¡Los ejemplos de biónica deben ser detallados! ¡Gracias!

1. Un pequeño analizador de gases muy peculiar fue copiado de una mosca desagradable. Se ha instalado en la cabina de la nave espacial para detectar la composición del gas en la cabina.

2. De las luciérnagas a la luminiscencia artificial;

3. Peces eléctricos y baterías de voltios;

4. Las orejas de las medusas a favor del viento se basan en la estructura y función de las orejas de las medusas. El predictor de tormentas en las orejas de las medusas está diseñado para predecir tormentas con 15 horas de antelación, lo que es de gran importancia para la seguridad de la navegación y la pesca.

5. Basándose en el principio visual de los ojos de rana, la gente ha desarrollado con éxito un ojo de rana electrónico. Este ojo de rana electrónico puede identificar con precisión objetos de formas específicas, al igual que los ojos de rana reales. Después de instalar ojos de rana electrónicos en el sistema de radar, la capacidad antiinterferencia del radar mejora considerablemente. Este sistema de radar puede identificar de forma rápida y precisa aviones, barcos, misiles, etc. de formas específicas. En particular, puede distinguir entre misiles reales y falsos para evitar que los falsos se confundan con los reales.

Los ojos de rana electrónicos también se utilizan mucho en aeropuertos y arterias de tráfico. En el aeropuerto, puede controlar el despegue y el aterrizaje de los aviones y, si detecta que el avión está a punto de colisionar, puede emitir una alarma a tiempo. En las arterias de tráfico, puede dirigir el movimiento de los vehículos y prevenir colisiones de vehículos.

6. Basándose en el principio del localizador ultrasónico de murciélagos, la gente también imitó al "pionero" para personas ciegas. Este tipo de localizador está equipado con un transmisor ultrasónico que las personas ciegas pueden utilizar para encontrar postes eléctricos, escalones, personas en puentes, etc. Hoy en día se han fabricado "gafas de ultrasonido" con funciones similares.

7. Simulando el fotosintetizador incompleto de las cianobacterias, se diseñará un dispositivo biomimético de fotólisis de agua para obtener una gran cantidad de hidrógeno.

8. A partir de investigaciones sobre el sistema músculo esquelético humano y el control bioeléctrico, se ha imitado un dispositivo de mejora humana: una máquina para caminar.

9. Los ganchos de las grúas modernas se originaron a partir de las patas de muchos animales.

10. Las ondulaciones del techo imitan escamas de animales.

11. Los remos imitan las aletas de un pez.

12. La sierra se aprende del brazo de mantis o hierba de sierra.

13. La planta Xanthium inspiró el velcro.

14. Las langostas con un sensible sentido del olfato brindan ideas para que las personas construyan detectores de olores.

15. Los dedos de los pies de Gecko ofrecen perspectivas alentadoras para hacer cinta adhesiva que pueda usarse una y otra vez.

16. Bay usa sus proteínas para crear un coloide que es tan fuerte que podría usarse en todo, desde suturas quirúrgicas hasta reparaciones de embarcaciones.

Buena suerte

Los biólogos han producido hilos de seda avanzados a través de la investigación sobre la seda de araña, que son cables resistentes al desgarro y de alta resistencia para paracaídas y puentes colgantes temporales. Los barcos y submarinos proceden de imitaciones de peces y delfines.

Los misiles Sidewinder y otras armas modernas desarrolladas por científicos imitan la función de "ojo caliente" de la serpiente y la capacidad natural de detección de infrarrojos de un dispositivo similar a una cámara dispuesto en su lengua.

El cohete despega siguiendo el principio de retroceso de las medusas y las sepias.

Investigadores científicos han desarrollado muchos equipos de camuflaje militar para las tropas estudiando la capacidad de los camaleones para cambiar de color.

Los científicos estudiaron los ojos de las ranas e inventaron los ojos de rana electrónicos.

Las termitas no sólo usan adhesivo para construir sus montículos, sino que también pueden rociar adhesivo a sus enemigos a través de pequeños tubos en sus cabezas. Entonces la gente hizo un arma funcional basándose en el mismo principio: un trozo de bala de cañón de pegamento seco.

La Fuerza Aérea de Estados Unidos ha desarrollado un sensor térmico en miniatura a través de la función "heat eye" del Viper.

Los técnicos textiles chinos utilizaron los principios de la biónica y la estructura del pelaje de los animales terrestres para diseñar un tejido aislante térmico KEG que tiene funciones resistentes al viento y conductoras de la humedad.

