak svoje prototypy.
Padák: ovocie kozej brady
Krídla na koncoch krídel lietadla: veľké víry na koncoch krídiel lietadla vedú k vysokej spotrebe paliva, ktorú je možné znížiť pomocou krídeliek asi o päť až šesť percent. Vyšetrovanie krídel stúpajúcich/kĺzavých vtákov ako analógia lietadla. Popis ručných krídel určitých druhov vtákov (napr. Myšiak lesný, kondor a orol), ktoré namiesto jedného veľkého víru spôsobujú niekoľko menších a celkovo teda spotrebúvajú menej energie. Výroba umelých krídel s niekoľkými štruktúrami vylučujúcimi víry (krídla). Leteckí konštruktéri ďalej vyvinuli krídla do tvaru slučky na špičke krídla (slučka s rozdelenými krídlami) (spiroid). Príklad ukazuje, že na konci optimalizácie nemusí byť vždy viditeľná jeho bionická derivácia.
Vývoj nových typov profilov pneumatík pre automobily: Biologickým vzorom sú napríklad mačacie labky, ktoré sa pri zmene smeru rozširujú a majú tak väčšiu kontaktnú plochu so zemou.
Roboty podobné pavúkom, ktorých nohy majú autonómne riadiace funkcie, a sú preto lepšie ako centrálne riadené roboty.

V Abstrakčná bionika prebieha proces „zdola nahor“: človek vykonáva základný biologický výskum, skúma biomechaniku a funkčnú morfológiu biologických systémov, rozoznáva a popisuje základný princíp, vedie k abstrakcii tohto princípu (oddelenie od biologického modelu a preklad do iných predmetový jazyk), hľadá možné technické aplikácie a nakoniec ich spolu s inžiniermi, technikmi, dizajnérmi atď. vyvíja. Príklady: