В.Д. Іллічов
Датоюнародження біоніки прийнято вважати 13 вересня 1960 - день відкриття в США Міжнародного симпозіуму В«Живі прототипи штучних систем - ключдо нової техніки В». Проте насправді основні концепції біонікисклалися задовго до цього, а симпозіум лише ознаменував початок широкогоміжнародного співробітництва в цій галузі.
Доісторичнийлюдина, спостерігаючи за навколишньою природою, витягував з неї деякі уроки, які допомагалийому створювати корисні пристрої. У відомому сенсі такий підхід можна назватибіонікою. В якійсь мірі елементи біоніки вкладені в винахід колеса, ножата інших інструментів. Арабські лікарі задумалися про використання кришталю абоскла для збільшення зображення подібно до того, як це відбувається в кришталикуочі. Російський вчений Н.Є. Жуковський розробив методику розрахунку підйомної силикрила літака на основі вивчення польоту птахів.
Післятого як біоніка отримала офіційне визнання як самостійна областьзнань, її позиції істотно зміцнилися, а область досліджень розширилася.Споживачами та партнерами біоніки стають літако-і кораблебудування, космонавтика,машинобудування, радіоелектроніка, навігаційне приладобудування, інструментальнаметеорологія, архітектура і т.д.
Вивчаючибіологічні системи, біоніка шукає оптимальні рішення інженерних проблем. Прицьому вона не тільки займається корінним удосконаленням існуючих, але істворенням принципово нових машин, апаратів, приладів, будівельнихконструкцій і технологічних процесів, побудовою технічних пристроїв, характеристикияких наближаються до таких у живих систем.
Звичайно,таке визначення суттєво спрощує її понятійний зміст. Однак тутє одне істотне обмеження. Воно полягає в тому, що далеко не всіприродні системи випереджають вже створені технічні.
В1963 р. на Всесоюзній конференції з біоніки академік А.І. Берг, один зтворців та ідеологів біоніки, зазначив, що в природі існує багато зайвогоі недосконалого, надлишкового і з технічної точки зору невиправданого.Тому біоніка не сліпо копіює природу, вона лише запозичує у неївчинені конструктивні схеми і механізми біологічних систем, що забезпечуютьв складних умовах існування особливу гнучкість і живучість, виробленіживими системами за час еволюційного розвитку. Основними напрямамибіоніки вважаються наступні.
Вивченняі моделювання нейронів, нейронних мереж нервових центрів, принципіворганізації мозку з метою їх використання в технічних системах.
Вивченняпринципів підвищення надійності біологічних систем, їх резервування таздатності до адаптації.
Вивченняорганів зору, слуху і нюху з метою їх моделювання.
Вивченнясистем навігації, локації, орієнтації і стабілізації руху у тварин вметою створення принципово нових технічних пристроїв.
Вивченняметодів кодування, передачі та обміну інформацією в біологічних системах нарівні колективу, окремого організму, органу, на клітинному і молекулярномурівні з метою створення нових засобів зв'язку.
Розробкаметодів вивчення психофізіологічних можливостей і здібностей людини, оптимальнихметодів навчання і тренування, полегшення роботи людини-оператора, контролю іпрогнозування його стану (біонічні аспекти проблеми В«людина-машинаВ»).
Вивченнягідродинамічних властивостей риб і китоподібних, аеродинамічних характеристиккомах і птахів, рихлящіх і землерийних пристосувань тварин з подальшиммоделюванням в авіа та суднобудуванні, робототехніці.
Отриманняенергії в технічних системах по аналогії з біологічними, в тому числібезпосередньо від біологічних систем.
Розробкабіологічних способів видобутку корисних копалин, біологічних методів втехнологіях виробництва складних органічних речовин.
Вивченняприродних конструкцій і форм з метою їх використання в будівельній техніці іархітектурі.