Basándose en el principio de que la mejilla de una serpiente de cascabel puede sentir un cambio de temperatura de 0,001°C, los humanos inventaron el misil de seguimiento y persecución de serpientes de cascabel. Los humanos también diseñaron un carnero sapo utilizando el principio de la rana saltadora. Los humanos imitan el muy sensible sentido del olfato de los perros policía para crear "perros policía electrónicos" para la detección. Los científicos fabricaron las primeras máscaras antigás del mundo basándose en la capacidad única de la nariz del jabalí para detectar veneno

Respuesta: huhan951753 | Nivel 2 | 2007-4-10 16:56

Qué Cuál es el secreto de la descarga eléctrica del pez? Después de una investigación anatómica sobre el pez eléctrico, finalmente se descubrió que hay un extraño órgano generador de energía en el cuerpo del pez eléctrico. Estos generadores están hechos de muchas células translúcidas en forma de disco llamadas electroplacas o electrodiscos. Debido a que existen diferentes tipos de peces eléctricos, la forma, ubicación y cantidad de paneles eléctricos del generador son diferentes. El generador de la anguila eléctrica es prismático y está ubicado en los músculos a ambos lados de la columna de la cola; el generador del rayo eléctrico tiene forma de riñón plano, dispuesto a ambos lados de la línea media del cuerpo, con un total de 2 millones de placas eléctricas; Generador eléctrico del bagre Originarios de una especie de glándula, situada entre la piel y los músculos, existen alrededor de 5 millones de placas eléctricas. El voltaje generado por una sola placa eléctrica es muy débil, pero como hay muchas placas eléctricas, el voltaje generado es muy grande.

Respuesta: Alto 123 Alto | Nivel 1 | 2007-4-10 20:02

Las moscas propagan bacterias y todo el mundo las odia. Sin embargo, las alas de la mosca (también llamadas barras de equilibrio) son "navegadores naturales" y la gente las imitaba para fabricar "giroscopios vibratorios".

Este tipo de instrumento se ha utilizado en cohetes y aviones de alta velocidad para realizar la conducción automática. El ojo de la mosca es una especie de "ojo compuesto", que consta de más de 3.000 ojos pequeños. La gente lo imita para fabricar "lentes de ojo de mosca". Una "lente de ojo de mosca" se compone de cientos o miles de lentes pequeñas dispuestas cuidadosamente entre sí. Puede usarse como lente para crear una "cámara de ojo de mosca", que puede tomar miles de fotografías iguales a la vez. Este tipo de cámara se ha utilizado en la fabricación de planchas de impresión y en la reproducción a gran escala de pequeños circuitos en computadoras electrónicas, mejorando enormemente la eficiencia y la calidad del trabajo. La "lente ojo de mosca" es un nuevo tipo de componente óptico que tiene muchos usos.

La biónica humana tiene una larga historia

Desde la antigüedad, la naturaleza ha sido la fuente de diversas ideas tecnológicas humanas, principios de ingeniería e inventos importantes. Una amplia variedad de seres vivos han pasado por un largo proceso de evolución que les ha permitido adaptarse a los cambios del entorno y así sobrevivir y desarrollarse. El trabajo crea seres humanos. Con su cuerpo erguido, sus manos capaces de trabajar y su lenguaje para comunicar emociones y pensamientos, el ser humano ha promovido el alto desarrollo del sistema nervioso, especialmente del cerebro, en prácticas productivas de largo plazo. Por lo tanto, las habilidades e inteligencia incomparables de los seres humanos superan con creces a todos los grupos del mundo biológico. Los seres humanos utilizan su ingenio y sus diestras manos para fabricar herramientas mediante el trabajo, obteniendo así una mayor libertad en la naturaleza. La sabiduría humana no sólo se limita a observar y comprender el mundo biológico, sino que también utiliza las capacidades únicas de pensamiento y diseño de los seres humanos para imitar los seres vivos y aumentar sus capacidades mediante el trabajo creativo. Los peces tienen la capacidad de entrar y salir libremente en el agua, por lo que la gente imita la forma de los peces para construir botes, usando remos de madera para imitar aletas. Se dice que ya en el período Dayu, los trabajadores de la antigua mi patria observaban peces nadando y girando en el agua con el movimiento de sus colas, y colocaban remos de madera en la popa del barco. A través de repetidas observaciones, imitaciones y prácticas, gradualmente cambió a remos y timones, aumentó la potencia del barco y dominó los medios para girarlo. De esta manera, la gente puede hacer que los barcos naveguen libremente incluso en ríos agitados.

Los pájaros pueden volar libremente en el aire con las alas extendidas. Según "Han Feizi", Luban hizo un pájaro con bambú y madera, y "voló y permaneció allí durante tres días". Sin embargo, la gente espera imitar las alas de los pájaros para que puedan volar por el aire. Hace más de cuatrocientos años, el italiano Leonardo da Vinci y sus ayudantes diseccionaron cuidadosamente aves, estudiaron sus estructuras corporales y observaron atentamente su vuelo. Diseñó y construyó un ornitóptero, la primera máquina voladora construida por el hombre.

Los inventos e intentos anteriores de imitar estructuras y funciones biológicas pueden considerarse los pioneros de la biónica humana y el germen de la biónica.

