ბიონიკა

საფრენი აპარატის ფრთები (ლეონარდო და ვინჩი)

ბიონიკა — მეცნიერება, რომელიც ცოცხალი ორგანიზმების აგებულებისა და ფუნქციების შესწავლის საფუძველზე წყვეტს საინჟინრო პრობლემებს. ბიონიკა სინთეზური მეცნიერებაა, მჭიდროდ უკავშირდება ანატომიას, ფიზიოლოგიას, ქიმიას, ფიზიკას, მათემატიკას, ელექტრონიკას, კიბერნეტიკასა და სხვა დარგებს.

გამოყენება

ცოცხალი ბუნების შესახებ არსებული ცოდნის საინჟინრო ამოცანათა გადასაწყვეტად გამოყენების იდეა ეკუთვნის ლეონარდო და ვინჩის, რომელიც ცდილობდა ფრინველთა ფრენის მექანიზმის შესწავლის საფუძველზე შეექმნა საფრენი აპარატი ორნითოპტერი. კიბერნეტიკამ პრაქტიკულად დაამტკიცა ცოცხალი ორგანიზმებისათვის დამახასიათებელ პროცესთა მოდელირების ეფექტურობა და სტიმული მისცა ცოცხალ სისტემათა აგებულებისა და ფუნქციის უფრო ფართო შესწავლას და მიღებულ მონაცემთა გამოყენებას ახალი მოწყობილობების, მექანიზმების შესაქმნელად.

ჩამოყალიბება

ტერმინი „ბიონიკა“ დაამკვიდრა ჯეკ სტილმა. ბიონიკამ, როგორც მეცნიერების ახალმა დარგმა, ოფიციალურად აღიარება მოიპოვა 1960 წელს ქალაქ დეიტონში (აშშ) ბიონიკის პირველ სიმპოზიუმზე. ტექნიკურმა განვითარებამ, კოსმოსური სივრცის ათვისებასთან დაკავშირებულმა პრაქტიკულმა საკითხებმა, სხვადასხვა სისტემების საიმედოობის ამაღლების მზარდმა მოთხოვნებმა აიძულა ინჟინრები ახლებურად შეეხედათ ცოცხალ არსებათათვის, ეძიათ ახალი პრინციპები, კონსტრუქციული გადაწყვეტის ახალი ფორმები, რამაც მნიშვნელოვნად განსაზღვრა ბიონიკის ახალ სამეცნიერო დარგად ჩამოყალიბება. ბიოლოგიური სისტემები ხელოვნური სისტემებისაგან განსხვავდებიან მინიატურულობით, საიმედოობით, ეკონომიურობით, თვითრეგულირების უნარით. ორგანიზმები ახერხებენ გარე სამყაროდან მიღებული დიდძალი ინფორმაციის გადამუშავებას და ამ ინფორმაციიდან უსარგებლოს უკუგდებას. ხანგრძლივი დროის მანძილზე ცოცხალ არსებებს ბუნებრივი გადარჩევის გზით გამოუმუშავდათ ნივთიერებათა ცვლის, ენერგიისა და ინფორმაციის გარდაქმნის ნატიფი და სრულქმნილი მექანიზმი, რომლის შესწავლა და ტექნიკური გამოყენება ბიონიკის საგანს წარმოადგენს.

ბიონიკა ცოცხალ სამყაროში

ლოტოსის ეფექტი

ბიონიკა, რომელიც სწავლობს ბიოლოგიურ სისტემებს და მათში მიმდინარე პროცესებს, არ მიდის ცოცხალი ბუნების ბრმა მიბაძვის, მისი გადმოღების გზით. ცოცხალი ბუნებიდან იგი „სესხულობს“ მხოლოდ ყველაზე უფრო სრულყოფილ კონსტრუქციულ და ტექნოლოგიურ გადაწყვეტას, პრინციპებს, იდეებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ ბიოლოგიურ სისტემათა დიდ მოქნილობას მათი არსებობის რთულ პირობებში. ბიონიკის მრავალფეროვან პრობლემებს შორის შეიძლება გამოვყოთ: ადამიანისა და ცხოველის ნერვული სისტემის შესწავლა და ნერვული უჯრედის მოდელირება გამოთვლითი ტექნიკის შემდგომი სრულყოფის და ავტომატიკისა და ტელემექანიკის ახალ ელემენტთა და მოწყობილობათა შექმნის მიზნით; გრძნობის ორგანოების გამოკვლევა და მათი მოდელირება. ცხოველთა ორიენტაციის, ლოკაციისა და ნავიგაციის პრინციპების შესწავლა და მათი ტექნიკაში გამოყენება.

