Tres ejemplos de biónica: 150 palabras.
El término biónica fue formado por el americano Steele en 1960 basándose en la palabra latina "bios" (que significa estilo de vida) y el sufijo "nlc" (que significa "que tiene las propiedades de...").
Biónica es una palabra compuesta por las palabras griegas bion y ics, la primera significa vida y la segunda significa tecnología de ingeniería. Sólo se ha utilizado desde aproximadamente 1960. Las funciones de los seres vivos son muy superiores a las de cualquier máquina artificial. La biónica es una disciplina que realiza y aplica eficazmente funciones biológicas en ingeniería, como la recepción de información (funciones sensoriales), la transmisión de información (funciones nerviosas), los sistemas de control automático, etc. La estructura y función de esta criatura han inspirado enormemente el diseño mecánico. Se pueden dar ejemplos de biónica, como 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. También se considera que la biomímesis está relacionada con la cibernética.
Las moscas son propagadoras de bacterias y todo el mundo las odia. Las alas de las moscas (también llamadas barras de equilibrio) son "navegadores naturales" y la gente las imita para hacer "giroscopios vibratorios". Este instrumento se ha utilizado en cohetes y aviones de alta velocidad para conseguir una conducción autónoma. El ojo de la mosca es un "ojo compuesto" compuesto por más de 3.000 ojos pequeños. La gente lo imita para hacer "lentes oculares compuestas". Una "lente ocular compuesta" se compone de cientos o miles de pequeñas lentes dispuestas en secuencia. Utilizándolo como lente, puedes crear una "cámara de ojo compuesto" que puede tomar miles de fotografías idénticas a la vez. Este tipo de cámara se ha utilizado para fabricar planchas de impresión y copiar una gran cantidad de pequeños circuitos en computadoras electrónicas, lo que ha mejorado enormemente la eficiencia y la calidad del trabajo. "Fly eye lens" es un nuevo tipo de elemento óptico con muchos usos.
¿Qué habilidades únicas tienen varias criaturas en la naturaleza? ¿Qué inspiración dieron sus habilidades a los humanos? ¿Qué tipo de máquinas pueden crear los humanos imitando estas habilidades? Aquí nos gustaría presentarles una nueva ciencia: la biónica.
La biomimética se refiere a la ciencia de imitar seres vivos para construir dispositivos tecnológicos. Es una ciencia marginal emergente que surgió a mediados del siglo pasado. La biónica estudia la estructura, función y principios de funcionamiento de los objetos y trasplanta estos principios a la tecnología de ingeniería para inventar instrumentos, dispositivos y máquinas con un rendimiento superior y crear nuevas tecnologías. Desde el nacimiento de la biónica hasta la actualidad, los resultados de su investigación han sido muy impresionantes. La aparición de la biónica ha abierto un camino único para el desarrollo tecnológico.
[Editar este párrafo] La biónica del cuerpo humano tiene una larga historia.
Desde la antigüedad, la naturaleza ha sido la fuente de diversas ideas tecnológicas humanas, principios de ingeniería e inventos importantes. Después de un largo proceso de evolución, diversas comunidades biológicas han podido adaptarse a los cambios del medio para sobrevivir y desarrollarse. El trabajo crea seres humanos. En la práctica productiva a largo plazo, el ser humano ha promovido el alto desarrollo del sistema nervioso, especialmente del cerebro, con un cuerpo erguido, manos trabajadoras y un lenguaje para comunicar emociones y pensamientos. Las incomparables capacidades e inteligencia de la humanidad superan con creces las de todos los grupos del mundo biológico. A través del trabajo, los humanos usan su inteligente intelecto y sus diestras manos para fabricar herramientas, obteniendo así una mayor libertad en la naturaleza. La sabiduría humana no sólo se detiene en la observación y comprensión del mundo biológico, sino que también utiliza las capacidades únicas de pensamiento y diseño del ser humano para imitar seres vivos y aumentar sus habilidades a través del trabajo creativo. Cuando los peces tuvieron la capacidad de moverse libremente en el agua, la gente imitaba la forma de los peces para construir barcos. Utilice paletas de madera para imitar las aletas de los peces. Según la leyenda, ya en la época de Yu el Grande, los trabajadores de la antigua China observaban peces nadando y girando con la cola balanceándose en el agua, por lo que colocaban remos de madera en la popa del barco. A través de repetidas observaciones, imitaciones y prácticas, gradualmente cambiaron a remos y timones, aumentaron la potencia del barco y dominaron los medios para girarlo. De esta manera, la gente puede hacer que el barco navegue libremente incluso en ríos agitados.