Durante mucho tiempo, los seres vivos han vivido en la naturaleza rodeados de sonido. Utilizan el sonido para encontrar alimento, escapar de los enemigos, cortejar y reproducirse. Por tanto, el sonido es una información importante para que los seres vivos sobrevivan. El italiano Spallanzani descubrió hace tiempo que los murciélagos pueden volar libremente en completa oscuridad, evitando obstáculos y cazando insectos en vuelo, sin embargo, después de taparles las orejas, serán incapaces de moverse en la oscuridad. Ante estos hechos, Palanzani llegó a una conclusión difícil de aceptar para la gente: los murciélagos pueden "ver" con sus oídos. Después de la Primera Guerra Mundial, en 1920 Hardy creía que la frecuencia de las señales sonoras emitidas por los murciélagos estaba más allá del rango auditivo del oído humano. También propuso que el método de posicionamiento del objetivo del murciélago es el mismo que el método de posicionamiento por eco ultrasónico inventado por Langevin durante la Primera Guerra Mundial. Desafortunadamente, el consejo de Hardy pasó desapercibido y a los ingenieros les resultó difícil creer que los murciélagos tuvieran tecnología de "ecolocalización". No fue hasta el uso de instrumentos de medición electrónicos en 1983 que se confirmó completamente que los murciélagos se localizan emitiendo ondas ultrasónicas. Pero esto ya no ayudó con los primeros inventos del radar y el sonar.

Otro ejemplo es el estudio del comportamiento de los insectos que llegó demasiado tarde. 400 años después de que Leonardo da Vinci estudiara el vuelo de las aves y construyera el primer avión, después de una larga y repetida práctica, la gente finalmente inventó el avión en 1903, lo que permitió a la humanidad hacer realidad su sueño de volar hacia el cielo. Gracias a la mejora continua, 30 años después, los aviones humanos superaron a las aves en términos de velocidad, altitud y distancia de vuelo, demostrando la sabiduría y el talento humanos. Pero al seguir desarrollando aviones que vuelen más rápido y más alto, los diseñadores encontraron otro problema: el fenómeno del aleteo en la aerodinámica. Cuando un avión vuela, se producen vibraciones nocivas en sus alas. Cuanto más rápido vuela, más fuerte se vuelve el aleteo de las mismas, provocando incluso que las alas se rompan, provocando que el avión se estrelle y muchos pilotos de pruebas pierdan la vida. Los diseñadores de aviones dedicaron muchos esfuerzos a eliminar los fenómenos dañinos de aleteo y les llevó mucho tiempo encontrar una solución a este problema. Un dispositivo de lastre situado justo lejos del borde de ataque del ala elimina las vibraciones nocivas. Sin embargo, los insectos han estado volando en el aire hace 300 millones de años y no son una excepción al daño del aleteo. Después de un largo período de evolución, los insectos han obtenido con éxito métodos para prevenir el aleteo. Cuando los biólogos estudiaban las alas de las libélulas, descubrieron que había un área córnea oscura y engrosada sobre el borde anterior de cada ala: un ojo de ala o un nevo de ala. Si se quitaran los ojos de las alas, el vuelo se volvería errático. Los experimentos han demostrado que es el tejido córneo del ojo del ala el que elimina el daño del aleteo en las alas voladoras de las libélulas. Esto es muy similar al magnífico invento del diseñador. Si los diseñadores aprenden primero la función de los ojos de las alas de los insectos y obtienen ideas de diseño que sean beneficiosas para resolver el aleteo, podrán evitar exploraciones a largo plazo y sacrificios de personal.

Frente a los ojos de las alas de una libélula, los diseñadores de aviones sienten como si se hubieran conocido en una fecha tardía.

Los tres ejemplos anteriores invitan a la reflexión y han inspirado mucho a la gente. Mucho antes de que los humanos aparecieran en la Tierra, varias criaturas habían estado viviendo en la naturaleza durante cientos de millones de años. Durante su larga evolución en su lucha por la supervivencia, adquirieron la capacidad de adaptarse a la naturaleza. La investigación biológica puede demostrar que los mecanismos extremadamente precisos y completos formados por los organismos durante su evolución les permiten adaptarse a los cambios del entorno interno y externo. El mundo biológico tiene muchas habilidades fructíferas. Como la biosíntesis en el cuerpo, la conversión de energía, la recepción y transmisión de información, el reconocimiento del mundo exterior, la navegación, el cálculo y síntesis direccional, etc., muestran muchas ventajas incomparables con las máquinas. La pequeñez, la sensibilidad, la velocidad, la eficiencia, la confiabilidad y la antiinterferencia de los seres vivos son realmente asombrosas.

