¿Qué es la biónica?
La biomimética es una capacidad especial para imitar seres vivos, utilizando los principios estructurales y funcionales de los seres vivos para desarrollar maquinaria o diversas tecnologías nuevas. Biónica (imitando a los pájaros)
El término biónica fue acuñado por el estadounidense Steele en 1960 basándose en el latín "bios (que significa modo de vida)" y el sufijo "nlc ('que tiene las propiedades de... 'significado)" consiste en. Biónica es una palabra formada añadiendo la palabra griega bio, que significa vida, y ices, que significa tecnología de ingeniería. Sólo se ha utilizado desde aproximadamente 1960. Las funciones de los seres vivos son muy superiores a las de cualquier maquinaria fabricada artificialmente. La biomímesis es una disciplina que tiene como objetivo realizar y aplicar eficazmente funciones biológicas en ingeniería. Por ejemplo, en lo que respecta a la recepción de información (función sensorial), la transmisión de información (función nerviosa), el sistema de control automático, etc., la estructura y función de este organismo han dado una gran inspiración en el diseño mecánico. Ejemplos de biónica que se pueden citar incluyen la aplicación de la forma del cuerpo o la estructura de la piel de los delfines (que evita las turbulencias en la superficie del cuerpo al nadar) a los principios de diseño de submarinos. La biomímesis también se considera una materia muy relacionada con la cibernética, mientras que la cibernética es una materia que compara, estudia y explica principalmente fenómenos biológicos con principios mecánicos. Las moscas son propagadoras de bacterias y todo el mundo las odia. Pero las alas de las moscas son "navegantes naturales" y la gente las imitó para hacer "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 un "ojo compuesto" compuesto por más de 3.000 ojos pequeños. La gente lo imita para hacer "lentes de ojo de mosca". La "lente ojo de mosca" es un nuevo tipo de componente óptico que tiene muchos usos. Una "lente de ojo de mosca" se compone de cientos o miles de lentes pequeñas dispuestas cuidadosamente juntas. Utilizándola como lente, se puede utilizar 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. ¿Qué tipo de habilidades extrañas tienen naturalmente las criaturas vivientes que han ganado o perdido sus identidades? ¿Qué inspiración han dado sus diversas habilidades a la humanidad? Al imitar estas habilidades, ¿qué tipo de máquinas pueden crear los humanos? Aquí se introducirá una nueva ciencia: la biónica.
Editar este párrafo El origen de la biónica humana
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", Lu Ban 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.
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Comportamiento biónico humano
Aunque hace tiempo que se crea un prototipo del comportamiento biónico humano, antes de la década de 1940, las personas no lo sabemos conscientemente. Consideran la biología como una fuente de ideas de diseño e invenciones. La investigación de los científicos en biología sólo se limita a describir la exquisita estructura y las funciones perfectas de los organismos vivos. El personal técnico y de ingeniería confía más en su extraordinaria sabiduría y su arduo trabajo para realizar inventos artificiales. Rara vez aprenden conscientemente del mundo biológico. Sin embargo, los siguientes hechos pueden ilustrarlo: algunos de los problemas técnicos que enfrentan las personas aparecieron en el mundo biológico hace millones de años y se resolvieron en el proceso de evolución. Sin embargo, los humanos no han aprendido del mundo biológico. te lo mereces. Durante la Primera Guerra Mundial, por necesidad militar, se construyeron submarinos para permitir a los barcos navegar de forma encubierta bajo el agua. Cuando los ingenieros y técnicos diseñaron el submarino original, primero lo cargaron con piedras o bloques de plomo para hundirse. Si necesitaban subir a la superficie, tiraban las piedras o los bloques de plomo y dejaban que el barco regresara a la superficie. Ven al agua. Más tarde, después de las mejoras, se utilizó en los submarinos el método de llenar y drenar alternativamente los pontones con agua para cambiar el peso del submarino. Posteriormente se cambió por un tanque de agua de lastre, con una válvula de desinflado en la parte superior del tanque de agua y una válvula de llenado de agua en la parte inferior. Cuando el tanque de agua se llenaba con agua de mar, el peso de la embarcación aumentaba y se sumergía. al agua. Cuando se necesita una inmersión de emergencia, también hay una cámara de buceo rápido. Después de sumergir el cuerpo del barco en el agua, se descarga el agua de mar en la cámara de buceo rápido. Si una parte del tanque de lastre está llena de agua y la otra parte está vacía, el