Что такое бионика? Какие задачи решает бионика?

Бионика — прикладная наука, объединяющая биологию и кибернетику, решающая инженерные задачи на основании анализа структуры и жизнедеятельности живых организмов.

Возникновение бионики

В процессе эволюции и естественного отбора живые организмы развили хорошо адаптированные структуры, материалы, выработали особые качества. Люди перенимают опыт у природы и используют его в создании инструментов и приборов.

Бионика неразрывно связана с другими науками, такими как:

• биология;
• кибернетика;
• химия;
• физика;
• электроника;
• навигация;
• инженерные направления (связь, морское дело, протезирование и др.).

Термин происходит от греческого bion («ячейка жизни»). Так науку называют в России, за рубежом у неё есть другое наименование — биомиметика (biomimetics), от латинских понятий bios — «жизнь» и mimesis — «подражание».

Несмотря на то, что примеры использования опыта природы в технических решениях известны давно, датой появления биомиметики считается 13 сентября 1960 года: в этот день в США прошёл симпозиум «Живые прототипы искусственных систем — ключ к новой технике», который официально зафиксировал название науки. Наименование мероприятия стало девизом направления, а эмблемой — паяльник, скальпель и соединяющий их символ интеграла.

Биомиметика разделяется на три составляющие:

• биологическую — изучает природные процессы;
• теоретическую — выстраивает математические модели;
• техническую — применяет созданные модели для решения инженерных задач.

Примеры достижений бионики

Родоначальником науки считается Леонардо да Винчи. Именно ему принадлежит первая зафиксированная идея применения результатов наблюдений за живой природой для создания механизмов. В 1485–1487 годах да Винчи разработал проект летательного аппарата с машущими крыльями, как у птиц, — орнитоптера.

Прототипом современных самолётов также является парящая птица, а форма поездов и идея метро скопированы с земляных червей.

Первым архитектурным памятником биомиметики можно считать Эйфелеву башню. Конструкция основания имеет строение, схожее с берцовой костью человека, благодаря чему обладает высокой прочностью.

Инженер из Швейцарии Жорж де Местраль заинтересовался репьём, который постоянно прицеплялся к шерсти его собаки во время прогулок. Рассмотрев элементы растения, он обнаружил множество маленьких крючков, за счёт которых плоды накрепко «прилипают» к волосам и одежде. Так возникла идея создания застёжки-велкро. После долгих 14 лет испытаний, в 1955 году Местраль запатентовал своё изобретение. Удобная «липкая» лента применяется при изготовлении одежды, обуви, сумок и прочего.

Акулы передвигаются с высокой скоростью. Согласно наблюдениям, шкура хищной рыбы оказалась шершавой и покрытой множеством небольших зубчатых чешуек с микроскопическими бороздками. Распределяемые через них встречные потоки воды и позволяют развивать большую скорость. Покрытие, подобное акульей шкуре, было опробовано на обшивке самолёта компанией Cathay Pacific. Пробные полёты показали снижение аэродинамического сопротивления на 6%, что давало возможность экономить 350 тонн топлива в год. Но стоимость покрытия посчитали слишком высокой и производство свернули.

Материал с поверхностью, подобной акульей шкуре, используется при изготовлении комбинезонов для плавания. Другое свойство рифлёных чешуек морского хищника — антипаразитарное — применяют для обшивки кораблей.

Создатели глубоководных аппаратов, искавшие пути уменьшения сопротивления воды, выяснили, что форма кита наиболее эффективна для корпуса подводных лодок и судов. Субмарины, обводы которых имели китообразные очертания, развивали очень высокие скорости. Японские инженеры применили пропорции морского млекопитающего при построении океанского лайнера. Результат эксперимента показал: уменьшенная на 15% мощность мотора могла обеспечить кораблю прежнюю грузоподъёмность и скорость.

Наблюдая за летучими мышами, люди открыли эхолокацию — способность ориентироваться в пространстве по отражённому звуку. Специальные наушники, получающие эхо от ультразвуковых сигналов, помогают в передвижении слепым людям.