El puente que conecta la biología y la tecnología

Desde que James Watt (1736-1819) inventó la máquina de vapor en 1782, la gente ha adquirido una poderosa motivación en la lucha por la producción. En términos de tecnología industrial, básicamente resolvió los problemas de conversión, control y utilización de energía, desencadenando así la primera revolución industrial. Varias máquinas surgieron como hongos después de una lluvia. El desarrollo de la tecnología industrial amplió y mejoró enormemente las capacidades de los seres humanos. La aptitud física libera a las personas del trabajo físico pesado. Con el desarrollo de la tecnología, la gente experimentó la era eléctrica después de la máquina de vapor y avanzó hacia la era de la automatización.

La llegada de las computadoras electrónicas en la década de 1940 agregó una valiosa riqueza al tesoro de la ciencia y la tecnología humanas. Pueden manejar decenas de miles de información diversa en manos de las personas con capacidades confiables y eficientes. El vasto océano de números e información. El uso de computadoras y dispositivos automáticos puede hacer que las personas se sientan relajadas y ahorren trabajo frente a procesos de producción complicados. Pueden ajustar y controlar con precisión los procedimientos de producción para que las especificaciones del producto sean precisas. Sin embargo, el dispositivo de control automático funciona según procedimientos fijos establecidos por personas, lo que hace que su capacidad de control sea muy limitada. Los dispositivos automáticos carecen de la capacidad de analizar y responder de manera flexible al mundo exterior. Si ocurre alguna situación inesperada, el dispositivo automático dejará de funcionar o incluso puede ocurrir un accidente. Esta es una deficiencia grave del propio dispositivo automático. Para superar esta deficiencia, no se trata más que de permitir la "comunicación" entre los distintos componentes de la máquina y entre la máquina y el entorno, es decir, permitir que el dispositivo de control automático tenga la capacidad de adaptarse a los cambios en el sistema interno. y ambiente externo. Para resolver este problema, la tecnología de ingeniería debe resolver cómo aceptar y convertir. Cuestiones de utilización y control de la información. Por tanto, la utilización y el control de la información se han convertido en una importante contradicción en el desarrollo de la tecnología industrial. ¿Cómo resolver esta contradicción? El mundo biológico ha proporcionado una útil iluminación a la humanidad.

Para que el ser humano se inspire en los sistemas biológicos, primero necesita estudiar si los dispositivos biológicos y tecnológicos tienen las mismas características. La teoría del condicionamiento, que surgió en la década de 1940, contrastaba los seres vivos con las máquinas en un sentido general. En 1944, algunos científicos habían determinado que las máquinas y los organismos eran consistentes en una serie de cuestiones como la comunicación, el control automático y la mecánica estadística. Sobre la base de este entendimiento, en 1947 surgió una nueva disciplina: la cibernética.

Cibernética proviene del griego, y su significado original es “el timonel”. Según la definición de Norbef Wiener (1894-1964), uno de los fundadores de la cibernética, la cibernética es la ciencia del "control y la comunicación en animales y máquinas". Aunque esta definición es demasiado simple y es sólo un subtítulo del trabajo clásico de Wiener sobre cibernética, vincula directamente la comprensión que las personas tienen de los seres vivos y las máquinas.

El punto de vista básico de la cibernética es que existe una cierta integración entre los animales (especialmente los humanos) y las máquinas (incluidos diversos dispositivos de automatización para la comunicación, el control y el cálculo), es decir, cuando tienen allí Hay ciertas leyes únicas en el sistema de control. Según la investigación cibernética, los procesos de control de varios sistemas de control incluyen la transmisión, transformación y procesamiento de información. El funcionamiento normal del sistema de control depende del funcionamiento normal de la información. El llamado sistema de control se refiere a la combinación orgánica del objeto controlado y varios elementos de control, componentes y circuitos en un todo con determinadas funciones de control. Desde el punto de vista de la información, un sistema de control es una red o sistema de canales de información. Hay muchas similitudes entre los sistemas de control de las máquinas y los organismos vivos, por lo que la gente se ha interesado mucho en los sistemas biológicos automáticos y utiliza modelos físicos, matemáticos e incluso técnicos para realizar más investigaciones sobre los sistemas biológicos. Por lo tanto, la teoría del control se ha convertido en la base teórica para vincular la biología y la tecnología de la ingeniería. Convertirse en un puente entre los sistemas biológicos y los sistemas tecnológicos.

De hecho, existen claras similitudes entre los organismos vivos y las máquinas, y estas similitudes pueden manifestarse en diferentes niveles de estudio de los organismos vivos. Desde células individuales simples hasta sistemas de órganos complejos (como el sistema nervioso), existen varios procesos fisiológicos que se regulan y controlan automáticamente. Podemos pensar en los organismos como máquinas con habilidades especiales. La diferencia con otras máquinas es que los organismos tienen la capacidad de adaptarse al entorno externo y reproducirse.