Los pájaros pueden extender sus alas y volar libremente en el aire. Según Han Feizi, Luban utilizó el bambú como pájaro para "volar después de tres días". Sin embargo, la gente prefiere las alas de un ruiseñor para volar en el aire. Hace más de 400 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.
Estos inventos e intentos de imitar estructuras y funciones biológicas pueden considerarse los pioneros de la biónica humana y el germen de la biónica.
[Editar este párrafo] Una comparación que invita a la reflexión
Aunque el comportamiento biónico humano está establecido desde hace mucho tiempo, antes de la década de 1940, la gente no consideraba conscientemente a los seres vivos como ideas de diseño y una fuente. de invención. 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 sabiduría superior, trabaja duro y realiza inventos artificiales. Rara vez aprenden conscientemente del mundo biológico. Pero los siguientes hechos pueden ilustrarlo: algunos de los problemas técnicos que enfrenta la gente aparecieron en el mundo biológico hace millones de años y fueron resueltos en el proceso de evolución, pero los humanos no han recibido la debida iluminación del mundo biológico.
Durante la Primera Guerra Mundial, se construyó un submarino para permitir que el barco navegara bajo el agua. Cuando los ingenieros y técnicos diseñaron el submarino original, primero le pusieron piedras o bloques de plomo para que se hundiera. Si necesitaba salir a la superficie, tiraban las piedras o bloques de plomo que llevaban y dejaban que el casco regresara a la superficie. Posteriormente, se mejoró el uso de tanques de flotabilidad para llenar y drenar agua alternativamente para cambiar el peso del submarino. Posteriormente se convirtió en tanque de lastre. La parte superior del tanque está equipada con una válvula de escape y la parte inferior está equipada con una válvula de llenado de agua. A medida que el tanque se llena de agua de mar, el peso del casco aumenta, provocando que se sumerja. Cuando es necesario bucear en caso de emergencia, también hay una caja de buceo rápido, y luego se descarga el agua de mar en la caja 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 quiera flotar, se introducirá aire comprimido en la cabina y se descargará agua de mar. Una vez reducido el peso del agua de mar dentro del 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 agitación del pez es simplemente una vejiga natatoria inflable. La vejiga natatoria no está controlada por los 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 regular el contenido de gas en la vejiga natatoria, promoviendo así el desarrollo.
El sonido es un factor indispensable en la vida de las personas. Las personas comunican pensamientos y sentimientos a través del lenguaje, la música hermosa les permite disfrutar del arte, y los ingenieros y técnicos también aplican sistemas acústicos a la producción industrial y la tecnología militar, convirtiéndose en una de las piezas de información más importantes. Desde la aparición de los submarinos, lo que sigue es cómo los barcos en la superficie encuentran la ubicación del submarino y evitan que sea atacado. Después de que el submarino se hunde en el agua, aún necesita determinar con precisión la posición y la distancia del barco enemigo para facilitar el ataque. Por lo tanto, en la Primera Guerra Mundial, se utilizaron diversos medios en la lucha entre los bandos opuestos en el agua. Los ingenieros navales también utilizan sistemas acústicos como medio importante de reconocimiento. En primer lugar, los hidrófonos, también conocidos como radiogoniómetros, se utilizan para detectar barcos enemigos escuchando el ruido que hacen 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 recibir el ruido de su propio barco. Para vigilar los barcos enemigos, es necesario reducir la velocidad del barco o incluso detenerlo por completo para distinguir el ruido del submarino, que no es 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. Los generadores ultrasónicos se utilizan para emitir ondas ultrasónicas al agua y, si encuentra un objetivo, el receptor las refleja y las capta. Según el intervalo de tiempo y la orientación de los ecos recibidos, se puede medir la orientación y la distancia del objetivo. Esto se llama sistema de sonar. La gente se maravilló ante la invención de los sistemas de sonar artificiales y su excelencia para detectar submarinos enemigos. ¿No sabías que los murciélagos y los delfines utilizaban libremente los sistemas de sonar de “ecolocalización” mucho antes de que aparecieran los humanos en la Tierra?
