Бионика

(от греч. biōn — элемент жизни, буквально — живущий)

        наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Б. тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками — электроникой, навигацией, связью, морским делом и др.

         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. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по Б., который официально закрепил рождение новой науки.

         Основные направления работ по Б. охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток — нейронов — и нейронных 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.

         Исследования нервной системы показали, что она обладает рядом важных и ценных особенностей и преимуществ перед всеми самыми современными вычислительными устройствами.

Эти особенности, изучение которых очень важно для дальнейшего совершенствования электронно-вычислительных систем, следующие:

1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в которой она поступает (например, от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и других особенностей голоса и т.п.).

2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технических систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или нескольких деталей; при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется).

3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010—1011 объём мозга человека 1,5 дм3. Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в несколько сот, а то и тысяч м3.

4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает нескольких десятков вт.

5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.

         Исследования анализаторных систем. Каждый Анализатор животных и человека, воспринимающий различные раздражения (световые, звуковые и др.), состоит из рецептора (или органа чувств), проводящих путей и мозгового центра. Это очень сложные и чувствительные образования, не имеющие себе равных среди технических устройств. Миниатюрные и надёжные датчики, не уступающие по чувствительности, например, глазу, который реагирует на единичные кванты света, термочувствительному органу гремучей змеи, различающему изменения температуры в 0,001°С, или электрическому органу рыб, воспринимающему потенциалы в доли микровольта, могли бы существенно ускорить ход технического прогресса и научных исследований.

         Ведутся работы по имитации слухового анализатора человека и животных.

         Перспективно, вероятно, устройство не только технических аналогов органов чувств животных, но и технических систем с биологически чувствительными элементами (например, глаза пчелы — для обнаружения ультрафиолетовых и глаза таракана — для обнаружения инфракрасных лучей).

         Большое значение в техническом конструировании имеют т. н. Персептроны — «самообучающиеся» системы, выполняющие логические функции опознавания и классификации. Они соответствуют мозговым центрам, где происходит переработка принятой информации. Большинство исследований посвящено опознаванию зрительных, звуковых или иных образов, т. е. формированию сигнала или кода, однозначно соответствующего объекту. Опознавание должно осуществляться независимо от изменений изображения (например, его яркости, цвета и т.п.) при сохранении его основного значения. Такие самоорганизующиеся познающие устройства работают без предварительного программирования с постепенной тренировкой, осуществляемой человеком-оператором; он предъявляет изображения, сигнализирует об ошибках, подкрепляет правильные реакции. Входное устройство персептрона — его воспринимающее, рецепторное поле; при опознавании зрительных объектов — это набор фотоэлементов.

         После периода «обучения» персептрон может принимать самостоятельные решения. На основе персептронов создаются приборы для чтения и распознавания текста, чертежей, анализа осциллограмм, рентгенограмм и т.д.

         Исследование систем обнаружения, навигации и ориентации у птиц, рыб и других животных — также одна из важных задач  бионики, т.к. миниатюрные и точные воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, находить добычу, совершать миграции за тысячи км, могут помочь в совершенствовании приборов, используемых в авиации, морском деле и др.

Ультразвуковая локация обнаружена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов).

         Исследование морфологических особенностей живых организмов также даёт новые идеи для технического конструирования.

         Новая технология на основе биохимических процессов, происходящих в организмах, — также, по существу, проблема бионики. В этом плане большое значение имеет изучение процессов Биосинтеза, биоэнергетики, т.к. энергетически биологические процессы (например, сокращение мышц) чрезвычайно экономичны.

Одновременно с прогрессом техники, который обеспечивается успехами бионики, она приносит пользу и самой биологии, т.к. помогает активно понять и моделировать те или иные биологические явления или структуры

Приглашаем Вас продолжать  исследования в этой области в рамках  изучения компетенции и  создания  новых  моделей бионики.

Отправьте заявку на компетенцию и мы свяжемся с Вами в ближайшее время!

Последние новости

4 смена в Артеке завершилась.