Un organismo también puede compararse con una fábrica automatizada. Sus diversas funciones siguen las leyes de la mecánica; sus diversas estructuras funcionan de manera coordinada, pueden responder cuantitativamente a determinadas señales y estímulos, y pueden actuar como control automático, la organización se regula a sí misma; de forma autónoma con la ayuda de contactos de retroalimentación especializados. Por ejemplo, la temperatura corporal constante, la presión arterial normal, la concentración normal de azúcar en sangre, etc. en nuestro cuerpo son el resultado de la regulación por parte del complejo sistema de autocontrol del cuerpo. El surgimiento y desarrollo de la cibernética ha tendido un puente entre los sistemas biológicos y los sistemas técnicos, lo que ha provocado que muchos ingenieros busquen conscientemente nuevas ideas y principios de diseño a partir de los sistemas biológicos. Como resultado, ha habido una tendencia a que los ingenieros tomen la iniciativa de aprender conocimientos de ciencias biológicas para lograr resultados en el campo de la tecnología de ingeniería en el que colaboran con los biólogos.

El nacimiento de la biónica

Con las necesidades de producción y el desarrollo de la ciencia y la tecnología, desde la década de 1950, la gente se ha dado cuenta de que los sistemas biológicos son una de las principales formas de desarrollar nuevos tecnologías Considerar conscientemente el mundo biológico como la fuente de diversas ideas técnicas, principios de diseño e invenciones creativas. La gente utiliza la química, la física, las matemáticas y los modelos técnicos para realizar investigaciones en profundidad sobre los sistemas biológicos, lo que ha promovido el gran desarrollo de la biología y ha logrado rápidos avances en el estudio de los mecanismos funcionales de los organismos. En este punto, las criaturas simuladas dejan de ser una fantasía fascinante y se convierten en un hecho realizable. Los biólogos e ingenieros colaboraron activamente y comenzaron a utilizar el conocimiento adquirido en el mundo biológico para mejorar equipos técnicos y de ingeniería antiguos o crear nuevos. La biología comenzó a ingresar en las filas de la innovación tecnológica y la revolución tecnológica en todos los ámbitos de la vida, y primero logró el éxito en sectores militares como el control automático, la aviación y la navegación. Por lo tanto, las disciplinas de la biología y la tecnología de la ingeniería se combinaron e interpenetraron para dar origen a una nueva ciencia: la biónica.

Como disciplina independiente, la biónica nació oficialmente en septiembre de 1960. La primera conferencia sobre biónica la celebró la Fuerza Aérea de los EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea de Dayton en Ohio. El tema central discutido en la reunión fue "¿Se pueden utilizar los conceptos obtenidos del análisis de sistemas biológicos en el diseño de sistemas artificiales de procesamiento de información?" Steele llamó a la ciencia emergente "Biónica", que en griego significa estudio de la vida. Función En 1963, mi país tradujo "Biónica" como "biónica". Steele define la biomímesis como “la ciencia de imitar principios biológicos para construir sistemas técnicos, o hacer que sistemas técnicos artificiales tengan o se parezcan a características biológicas”. En definitiva, la biónica es la ciencia de imitar seres vivos. Para ser precisos, la biónica es el estudio de la estructura, las características, las funciones, la conversión de energía, el control de la información y otras características excelentes de los sistemas biológicos, y su aplicación a los sistemas técnicos, la mejora de los equipos de ingeniería técnica existentes y la creación de otros nuevos. sistemas técnicos como procesos tecnológicos, configuraciones de edificios y dispositivos de automatización. Desde una perspectiva biológica, la biónica es una rama de la "biología aplicada"; desde una perspectiva de tecnología de ingeniería, la biónica proporciona nuevos principios y nuevas tecnologías para el diseño y construcción de nuevos equipos técnicos basados ​​en el estudio de sistemas biológicos y nuevos enfoques. La gloriosa misión de la biónica es proporcionar a la humanidad los sistemas técnicos más confiables, flexibles, eficientes y económicos que se acerquen a los sistemas biológicos y beneficien a la humanidad.

Métodos de investigación y contenido de la biónica

La biónica es una ciencia de vanguardia emergente que es una combinación de biología, matemáticas y tecnología de ingeniería. La primera conferencia sobre biónica identificó un símbolo interesante y vívido para la biónica: un enorme símbolo integral que "integraba" un bisturí y un soldador. El significado de este símbolo no sólo muestra la composición de la biónica, sino que también resume el enfoque de investigación de la biónica.

La tarea de la biónica es estudiar las excelentes capacidades de los sistemas biológicos y los principios que los producen, modelarlos y luego aplicar estos principios para diseñar y fabricar nuevos equipos técnicos.