Las criaturas viven en la naturaleza rodeadas de sonidos desde hace mucho tiempo. Utilizan el sonido para encontrar comida, evitar el daño de los enemigos y buscar reproducción sexual. Por tanto, el sonido es una información importante para los seres vivos. El científico italiano Spallanger descubrió hace mucho tiempo que los murciélagos pueden volar a voluntad en completa oscuridad, no sólo para evitar obstáculos, sino también para cazar insectos voladores.
Si ocurre alguna situación inesperada, el dispositivo automático dejará de funcionar o incluso provocará un accidente, lo cual es un defecto grave del propio dispositivo automático. Para superar esta deficiencia, no es más que permitir la "comunicación" entre las partes de la máquina y entre la máquina y el medio ambiente. Incluso el dispositivo de control automático tiene la capacidad de adaptarse a los cambios en el entorno interno y externo. Para resolver este problema, debemos resolver el problema de cómo aceptar, transformar, usar y controlar la información en la tecnología de ingeniería. Por tanto, el uso y control de la información se han convertido en las principales contradicciones en el desarrollo de la tecnología industrial. ¿Cómo resolver esta contradicción? El mundo biológico ha proporcionado una útil iluminación a la humanidad.
Para inspirarse en los sistemas biológicos, los humanos necesitan estudiar si existen * * * características idénticas entre los dispositivos biológicos y tecnológicos. La teoría de la regulación, que surgió en la década de 1940, compara organismos y máquinas en un sentido general. En 1944, los científicos ya habían aclarado que una serie de cuestiones como la comunicación, el control automático y la mecánica estadística entre máquinas y organismos vivos eran consistentes. En base a este entendimiento,
Cibernética proviene del griego y su significado original es “girar”. Según la definición de Norbert 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 simplista, es sólo un subtítulo de la obra clásica de Wiener sobre cibernética.
Según el punto de vista básico de la cibernética, existe una cierta * * * entidad entre los animales (especialmente los humanos) y las máquinas (incluidos varios dispositivos de automatización para la comunicación, el control y el cálculo), es decir, sus sistemas de control Hay algún tipo de * * * mismo patrón. Según la investigación en cibernética, el proceso de control de varios sistemas de control incluye la transmisión, conversión y procesamiento de información. El sistema de control funciona normalmente. Esto depende del proceso normal de transferencia de información. El llamado sistema de control se refiere a la combinación orgánica del objeto controlado y varios componentes, componentes y circuitos de control en un todo con determinadas funciones de control. Desde una perspectiva de la información, un sistema de control es una red o sistema de canales de información. Existen muchas similitudes entre las máquinas y los sistemas de control de los organismos vivos, por lo que ha habido un gran interés en los sistemas de automatización biológica. Además, se utilizan modelos físicos, matemáticos e incluso tecnológicos para profundizar en el estudio de los sistemas biológicos. Por lo tanto, la cibernética se ha convertido en la base teórica que conecta la biología y la tecnología de la ingeniería, convirtiéndose en un puente entre los sistemas biológicos y los sistemas técnicos.
Existen similitudes obvias entre los seres vivos y las máquinas, que pueden reflejarse en el estudio de los seres vivos en diferentes niveles. Desde células individuales simples hasta sistemas de órganos complejos (como el sistema nervioso), existen diversos procesos fisiológicos regulados y controlados automáticamente. Podemos pensar en los seres vivos como máquinas con habilidades especiales. Lo que los diferencia de otras máquinas es que también tienen la capacidad de adaptarse al entorno externo y reproducirse. También podemos comparar un organismo con una fábrica automatizada, con todas sus funciones siguiendo las leyes de la mecánica. Sus diversas estructuras funcionan en armonía; pueden responder cuantitativamente a ciertas señales y estímulos, y pueden regularse de manera autónoma con la ayuda de organizaciones especiales de contacto de retroalimentación que se asemejan a controles automáticos. Por ejemplo, la temperatura corporal constante, la presión arterial normal y la concentración normal de azúcar en sangre en nuestro cuerpo son el resultado de la regulación del complejo sistema de control automático del cuerpo. El surgimiento y desarrollo de la cibernética sirvió de puente entre los sistemas biológicos y tecnológicos. Muchos ingenieros buscan conscientemente nuevas ideas y principios de diseño a partir de sistemas biológicos, por lo que existe una tendencia entre los ingenieros a aprender activamente conocimientos de ciencias biológicas para lograr los mismos logros que los biólogos en el campo de la tecnología de ingeniería.