В «Артеке» завершилась 4 смена «Мы – дети Галактики». За 21 день ребята открыли для себя мир высоких технологий и стали ближе к космосу. Участниками смены стали более 2500 детей из 73 российских регионов. Это была яркая, интересная смена. Артековцы приняли участие в фестивале высоких технологий «Время первых» и конкурсе чтецов. Обучались программированию, создавали летательные аппараты и беспилотные модели автомобилей. Ребята отметили Международный день спорта, открыли для себя мир высоких технологий, приблизились к космосу и стали частью большой артековской семьи. Спасибо за смену, артековцы! Спасибо за тягу к знаниям, стремление двигаться вверх, искренние улыбки, радость, яркие эмоции. Эта смена показала, что именно вы - дети Галактики. И вам строить наше космические будущее. Помните, что расставание происходит для того, чтобы встретиться вновь. Цените и помните каждое мгновение, каждый час, каждый день.

Фестиваль науки и технологий в Артеке

В Артеке традиционно 3-4 апреля прошел Фестиваль технологий и технического творчества «Время первых». Фестиваль – это комплексное мероприятие в сфере технико-технологического творчества, направленное на подготовку подрастающего поколения к проектной, инженерной, изобретательской и рационализаторской деятельности, сохранение и развитие интеллектуального потенциала для инновационной экономики России. В программе фестиваля прошли мероприятия: Чемпионат по киберспорту, КВН-батл «Научный стендап», выставка «Космические технологии на службе человечества» и множество разнообразных мастер-классов от партнеров Артека. На площадке ЛИНТЕХ школьники научились связываться со спутниками через специальную антенну и получили звуки из спутника; запустили коптеры, построили собственные ракеты, научились делать световые мечи, посостязались в соревнованиях по робофутболу, защитили свои проекты на научно-практической конференции. А на вечернем шоу «Техно-Ночь Звездный путь» ребята приняли участие в световых инсталляциях, шоу дронов и запуске ракет, выполненных своими руками.

Результаты первого дня

4 августа программа международной стажировки " SchoolSkills" прошла на базе Сколково. Участники Круглого стола поделились опытом реализации предпрофессионального образования, обсудили концептуальное и методическое обеспечение формирования готовности обучающихся к профессиональному самоопределению. Особый интерес вызвала у всех площадка проекта- Лицей 180 г.Нижний Новгород с опытом работы по организации профессиональных проб в условиях инновационного ресурсного центра SchoolSkills. Преподаватели также приняли участие в практических модулях по работе на инженерном оборудовании ЦМИТ "РобоСКАРТ" в Технопарке Сколково; в практических занятиях по организации участия школьников в чемпионатах профессионального мастерства Абилимпикс, SchoolSkills, Мастер Профи, WorldSkills Russia, WorldSkills Russia Juniors. Школьники прошли Инженерный интенсив, а также приняли участие в учебно-тренировочных сборах по компетенциям «Мобильная робототехника», «Интернет вещей», «Программирование». «Первый день международной стажировки "SchoolSkills" прошел очень насыщенно. Обмен опытом по вопросам формирования готовности обучающихся к профессиональному самоопределению, роль в этом профпроб и возможности ресурсного центра SchoolSkills позволил выявить ряд общих проблем и наметить пути их решения. Особый интерес вызвала экскурсия в ЦМИТ "РобоСКАРТ" Сколково. Здесь можно было увидеть и поработать на современном инструментарии для развития инженерного мышления. Практикум по организации участия школьников в чемпионатах профессионального мастерства позволил взглянуть на проблему профессионального самоопределения под другим углом, расширил арсенал методических приемов и методов». Елена Ивановна Николаева, заместитель директора ГБОУ города Омска «Инженерно-технологический лицей № 25».

Новые уроки технологии в вашей школе

Мы предлагаем всё, что нужно школе для организации ранней профессиональной ориентации и профессиональной подготовки в рамках уроков Технологии или в качестве дополнительного образования. В проекте используются передовые технологии от российских производителей и инновационные образовательные практики.

Контакты

E-mail: info@schoolskills.ru
Тел.: 8 (495) 587-40-58
         8 (800) 201-06-53
Адрес: 143025, Москва, Инновационный центр "Сколково", "ТЕХНОПАРК", Большой бульвар, д.42, стр.1
Как добраться