БИОНИКА

Наука, занимающаяся использованием биологических процессов и методов для решения инженерных задач. Бионику можно определить также как учение о методах создания технических систем, характеристики которых приближаются к характеристикам живых организмов.

«КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ЖИВОЙ ПРИРОДЫ»

...Гремучая змея улавливает разницу в температуре, равную тысяч­ной доле градуса? 

...Некоторые рыбы ощущают стомиллиардную долю пахучего вещества в одном литре воды? Это все равно, что уловить присутствие 30 г такого вещества в целом Аральском море. 

...Крысы ощущают радиацию? 

...Отдельные виды микробов реагируют даже на слабое изменение радиации? 

…Обыкновенный черный таракан радиацию видит? 

…Комар развивает при укусе удельное давление до I миллиарда кг/см2? Сравнение с 16-килограммовой гирей, имеющей основание 4 см2 и дающей удельное давление всего 4 кг/см2, показывает, как велика «комариная сила». 

…Глубоководные рыбы улавливают изменение плотности тока менее чем на одну стомиллиардную часть ампера? 

…Нильская рыба мормирус с помощью электромагнитных колебаний «прощупывает» свой путь в воде? 

Не правда ли, удивительный перечень? И его можно еще и еще продолжить не менее удивительными примерами. Узнав все это, мог ли человек пройти мимо заманчивой идеи — создать своими руками то, что уже создала природа? Здесь придется сделать некоторое историческое отступление. Вид человеческий существует около ста тысяч лет. Что видел первый человек? Всплеск воды, полет птицы, бег животного, дуновение ветра. И, естественно, в начале своей творческой деятельности человек учился строить у природы. Звери, рыбы, птицы «подсказывали» тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него «инженерные задачи». А современный человек? Окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей он снова идет «на поклон» к природе. Почему? Потому что и теперь, человек подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравне­нию со всеми известными в науке. Именно с целеустремленного «подглядывания» за природой родилась новая наука — бионика Название этой науки происходит от древнегреческого слова «бион» — ячейка жизни Занимается она изучением биологических систем и процессов с целью применить полученные знания для решения инженер­ных задач. Результатами бионических исследований и были те удивительные дан­ные, которые приведены в самом начале. Такое внимательное, придирчивое хрупкое наблюдение очень нужно и науке, и технике, нужно для умения строить неживое как живое. Обращали ли вы внимание на то, что чем сложнее сооружение, тем резче понижается его устойчивость? Наверное, обращали. За примера­ми далеко ходить не следует. Каждый понимает, что построить одноэтажный дом проще, чем, допустим, «Атомиум», стоявший в Брюсселе на Всемирной выставке. Не вызывает сомнения и то, что один кирпич в здании устойчивее, крепче, чем все гигантское здание, собранное из многих кирпичей. А в живой природе? Сам организм в целом выше каждого своего кирпичика в отдельности. Вот почему живое способно к выживанию. Чем это объяснить? Ученые пока до конца не знают. Но с разных сторон всё чаще и все чувствительнее атакует бионика этот издавна неприступный бастион — единицу живого. При этом стремятся не к слепому подражанию, к заимствованию всех характеристик биологических объектов, а к критическому, строгому отбору полезных для техники свойств. Бионика, отталкиваясь от биологического «прототипа», разрабатывает такие модели, которые имеют конкретное практическое применение. Моделировать интересно и нужно, говорят специалисты, лишь те функции, которые повышают гибкость, надёжность, экономичность системы или процесса.  

Самой сложной биологической системой, выполняющей разнообразные и, казалось бы, непохожие функции по правлению и переработке сигналов, издавна признана нервная система. На протяжении развития биологической науки нервную систему изучали и изучают буквально со всех сторон». В результате выяс­нили, что многие ее особенности свя­заны со структурными особенностями нервных клеток — нейронов. Почему бы не попытаться и биони­ке создать техническую систему управ­ления, которая приближалась бы по режиму работы к нервной системе? Что для этого нужно? Прежде всего попробовать моделировать основной ее «кирпичик» нейрон. И такие моде­ли многое помогли выяснить.  Нейрон живого организма обычно находит­ся в двух состояниях: либо в спокойном (тор­можение), либо в  возбужденном (возбужде­ние). Специалисты говорят, что в упрощенном представлении эти функции нейрона можно сравнить с радиоэлектронным двухпозицион­ным элементом, работающим по схеме «включено — выключено». Им может быть и лампа и реле, и транзистор. Из нейронов «строятся» нервы, являющие­ся для организма не чем иным, как провода­ми — линиями связи между организмом в целом, отдельными органами и участками организма. Другими словами, провода-нервы связывают организм с внешней средой.