El principal método de investigación de la biónica es proponer modelos y realizar simulaciones. El proceso de investigación generalmente consta de las siguientes tres etapas:

La primera es la investigación de prototipos biológicos. De acuerdo con los temas específicos planteados en la producción real, se simplifican los datos biológicos obtenidos de la investigación, se absorbe el contenido que es beneficioso para los requisitos técnicos y se eliminan los factores irrelevantes para los requisitos técnicos de producción para obtener un modelo biológico; la segunda etapa es realizar el análisis matemático de los datos proporcionados, abstraer sus conexiones internas y utilizar el lenguaje matemático para "traducir" el modelo biológico en un modelo matemático con un cierto significado, finalmente, el modelo matemático crea un modelo físico; que se puede utilizar para experimentos en tecnología de ingeniería. Por supuesto, en el proceso de simulación biológica, no se trata solo de biónica simple, sino que, lo que es más importante, hay innovación en biónica. Después de muchas repeticiones de práctica (comprensión) y práctica nuevamente, las cosas simuladas pueden alinearse cada vez más con las necesidades de producción. Los resultados de dichas simulaciones harán que el equipo final de la máquina sea diferente del prototipo biológico y, en algunos aspectos, incluso superarán las capacidades del prototipo biológico. Por ejemplo, los aviones actuales superan la capacidad de vuelo de las aves en muchos aspectos, y las computadoras electrónicas son más rápidas y confiables que los cálculos humanos en cálculos complejos.

Los métodos de investigación básicos de la biónica le confieren una característica destacada en la investigación biológica: la integridad. Desde la perspectiva general de la biónica, considera la biología como un sistema complejo que puede comunicarse con el entorno interno y externo y controlarlo. Su misión es estudiar las interrelaciones entre las distintas partes de un sistema complejo y el comportamiento y estado de todo el sistema.

Las características más básicas de los seres vivos son su autorrenovación y autorreplicación, y su conexión con el mundo exterior es inseparable. Sólo cuando los organismos obtienen materia y energía del medio ambiente pueden crecer y reproducirse; sólo cuando los organismos reciben información del medio ambiente y se ajustan y sintetizan constantemente pueden adaptarse y evolucionar; El proceso evolutivo a largo plazo permite a los organismos alcanzar la unidad de estructura y función, y la coordinación y unidad de las partes y del todo. La biomímesis debe estudiar la relación cuantitativa entre los organismos y los estímulos externos (información de entrada), es decir, centrándose en la unidad de las relaciones cuantitativas, para poder realizar simulaciones. Para lograr este objetivo, cualquier método parcial no puede lograr resultados satisfactorios. Por tanto, el método de investigación de la biónica debe centrarse en el conjunto.

El contenido de investigación de la biónica es extremadamente rico y colorido, porque el mundo biológico en sí contiene miles de especies, que tienen varias estructuras y funciones excelentes para la investigación en diversas industrias. En los últimos veinte años desde la llegada de la biónica, la investigación en biónica se ha desarrollado rápidamente y ha logrado grandes resultados. Su ámbito de investigación puede incluir biónica electrónica, biónica mecánica, biónica arquitectónica, biónica química, etc. Con el desarrollo de la tecnología de ingeniería moderna, surgen muchas ramas de disciplinas y en biónica se llevan a cabo las correspondientes investigaciones técnicas en biónica. Por ejemplo: el departamento de navegación estudia la mecánica de fluidos del movimiento de los animales acuáticos; el departamento de aviación simula el vuelo de pájaros e insectos, y el posicionamiento y navegación de los animales; el departamento de ingeniería simula la biomecánica; el departamento de radiotecnología estudia las células nerviosas y sensoriales humanas; simulación de órganos y redes neuronales; simulación del cerebro mediante tecnología informática e investigación sobre inteligencia artificial, etc. Los temas típicos presentados en la primera conferencia sobre biónica incluyen: "¿Cuáles son las características de las neuronas artificiales?", "Problemas en el diseño de computadoras biológicas", "Uso de máquinas para reconocer imágenes", "Máquinas de aprendizaje", etc. Se puede observar que la investigación sobre biónica electrónica es relativamente extensa. Los temas de investigación en biónica se centran principalmente en el estudio de los tres prototipos biológicos siguientes: la función general de los órganos sensoriales, las neuronas y el sistema nervioso de los animales. Posteriormente también se llevaron a cabo investigaciones en biónica mecánica y biónica química. En los últimos años han surgido nuevas ramas, como la biónica del cuerpo humano, la biónica molecular y la biónica espacial.

En resumen, el contenido de investigación de la biónica cubre una gama más amplia de contenidos, desde la biónica molecular que simula el mundo microscópico hasta la biónica cósmica macroscópica. La ciencia y la tecnología actuales se encuentran en una nueva era en la que varias ciencias naturales están altamente integradas, entrelazadas e infiltradas. La biomímesis combina la investigación y la práctica de la vida a través de métodos de simulación y también juega un papel importante en el desarrollo de la biología. efecto. Bajo la penetración e influencia de otras disciplinas, los métodos de investigación de las ciencias biológicas han sufrido cambios fundamentales y el contenido también se ha profundizado desde el nivel de descripción y análisis hasta la dirección de precisión y cuantificación. El desarrollo de las ciencias biológicas utiliza la biónica como canal para entregar información valiosa y ricos nutrientes a diversas ciencias naturales y técnicas, acelerando el desarrollo de la ciencia. En este momento, la investigación científica de la biónica muestra una vitalidad infinita, y su desarrollo y logros harán una enorme contribución al desarrollo de la ciencia y la tecnología en general en el mundo.