submarino puede quedar semisumergido. Cuando el submarino quiere flotar, se pasa aire comprimido al tanque de agua para descargar el agua de mar. Una vez reducido el peso del agua de mar en el barco, el submarino puede flotar. Un dispositivo mecánico tan superior permite que el submarino se hunda y flote libremente. Pero más tarde se descubrió que el sistema de flotación y hundimiento de los peces es mucho más simple que un invento humano. El sistema de flotación y hundimiento de los peces es simplemente una vejiga natatoria inflada. La vejiga natatoria no está controlada por músculos, sino que depende de la secreción de oxígeno en la vejiga natatoria o de la reabsorción de parte del oxígeno en la vejiga natatoria para ajustar el contenido de gas en la vejiga natatoria, permitiendo que los peces se hunda y flote libremente. Sin embargo, ya era demasiado tarde para inspirar y ayudar a los diseñadores de submarinos con un sistema de flotación y hundimiento de peces tan ingenioso. El sonido es un elemento indispensable en la vida de las personas. A través del lenguaje, las personas intercambian pensamientos y sentimientos, y la hermosa música permite disfrutar del arte. Los ingenieros y técnicos también aplican sistemas acústicos en la producción industrial y la tecnología militar, convirtiéndose en una de las piezas de información más importantes. Desde la llegada de los submarinos, lo que sigue es cómo los barcos en la superficie pueden encontrar la ubicación del submarino para evitar ataques furtivos y, después de que el submarino se hunde en el agua, también debe determinar con precisión la posición y la distancia del barco enemigo para facilitar; ataque. Por lo tanto, durante la Primera Guerra Mundial, se utilizaron diversos medios en la lucha entre los bandos opuestos en el océano, en la superficie y en el agua. Los ingenieros navales también utilizan sistemas acústicos como medio importante de reconocimiento. Lo primero que se utiliza es un hidrófono, también llamado radiogoniómetro, que detecta los barcos enemigos escuchando el ruido que emiten mientras navegan. Mientras haya barcos enemigos navegando en las aguas circundantes, las máquinas y hélices harán ruido, que se podrá escuchar a través de hidrófonos, lo que permitirá detectar al enemigo a tiempo. Sin embargo, los hidrófonos de aquella época eran muy imperfectos y generalmente sólo podían captar el ruido del propio barco. Para escuchar a los barcos enemigos, el barco tenía que reducir la velocidad o incluso detenerse por completo para distinguir el ruido del submarino, que no era así. propicio para las operaciones de combate. Pronto, el científico francés Langevin (1872-1946) utilizó con éxito las propiedades de la reflexión ultrasónica para detectar barcos submarinos. Se utiliza un generador ultrasónico para emitir ondas ultrasónicas al agua. Si encuentra un objetivo, será reflejado y recibido por el receptor. En función del intervalo de tiempo y la orientación de los ecos recibidos se puede medir la orientación y la distancia del objetivo. Este es el llamado sistema de sonar. La invención del sistema de sonar artificial y sus destacados logros en la detección de submarinos enemigos alguna vez sorprendieron a la gente. ¿No sabes que mucho antes de que el hombre apareciera en la tierra, los murciélagos y los delfines ya podían utilizar el sistema de sonar de "ecolocalización" con facilidad? Los murciélagos pueden "ver" con sus oídos y boca
Durante mucho tiempo, las criaturas vivientes han vivido en la naturaleza rodeadas de sonidos. Usan sonidos para encontrar comida, escapar de enemigos y cortejar a sus compañeros para reproducirse. Por tanto, el sonido es una información importante para que los seres vivos sobrevivan.
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 básicos de investigación de la biónica le otorgan una característica destacada en la investigación biológica: la integridad. Desde la perspectiva general de la biónica, considera a los seres vivos 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, 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 la investigación en biónica es extremadamente rico y colorido, porque el mundo biológico en sí contiene miles de especies, que tienen diversas 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; tecnología informática para simulación cerebral e investigación de 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, al mismo tiempo, ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de la biología. gran efecto de promoción. 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 ciencias técnicas, acelerando el desarrollo de la ciencia. Por lo tanto, 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.
Editar este párrafo 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. Biónica mecánica