Тутперераховані найбільш важливі, але далеко не всі напрямки досліджень, зяких складається сучасна біоніка. В даний час почалося іпрогнозується на наступні роки бурхливий розвиток таких напрямків, якматематична біоніка, зайнята вдосконаленням і створенням комп'ютернихмоделей, у тому числі інформаційних; медико-біологічна біоніка, що використовуєдосягнення природи для розробки методів лікування захворювань людини, їхпрофілактики; ветеринарно-біологічна, що займається близькими завданнями, алестосовно до домашнім і диким тваринам.
Розглянемодеякі конкретні досягнення біоніки, вже реалізовані в практичнихцілях. Почнемо наші нариси з водних і навколоводних об'єктів.
Водолазнийдзвін Галлея. В«Костюм нирцяВ», винайдений Кінгертом
Повітрянийдзвін павука-сріблянки
снегоходнихмашина, яка імітує принцип пересування пінгвінів по пухкому снігу, буларозроблена в Горьківському політехнічному інституті під керівництвом А.Ф. Миколаєва.Пінгвіни пересуваються по снігу, відштовхуючись ластами, подібно лижникам, які використовуютьдля цієї мети палиці. Заснована на цьому принципі снегоходних машина В«ПінгвінВ», лежачина снігу широким днищем, здатна рухатися зі швидкістю до 50 км/ч. У подібних машинах потребують дослідники Арктики й Антарктиди, а також жителі наших північних регіонів - мисливці, оленярі і т.д. Тут тягачі, трактори і снігоходи при своєму русі по снігуутворюють глибоку колію, буксують і грузнуть. Подібні машини можутьвикористовуватися і на мілководних озерах, де звичайні плавзасоби найчастіше неможуть застосовуватися.
Суднобудівникиу всьому світі давно вже звернули увагу на грушоподібні форму голови кита, більшпристосовану до переміщення у воді, ніж ножеобразние носи сучаснихсудів. Японський вчений Тако Інуі врахував це при створенні моделі пасажирськогопароплава В«Куренаі МаарівВ». В порівнянні із звичайними судами китоподібних пароплаввиявився більш економічним. При зменшенні потужності двигунів на 25% вінзберіг колишню швидкість і вантажопідйомність. Американська підводний човенВ«СкипджекаВ», корпус якої за формою нагадує тунця, має більш високушвидкість, підвищену маневреність в порівнянні з іншими підводними судами.
ВОстаннім часом вчені наблизилися до розгадки високошвидкісного плавання риб.Мешканці відкритих морських просторів розвивають швидкість до 42 км/год, морські ссавці, наприклад, кити, до 40 км/год, а риба-меч - 130 км/ч.
Наноструктури на лапках гекона підказали вченим новий склад клеюдля плитки
Саранча, приклеєна до металевого стрижня, В«дивитьсяВ» фільмВ«Зоряні війниВ». Вона підказала ученим просту штучну систему, що запобігаєавтомобільні зіткнення
Традиційновважалося, що риби при плаванні використовують рух хвоста і почастиплавників. Але ось риб пустили в акваріум, заповнений молоком, щоб простежитиза рухом рідини при плаванні риби. При кожному ударі хвоста спостерігалосярух рідини у зябер, а не біля хвоста. При цьому основна рушійна силавиникала при коливальних рухах тулуба; шари рідини, уздовж якихковзала риба, перетворювалися на завихрення з вертикальною віссю обертання. Рибаяк би пливла, відштовхуючись від вирів, які виштовхували її вперед.
Дотепнийдосвід підтвердив ці припущення. В дошку вбили два ряди цвяхів і поклалирибу між ними і вона В«попливлаВ» посуху, відштовхуючись корпусом і хвостом відцвяхів як від вирів. На основі цього принципу кораблебудівники почалипрацювати над створенням підводних суден, що рухаються з легкістю риби.
Незабаромці дослідження доповнилися роботами вчених, що вивчають плавання дельфінів.Останні здатні розвивати в воді швидкість до 56 км/год, супроводжуючи годинами і навіть днями швидкохідні кораблі. Розрахунки показали, що для досягненнятакої швидкості м'язи дельфінів повинні бути в 10 разів могутніше, ніж вони єНасправді. Однак виявилося, що точно відтворена по вазі і формі тіламодель дельфінів, яка отримує рівну тягу, пливе набагато повільніш...
