Этапы развития бионики

Введение

     В наш век наука приобрела огромное значение. Мир не стоит на месте, наука так же движется вперед и дает человеку такие возможности, о которых он мог только мечтать. С незапамятных времен человек наблюдая за процессами жизнедеятельности живых организмов, хотел заимствовать у природы что-то новое неподвластное ему самому. Так знаменитый Леонардо да Винчи изучая строение крыльев птиц, мечтал о полете человека в воздухе. Так позднее по его схемам и чертежам была разработана модель орнитоптера.

     В 60-е годы появилась бионика, наука - будущего, которая сейчас получила сильный импус к развитию. Название бионики происходит от древнегреческого слова «бион» - «ячейка жизни».

С освоением бионики в современном мире появляются все более новые технологии, облегчающие процессы жизнедеятельности человека, помогающие продлить жизнь на планете Земля и дающие человеку возможность отвечать на многие вопросы прошлого и будущего.

В данной работе рассматривается процесс  внедрения в жизнь человека, все  более новых и продуктивных технологий будущего и их развития с помощью  процессов, которые присущи живым  организмам.

Человек всю свою жизнь добывает знания, развивается, пытается найти ответы,  на загадки будущего понимая важность и особенность их в жизни. Наука движется вперед семимильными шагами, каждый день ученые открывают новые элементы, структуры, ищут ответы на вопросы: как продлить жизнь на планете,  когда будет конец света, есть ли жизнь на Марсе?

 Неужели сбывается мечта фантастов? Ведь именно они в XX веке, задолго до появления терминов «бионика» и «нанотехнология», уверяли нас, что в далеком будущем люди научатся ловко манипулировать «штучными» атомами. Превращение одних веществ в другие станет обыденным, крошечные роботы будут ремонтировать технику, проникать в наш организм и лечить его, а разумные пылинки смогут образовывать суперкомпьютеры буквально в считанные секунды и прямо в воздухе.

 Польский  писатель-фантаст Станислав Лем в своем романе «Непобедимый» более сорока лет тому назад в деталях описал, как микророботы побеждают огромные и тяжеловооруженные машины, Лем как в воду глядел — тема миниатюризации военных устройств в наши дни стала более чем актуальной...

 Слово «nannos», пришедшее из греческого языка, означает «карлик». Но сегодня, если поверить обещаниям ученых и заявлениям политиков, готовых вкладывать большие деньги во все, что преподносится с приставкой «нано -», возникает ощущение, что далекого будущего ждать не придется и «карлик», стремительно приближаясь к нам, по законам перспективы вырастает в истинного «великана».

 Неудивительно, что со временем люди начнут освоение новых планет и откроют жизнь в этих тайнах космического пространства. Ученые- бионики, уже сделали открытие в разных сферах жизни человека: медицине, архитектуре, промышленности, дизайне. Единственное, что еще не подвластно деятельности технологического прогресса: это мозг человека. Вот уж она великая загадка природы. Но и здесь сделано немало открытий. Ученые всего мира стремятся создать мегамозг, человека - киборга, который сможет с легкостью отвечать на любые вопросы и при этом помочь науке в продвижении вперед.

 У бионики  есть свой символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Это союз биологии, техники и математики, который позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто. 
 
 

История возникновения  и  сущность бионики.

1.1 История  бионики

           Бионика - это 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.

       Бионика – наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов.

     Название  бионики происходит от древнегреческого слова «бион» - «ячейка жизни». Изучает  бионика биологические системы  и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Другими словами, бионика  помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические  процессы на основе идей, найденных  и заимствованных у природы. Бионика  интересуется всем, что может быть названо «техникой природы».

           Годом рождения бионики принято считать 1960 год. Прародителем науки считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

     Из  современных ученых можно назвать  имя Осипа М.Р. Дельгадо.  С помощью  своих радиоэлектронных приборов он изучал неврологическо-физические характеристики животных. И на их основе пытался  разработать алгоритмы управления живыми организмами.

     Подобные  опыты проводились и в СССР,  а в Российской Федерации в  связи с общим упадком науки  – многие программы были свернуты, а многие специалисты трудятся теперь в зарубежных исследовательских  центрах.  

     2.Этапы  развития бионики

     2.1 Бионика в медицине

     Рассмотрим  применение методов и решений  бионики в медицине — той отрасли  биологических наук, с которой  каждый человек не раз сталкивается за свою жизнь.

     Многие  из «изобретений» природы еще  в глубокой древности помогали решать ряд технических задач. Так, например, проводя глазные хирургические  операции, арабские врачи уже много  сотен лет назад получили представление  о преломлении световых лучей  при переходе из одной прозрачной среды в другую. Изучение хрусталика глаза натолкнуло врачей древности  на мысль об использовании линз, изготовленных из хрусталя или стекла, для увеличения изображения, а затем  и для коррекции зрения.

     Интересный  факт в науке о том, когда в  одном из своих странствий Джеральд Дарелл был вынужден согласиться  на пари, смыслом которого было назвать  четыре выдающихся изобретения и  доказать, что заложенный в них  принцип использовали животные до того, как до этого додумался человек, одним из изобретений было названо  использование осами анестезии.