El ámbito de investigación de la biónica

El ámbito de investigación de la biónica incluye principalmente: biónica mecánica, biónica molecular, biónica energética, biónica de información y control, etc.

◇La biónica mecánica estudia e imita las propiedades estáticas de la estructura gruesa y fina de los organismos vivos, así como las propiedades dinámicas del movimiento relativo de cada componente del cuerpo vivo en el cuerpo y el movimiento. del cuerpo vivo en el medio ambiente. Por ejemplo, los edificios de luces largas y delgadas que imitan conchas marinas y columnas que imitan estructuras de fémur no sólo eliminan las áreas donde se concentra particularmente la tensión, sino que también utilizan la menor cantidad de materiales de construcción para soportar la carga máxima. En el ejército, se imita la estructura de surcos de la piel de delfín y se aplica piel de delfín artificial al caparazón del barco, lo que puede reducir las corrientes de navegación y aumentar la velocidad de navegación.

◇La biónica molecular es el estudio y; Simulación de enzimas en organismos vivos. Catálisis, selectividad y permeabilidad de membranas biológicas, análisis y síntesis de macromoléculas biológicas o sus análogos, etc. Por ejemplo, después de aclarar la estructura química de la hormona atrayente sexual de la polilla gitana, una plaga del bosque, se sintetizó un compuesto orgánico similar que puede atrapar y matar insectos macho en una trampa para insectos de campo con una diezmillonésima parte de un microgramo; p>

◇La biónica energética es el estudio e imitación de los procesos de conversión de energía en organismos vivos como la bioluminiscencia de órganos bioeléctricos y la conversión directa de energía química en energía mecánica por parte de los músculos.

◇Biónica de información y control; es el estudio y simulación de sensaciones. El proceso de procesamiento de información en organismos vivos en términos de órganos, neuronas y redes neuronales, así como las actividades inteligentes de los centros de alto nivel. Por ejemplo, un "velocímetro de autocorrelación" basado en la respuesta optocinética de un gorgojo puede medir la velocidad de aterrizaje de un avión. Basado en el principio de funcionamiento de la red de supresión lateral de la retina del ojo compuesto del cangrejo herradura, se han desarrollado con éxito algunos dispositivos que pueden mejorar los contornos de la imagen, mejorar el contraste y así contribuir a la detección de objetivos borrosos. Se han establecido más de 100 tipos de modelos neuronales y se han construido nuevos ordenadores sobre esta base.

Imita el proceso de aprendizaje humano y crea una máquina llamada "perceptrón", que puede aprender cambiando el peso de las conexiones entre componentes mediante entrenamiento, logrando así el reconocimiento de patrones. Además, también estudia y simula mecanismos de control en sistemas biológicos como la homeostasis, el control de movimiento, la orientación y navegación de los animales, así como los aspectos biónicos de los sistemas hombre-máquina.

En alguna literatura, partes de la biónica molecular y de la energía se denominan biónica química, mientras que partes de la biónica de información y control se denominan neurobiónica.

El alcance de la biónica es muy amplio, y la biónica de información y control es un campo importante.

Por un lado, se debe a la necesidad de que la automatización avance hacia el control inteligente y, por otro, a que la ciencia biológica se ha desarrollado hasta tal punto que el estudio del cerebro se ha convertido en el mayor desafío para la neurociencia. El aspecto biónico de la inteligencia artificial y la investigación de robots inteligentes (investigación sobre el reconocimiento de patrones biológicos, investigación y simulación de procesos de aprendizaje, memoria y pensamiento del cerebro, problemas de control, confiabilidad y coordinación en organismos vivos, etc.) es el enfoque principal de la investigación en biónica.

El control está estrechamente relacionado con la biónica de la información y la cibernética biológica. Ambos estudian procesos de control e información en sistemas biológicos y ambos utilizan modelos de sistemas biológicos. Sin embargo, el objetivo de la primera es principalmente construir sistemas de hardware artificiales prácticos, mientras que la cibernética biológica busca explicaciones del comportamiento biológico basadas en los principios generales de la cibernética y las teorías de la ciencia técnica.

El uso más amplio de métodos de analogía, simulación y modelos es la característica más destacada de los métodos de investigación biónica. El objetivo no es replicar directamente cada detalle, sino comprender cómo funcionan los sistemas biológicos, con el propósito central de lograr funciones específicas. En general, se cree que existen los siguientes tres aspectos relacionados en la investigación biónica: prototipos biológicos, modelos matemáticos y modelos de hardware. El primero es el fundamento, el segundo es el propósito y el modelo matemático es el puente indispensable entre ambos.