[Editar este párrafo] 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 pioneros en nuevas tecnologías. Una de las formas principales, y utilizar conscientemente el mundo biológico como fuente de diversas ideas técnicas, principios de diseño e invenciones. La gente ha utilizado modelos químicos, físicos, matemáticos y técnicos para realizar investigaciones en profundidad sobre los sistemas biológicos, promoviendo el gran desarrollo de la biología. La investigación sobre los mecanismos funcionales de los organismos vivos también ha avanzado rápidamente. En este punto, las criaturas simuladas ya no son una fantasía fascinante sino un hecho realizable. Los biólogos e ingenieros colaboraron activamente y comenzaron a utilizar los conocimientos adquiridos en el mundo biológico para mejorar dispositivos tecnológicos y de ingeniería antiguos o crear nuevos.
La biología ha entrado en las filas de la innovación y revolución tecnológica en todos los ámbitos de la vida, y logró éxito por primera vez 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 combinan e interpenetran.
Como disciplina independiente, la biónica nació oficialmente en septiembre de 1960. La Administración de Aviación de la Fuerza Aérea de EE. UU. celebró su primera conferencia sobre biónica en Dayton, Ohio. El tema central de la conferencia fue "¿Se pueden aplicar los conceptos obtenidos mediante el análisis de sistemas biológicos al diseño de sistemas de procesamiento de información fabricados artificialmente?" Steele la llamó "biónica" como una nueva ciencia. Del griego ciencia que estudia el funcionamiento de los sistemas vivos. En 1963, China tradujo "biónica" como "biónica". Steele define la biomímesis como "la ciencia de establecer sistemas técnicos imitando principios biológicos o haciendo que los sistemas técnicos artificiales tengan o se parezcan a características biológicas". En definitiva, la biónica es la ciencia de imitar seres vivos. La biomímesis es una ciencia integral que estudia la estructura, características, funciones, conversión de energía, control de información y otras características excelentes de los sistemas biológicos. y aplicarlo a sistemas técnicos, mejorar los equipos de ingeniería técnica existentes y crear nuevos sistemas técnicos, como flujos de procesos, configuraciones de edificios, equipos de automatización, etc. Desde una perspectiva biológica, la biónica es una rama de la "biología aplicada". Desde la perspectiva de la tecnología de la ingeniería, la biónica proporciona nuevos principios, métodos y nuevas formas para el diseño y construcción de nuevos equipos técnicos basados en el estudio de sistemas biológicos. La gloriosa misión de la biónica es proporcionar a la humanidad el sistema tecnológico más confiable, flexible, eficiente y económico cercano a los sistemas biológicos para beneficiar a la humanidad.
[Editar este párrafo] Métodos de investigación y contenido de la biónica
La biónica es una ciencia de vanguardia emergente que combina biología, matemáticas y tecnología de ingeniería. La primera Conferencia sobre Biónica creó un símbolo interesante y vívido para la biónica: un enorme símbolo global que "integra" el bisturí y el soldador. El significado de este símbolo no solo indica la composición de la biónica, sino que también resume los métodos de investigación de la biónica.
La tarea de la biónica es estudiar las excelentes capacidades y principios de los sistemas biológicos, modelarlos y luego aplicar estos principios para diseñar y fabricar nuevos equipos técnicos.