     При «заготовлении» дорожными осами  корма для будущих личинок  они применяют методы, которые  любой врач может назвать методами проводниковой анестезии — укус с впрыскиванием нейроплегического (нервнопаралитического) вещества в  область крупных нервных стволов  полностью парализует, но не умерщвляет паука, который недвижимо лежит  в осином гнезде вплоть до появления  из кладки личинок, для которых и  заготавливалась эта пища. Это  еще одно доказательство бионики  в действии.

     Многие  медицинские инструменты имеют  прообраз среди представителей живого мира.

       Игла-скарификатор, служащая для  забора периферической крови  (например, с целью выполнения  общего анализа крови, неоднократно  назначаемого каждому из нас  врачами всех профилей), сконструирована  по принципу, полностью повторяющему  строение зуба-резца летучей мыши, укус которой, с одной стороны,  отличается безболезненностью, а  с другой — всегда сопровождается  достаточно сильным кровотечением.

     Привычный всем поршневой шприц во многом имитирует  кровососущий аппарат насекомых  — комара и блохи, с укусом которых  гарантированно знаком каждый человек. Применяемая во время хирургической  операции игла, используемая для наложения  швов на внутренние органы и ткани  человека, за несколько веков не изменила своей первоначальной формы  — формы реберных костей крупных  рыб, а скальпель до сих пор  повторяет форму тростникового  листа с его природной режущей  кромкой. Все, что было в природе, со временем внедрялось в жизнедеятельность  человека.

     Но  это лишь самые простые примеры, дошедшие до нас буквально из глубины  веков, а современное развитие бионики  касается множества высокоразвитых медицинских технологий. Типичным примером является современная технология реконструкции  и наращивания зубной эмали, являющаяся одним из «китов» нынешней стоматологии и применяющаяся в косметологии технология наращивания ногтей и  волос. Основой для этих технологий является принцип построения морских  губок, а также техника строения гнезд стрижей-саланганов. Оба эти  строительных принципа основаны на химиоотвердевающей и светоотвердевающей методиках. 
 
 
 
 

     2.2 Нейро-бионика

     Искусственный интеллект вот задача и главная  цель науки - нейро - бионики.

     Нейро-бионика  делает первые шаги, но уже видно  ее значение. Она может помочь конструктору ЭВМ в создании необычайно емкой  памяти машины; конструктору приборов эта наука способна будет предложить новые варианты высокочувствительных электронных «глаз», «ушей», «носа». Нейро-бионика поможет врачу в  автоматизации наркоза и анабиоза, позволит добиться управления возбуждением и торможением в центральной  нервной системе, сформировать надежные методы оценки нервно-психологического состояния человека. А это —  средства борьбы с различными тяжелыми заболеваниями, в том числе и  психическими, сохранения работоспособности  оператора, вынужденного справляться  со сложнейшими задачами, которые  ставит перед человеком НТР.

Решение этого широкого круга задач займет не одно десятилетие. Появились работы, где исследуются общие принципы переработки информации головным мозгом с целью создания нейроэлектронных систем, осуществляется совместное функционирование нервной системы (в качестве управляющего устройства) и технического устройства.

Избранный учеными путь — это один из новых  подходов изыскания оптимальных  методов управления функциями мозга  в нормальных и патологических условиях с целью интенсификации или нормализации его деятельности.

 Из  некоторых источников известно, что в 1962—1966 гг. учеными-нейробиониками  были исследованы биологические  системы различных уровней сложности.  Моделирование речевого поведения  человека и ассоциативной памяти, также  бы проведены разработки  методик исследований электрической  активности структур головного  мозга и отдельных нейронов, управлению  основными нервными процессами  в головном мозгу с помощью  электрических токов и магнитного  поля. Наблюдения за процессами  памяти и ее возбуждения.

На кроликах изучалась электрическая активность корково-подкорковых структур мозга  при воздействии ряда химических (эфир, барбитураты, аминазин) и физических факторов (импульсный ток). Был проведен сравнительный анализ взаимодействия структур при различных функциональных состояниях, при котором использовались методы математической обработки с  помощью ЭВМ. В мировой литературе таких работ — единицы. Описанная  методика позволяет дать четкую оценку функционального состояния структур мозга. Получаемые данные положены в  основу гипотезы о принципах работы мозга.

На микроуровне  проводились изучение электрической  активности беспозвоночных при помощи микроэлектродов с целью выявления  закономерностей кодирования информации в сравнительно просто организованной нервной сети. На основе экспериментов  разработаны бионические предпосылки  нового метода кодирования непрерывных  случайных функций и использования  его для классификации ограниченного  набора образов, задаваемых непрерывными сигналами.

Исследования, которые были проведены заложили основу разработки нейроэлектронных систем для контроля за состоянием и управлением  функциями оператора, находящегося в экстремальных условиях. Были получены новые данные о сущности механизма  сна и наркоза. В частности, подвергнуты  пересмотру установившиеся представления  о сне и наркозе как диффузном  торможении коры мозга, распространяющимся затем на подкорку. При этом использовались методы теории автоматического регулирования  в изучении процессов саморегуляции  коры головного мозга. Впервые сделана  попытка количественно оценить  коэффициент отрицательной обратной связи между корой и нижележащими образованиями.