Био́ника (от др.-греч. βίον «живущее») — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы , то есть формах живого в природе и их промышленных аналогах.

Различают:

• биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в ;
• теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов;
• техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Бионика тесно связана с биологией , физикой , химией , кибернетикой и инженерными науками: электроникой , навигацией , связью , протезированием (конечностей и органов человека и др. живых существ), морским делом и другими.

Название

Название бионики происходит от древнегреческого слова бион — «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения технических задач. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы .

Биомиметика

В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиме́тика (от др.-греч. «жизнь» + μίμησις «подражание») в значении — подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы . Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная текстильная застёжка , прототипом которой стали плоды растения репейник , цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля .

История развития

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи , который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер .

Появление кибернетики , рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.

Основные направления работ

Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы:

• изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток ( нейронов ) и нервных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика);
• исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;
• изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;
• исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Моделирование живых организмов

Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижение требуемых в задаче показателей.

И поэтому многие бионические модели, до того, как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.

Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них — изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.

Архитектурно-строительная бионика

Нейробионика

Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нервных сетей . Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительной техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики было основанием создания искусственного интеллекта .

См. также

Примечания

Литература

• Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963.
• Парин В. В., Баевский Р. М. Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963.
• Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт , М., 1967.
• Мартека В. Бионика, пер. с англ., М., 1967.
• Крайзмер Л. П., Сочивко В. П. Бионика, 2-е изд., М., 1968.
• Брайнес С. Н., Свечинский В. Б. Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968.
• . — М. : Наука . Главная редакция физико-математической литературы, 1968. — 592 с. — 50 000 экз.
• Библиографический указатель по бионике, М., 1965.
• Игнатьев М. Б. Артоника // Статья в словаре-справочнике "Системный анализ и принятие решений"изд. Высшая школа, М., 2004.
• Мюллер Т. Биомиметика: National Geographic Россия, май 2008, с. 112—135.
• — CRC Press, CRC Press LLC, 1998
• Емельянов В. В., Курейчик В. В., Курейчик В. Н. — М: Физматлит, 2003.
• Архитектурная бионика. Под редакцией Ю. С. Лебедева.-М.:Стройиздат, 1990. 269с.
• Васильков Г. В. Эволюционная теория жизненного цикла механических систем. Теория сооружений. - М.: Издательство ЛКИ, 2008. 320 с.
• Липов А. Н. У истоков современной бионики. Био-морфологическое формообразование в искусственной среде // Полигнозис. № 1-2. 2010. Ч. 1-2. С. 126-136.
• Липов А. Н. У истоков современной бионики. Био-морфологическое формообразование в искусственной среде // Полигнозис. № 3. 2010. Ч. 3. С 80-91.

Ссылки

• Бионика // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.