Debido a la complejidad de los sistemas biológicos, descubrir el mecanismo de un determinado sistema biológico requiere un largo ciclo de investigación, y resolver problemas prácticos requiere una estrecha colaboración entre múltiples disciplinas durante un largo período de tiempo, lo que limita la Razón principal de la velocidad de desarrollo de la biónica.

El fenómeno de la biónica

Moscas y naves espaciales

Las molestas moscas parecen no tener nada que ver con la gran industria aeroespacial, pero el aprendizaje de la biónica las ha vinculado estrechamente .

Las moscas son conocidas como "cazadoras malolientes" y se pueden encontrar en cualquier lugar sucio y maloliente. Las moscas tienen un sentido del olfato especialmente sensible y pueden detectar olores a miles de metros de distancia. Pero una mosca no tiene "nariz", entonces, ¿cómo se basa en su sentido del olfato? Resulta que la "nariz" de la mosca, los receptores olfativos, se distribuyen en un par de antenas en la cabeza.

Cada "nariz" tiene sólo una "fosa nasal" conectada con el mundo exterior, que contiene cientos de células nerviosas olfativas. Si un olor entra en las "fosas nasales", estos nervios convierten inmediatamente la estimulación del olor en impulsos eléctricos nerviosos y los envían al cerebro. El cerebro puede distinguir diferentes sustancias odoríferas basándose en las diferencias en los impulsos eléctricos nerviosos generados por diferentes sustancias odoríferas. Por tanto, las antenas de la mosca actúan como un sensible analizador de gases.

Los científicos biónicos se inspiraron en esto y copiaron con éxito un pequeño analizador de gases muy peculiar basado en la estructura y función del órgano olfativo de la mosca. La "sonda" de este instrumento no es un metal sino una mosca viva. Consiste en insertar microelectrodos muy delgados en los nervios olfativos de las moscas, amplificar las señales nerviosas eléctricas guiadas por circuitos electrónicos y enviarlas al analizador; una vez que el analizador detecta la señal de sustancias olorosas, puede hacer sonar una alarma. Este instrumento ha sido instalado en la cabina de la nave espacial para detectar la composición del gas en el interior de la cabina.

Este pequeño analizador de gases también puede medir gases nocivos en submarinos y minas. Utilizando este principio, también se puede utilizar para mejorar el dispositivo de entrada de la computadora y los principios estructurales del analizador de cromatografía de gases.

De las luciérnagas a la luz fría artificial

Desde que el hombre inventó la luz eléctrica, la vida se ha vuelto mucho más cómoda y rica. Sin embargo, las lámparas eléctricas sólo pueden convertir una pequeña parte de la energía eléctrica en luz visible, y la mayor parte del resto se desperdicia en forma de energía térmica, y los rayos de calor de las lámparas eléctricas son perjudiciales para los ojos humanos. Entonces, ¿existe una fuente de luz que sólo emite luz pero no genera calor? El ser humano ha vuelto a centrar su atención en la naturaleza.

En la naturaleza existen muchos organismos que pueden emitir luz, como bacterias, hongos, gusanos, moluscos, crustáceos, insectos y peces, etc., y la luz que emiten estos animales no produce calor, por eso se la conoce como "luz fría".

Entre los muchos animales luminosos, las luciérnagas son uno de ellos. Hay alrededor de 1.500 especies de luciérnagas. Los colores de la luz fría que emiten varían del amarillo verdoso al naranja, y el brillo de la luz también varía. La luz fría emitida por las luciérnagas no solo tiene una alta eficiencia luminosa, sino que también la luz fría emitida es generalmente muy suave, lo cual es muy adecuada para el ojo humano, y la intensidad de la luz es relativamente alta. Por tanto, la bioluz es una luz ideal para los humanos.

Los científicos han descubierto que los emisores de luz de las luciérnagas se encuentran en su abdomen. Este emisor de luz consta de tres partes: una capa luminiscente, una capa transparente y una capa reflectante. La capa luminiscente contiene miles de células luminiscentes, todas las cuales contienen luciferina y luciferasa. Bajo la acción de la luciferasa, la luciferina se combina con el oxígeno para emitir fluorescencia con la participación de agua intracelular. El brillo de las luciérnagas es esencialmente el proceso de convertir la energía química en energía luminosa.

Ya en la década de 1940, la gente creó lámparas fluorescentes basadas en investigaciones con luciérnagas, lo que provocó grandes cambios en las fuentes de iluminación humana. En los últimos años, los científicos primero aislaron luciferina pura de los emisores de luz de las luciérnagas, luego aislaron la luciferasa y luego utilizaron métodos químicos para sintetizar artificialmente la luciferina. Una fuente de luz biológica mezclada con luciferina, luciferasa, ATP (trifosfato de adenosina) y agua se puede utilizar como linterna en minas llenas de gas explosivo. Dado que este tipo de luz no tiene fuente de energía y no genera un campo magnético, puede usarse para limpiar minas magnéticas bajo la iluminación de fuentes de luz biológicas.