Эхолокация животных, в частности летучих мышей, помогла разга­дать и природу «локационной системы» у слепых людей. Оказывается, ориентация по звуку своего голоса, позволяет слепым не только нахо­дить дорогу без палки, но и различать «по звуку» материалы: дерево, металл, ткани.

Не удивляйтесь, что бионики в течение многих лет изучали, какую скорость развивают некоторые степные животные, птицы, насекомые, рыбы. Ведь известно — человек давно «перекрыл» скоростные рекорды и голубой акулы, делающей до 70 км/час, и самых быстроногих кузне­чиков, которые могут скакать со скоростью в пределах от 10 до 60 км/час!

Но инженеров-транспортников интересуют задачи маневренности, гибкости управления, которые «мимолетно» решают и птицы, и рыбы, и насекомые.

Японские инженеры и биологи установили в результате многочис­ленных экспериментов, что форма кита лучше, совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское «китоподобное» судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощ­ности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъем­ность остались теми же.

Помогает бионика и химикам. Химики-органики, изучающие и созда­ющие полимерные материалы, большое внимание уделяют «технологии» природы, когда она создает чрезвычайно сложные химические соеди­нения. И на основе опять-таки примера природы сейчас работают «жи­вые фабрики». Здесь получают антибиотики, витамины, белки, жиры, аминокислоты.

А сколько ведется поисков в бионике! Ученые усиленно ищут биологи­ческие средства защиты от опасных излучений. Надеются построить жи­вые фильтры для очистки воды и почвы от радиоактивности.

Пришли к мысли и о биологизации производства: незачем пропадать «даровым» машинам и приборам природы. Давно известно, что хими­ческий состав растений может указать на присутствие полезных иско­паемых. Мед пчел — «сладкая карта», говорящая геологам о залежах руд в районе сбора нектара. В морях и океанах животные, водоросли, бактерии, микробы накапливают в своих организмах химические эле­менты. Нельзя ли это «морское население» заставить добывать ценные вещества для человека?

У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак ин­теграла. Этот союз биолога, техника и математика позволяет надеяться, что наука бионика проникает туда, куда не проникал еще никто, и уви­деть то, что не видел еще никто.

Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире техники. И самые неожиданные сюрпризы ждут нас в разработке различных приборов обнаружения, методах добычи полезных ископаемых и производства веществ. А в технике — и это­го ожидают — появятся такие системы управления, куда будут «встрое­ны» новые, биологические машины. Заглядывая далеко вперед, ученые предсказывают наступление под­линной биоэры. Контуры ее пытаются обрисовать уже сегодня, основы­ваясь на первых успехах бионики. В большой книге, рассказывающей о состоянии новой науки, говорится, что в будущем, по примеру живой природы, мы начнем строить орнитоптеры, быстроходные подводные лайнеры, вездеходы для путешествий по Луне, Марсу, Венере и другим планетам; воздвигать на Земле лучезарные города из домов - деревьев и сказочной красоты поселения на дне морей и океанов; свободно ори оптироваться в космосе, как птицы в воздухе; точно прогнозировать изменения погоды, наступление землетрясений и вулканических извержений; выращивать различные радиоэлектронные устройства, невиданные биомеханизмы, искусственные нейроны; строить белковые вычислительные машины... Прямое превращение солнечного света в одежду и про­дукты питания по образцу фотосинтеза, происходящего в каждом зеле­ном листе... Вместо громоздких машин — искусственные мышцы... Управление самолетами, станками, автомобилями и ракетами простым усилием воли, мысли, без всяких штурвалов и рулей...

В. Пекелис

©NesterOff.2005