El principal método de investigación de la biónica es proponer un modelo y simularlo. Sus procedimientos de investigación se dividen a grandes rasgos en las tres etapas siguientes:
En primer lugar, la investigación sobre prototipos biológicos. De acuerdo con los temas específicos planteados por la práctica de producción, 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 analizar matemáticamente los datos proporcionados por el modelo biológico, abstraer sus conexiones internas y utilizar lenguaje matemático para "traducir" el modelo biológico en un modelo matemático con un cierto significado, finalmente, el modelo matemático se puede probar en ingeniería; modelo físico. Por supuesto, en el proceso de simulación biológica, no se trata sólo de simple biónica, sino más importante aún, de innovación en biónica. Después de repetidas prácticas, comprensión y prácticas, las cosas simuladas pueden satisfacer cada vez más las necesidades de producción. Como resultado de esta simulación, las máquinas y equipos finalmente construidos diferirán de los prototipos biológicos y en algunos aspectos superarán las capacidades de los prototipos biológicos. Por ejemplo, los aviones actuales lo son en muchos aspectos.
Los métodos básicos de investigación de la biónica le confieren una característica destacada en la investigación biológica, es decir, la integridad. Desde la perspectiva de la biónica en su conjunto, considera la biología como un sistema complejo que puede conectarse y controlarse con el entorno interno y externo. Su misión es estudiar las interrelaciones entre partes de sistemas complejos y el comportamiento y estado de todo el sistema. Las características más básicas de los seres vivos son la autorrenovación y la autorreplicación, que son inseparables del mundo exterior. La biología obtiene materia y energía del medio ambiente. Sólo cuando los organismos reciben información del medio ambiente y se ajustan y sintetizan continuamente pueden adaptarse y evolucionar. El proceso evolutivo a largo plazo ha permitido a los organismos alcanzar la unidad de estructura y función, y la coordinación y unidad de partes y totalidades. La biomímesis debe estudiar la relación cuantitativa entre los objetos y los estímulos externos (información de entrada), es decir, centrándose en la unificación de relaciones cuantitativas para poder realizar simulaciones. Para lograr este objetivo, ningún método parcial 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, con varias estructuras y funciones excelentes para la investigación en diversas industrias. 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, han surgido muchas ramas de disciplinas. El departamento de aviación simula el vuelo de pájaros e insectos, el posicionamiento y la navegación de animales; la simulación biomecánica de edificios de ingeniería; el departamento de tecnología de radio simula células nerviosas humanas, palacios sensoriales y redes neuronales, estudios de tecnología informática, simulación cerebral e 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 extensa. La mayoría de los temas de investigación en biónica se centran en los siguientes tres prototipos biológicos. Es decir, las funciones completas de los órganos sensoriales, las neuronas y el sistema nervioso del animal. Posteriormente también se iniciaron las investigaciones sobre biónica mecánica y biónica química. En los últimos años han surgido nuevas ramas, como la biónica humana, la biónica molecular y la biónica espacial.
En definitiva, el contenido de investigación de la biónica incluye una gama más amplia de contenidos, desde biónica molecular que simula el mundo microscópico hasta biónica macrocósmica. La ciencia y la tecnología actuales se encuentran en una nueva era en la que diversas ciencias naturales están altamente integradas, intersectadas y penetradas. La biomímesis combina la investigación y la práctica de la vida a través de la simulación, al tiempo que promueve en gran medida el desarrollo de la biología. Bajo la penetración e influencia de otras disciplinas, los métodos de investigación de las ciencias biológicas han sufrido cambios fundamentales. El contenido también profundiza desde el nivel de descripción y análisis hasta la dirección de precisión y cuantificación. El desarrollo de la ciencia biológica consiste en transferir información valiosa y nutrientes ricos a diversas ciencias naturales y ciencias técnicas a través de la biónica, acelerando el desarrollo de la ciencia. Por tanto, la investigación en biónica muestra una vitalidad ilimitada, y su desarrollo y resultados harán grandes contribuciones a la promoción del desarrollo científico y tecnológico del mundo entero.
[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.
◇ La biónica mecánica es el estudio e imitación de las propiedades estáticas de la estructura general y estructura fina de los organismos, así como las propiedades dinámicas del movimiento relativo de varios componentes en los organismos y el movimiento de los organismos en el medio ambiente. Por ejemplo, los edificios de luces largas y de cáscara delgada que imitan cáscaras y columnas que imitan estructuras femorales no sólo pueden eliminar áreas donde la tensión está particularmente concentrada, sino que también pueden soportar la carga máxima con la menor cantidad de materiales de construcción. Estructura de surco de piel de delfín de imitación militar, se aplica una bolsa de delfín artificial al casco.
◇Biónica molecular,