ინფორმაციის დამუშავება ხდება ნერვულ სისტემაში, რომლის ძირითადი ერთეულია ნერვული უჯრედი — ნეირონი. შექმნილია ხელოვნური ნეირონის რამდენიმე ასეული მოდელი, რომლებიც მეტნაკლებად გამოხატავენ რეალურ ნეირონთა თვისებებს. ზოგი მათგანი, მაგ., არტრონები, ნეირისტორები და სხვა, წარმატებით გამოიყენება კავშირგაბმულობის ტექნიკურ საშუალებათა გასაუმჯობესებლად, გამომთვლელ და მმართველ მანქანებში და სხვა. ნეირონთა კომპლექსების, ე. წ. ნერვული ქსლის მოდელირებამ შესაძლებელი გახადა შექმნილიყო სპეციალური მოწყობილობა, რომელიც წარმატებით წყვეტს ინფორმაციის გადაცემასა და დამუშავებასთან დაკავშირებულ მრავალ ამოცანას. ასეთია პერსეპტრონი — თვითმაორგანიზებელი სისტემა, რომელიც სახეთა გამოცნობისა და კლასიფიკაციის ფუნქციებს ასრულებს. პერსეპტრონები ტვინის იმ ცენტრებს შეესაბამებიან, სადაც ხდება მიღებული ინფორმაციის გადამუშავება. მათ საფუძველზე იქმნება ტექსტისა და ნახაზების წასაკითხი და გამოსაცნობი, აგრეთვე ოსცილოგრამების, რენტგენოგრამების გასაანალიზებელი და სხვა ხელსაწყოები.

მეხსიერების და ნერვული სისტემის სხვა თვისებათა შესწავლა არის წარმოებისა და მართვის პროცესთა ავტომატიზაციისათვის „გონიერი“ მანქანების შექმნის მთავარი გზა. ადამიანისა და ცხოველის ნერვული სისტემის საიმედოობის მექანიზმთა შესწავლა საშუალებას იძლევა უზრუნველყოფილ იქნეს სხვადასხვა ტექნიკურ სისტემათა საიმედოობა. მეცნიერებთა განსაკუთრებულ ყურადღებას იპყრობს ცხოველების გრძნობის ორგანოები. მეტადრე მხედევლობის ორგანო, რამდენადაც ინფორმაციის 90% გარე სამყაროდან ბიოლოგიურ სისტემაში აღწევს მხედველობითი აპარატის საშუალებით.

ანალოგები

ბოინგ 757-ის ფრთა

მხედველობის ორგანოს მოდელირების გზით შექმნილია მოწყობილობა „ვიზილოგი“, რომელსაც შეუძლია შეასრულოს ადამიანის თვალის ზოგიერთი ფუნქცია: აღიქვას გამოსახულება, გაზომოს და გადასცეს ინფორმაცია. ასეთი მოწყობილობის გამოყენება ნავარაუდევია უპილოტო კოსმოსურ ხომალდებზე, რომლებიც გაიგზავნება მთვარეზე, მარსსა და ვენერაზე. შექმნილია აგრეთვე ბაყაყის თვალის მოდელი — რეტინატორი, რომელსაც იყენებენ აეროდრომებზე თვითმფრინავთა რეგულირების საქმეში.

პერსპექტიულია ცხოველთა ორიენტაციის, ლოკაციისა და ნავიგაციის პრინციპების შესწავლა და გამოყენება ავიაციაში, კოსმონავტიკაში, საზღვაო და წყალქვეშა ფლოტში. ინჟინრების ცხოველთა ინტერესს იწვევს ღამურების, ფრინველების, პეპლების, დელფინების, თევზების ორიენტაციის, ლოკაციისა და ნავიგაციიის უნარი. პინგვინის მოძრაობის თავისებურებათა შესწავლის საფუძველზე ა. ნიკოლაევმა შექმნა თოვლმავალი მანქანა „პინგვინი“, რომელიც საათში 30 კმ-ს ავითარებს.

ორგანიზმთა მორფოლოგიური თავისებურებების გამოკვლევამ ახალ ტექნოლოგიურ იდეებს მისცა კონსტრუქტორებს, არქიტექტორებს, მშენებლებს. შექმნილია დელფინის კანის მოდელი „ლამინფლო“, რომლის გარსაცმი საზღვაო გემს დაუყენეს და ამით გემის სიჩქარე 15-20 %-ით გაზარდეს. იაპონელმა სპეციალისტებმა ააგეს საოკეანო გემი „კურენაი მარო“, რომლის კორპუსი ვეშაპის სხეულს წააგავს. ორფრთიანი მწერების საბზუილე აპარატის ანალოგიით შექმნილი გიროტრონი გამოიყენება თვითმფრინავებზე. გიროტრონის საშუალებით თვითმფრინავი შეიძლება ავტომატურად გამოვიდეს შტოპორიდან. იტალიელმა არქიტექტორმა პიერ ლუიჯი ნერვიმ ხის ფოთლის კონსტრუქციის პრინციპი გამოიყენა ტურინის საგამოფენო დარბაზის გადახურვისას: ასმეტრიანი მალი საყრდენების გარეშე გადახურეს არმოცემენტის მსუბუქი კონსტრუქციით, რომლის სისქეა 4 სანტიმეტრი. აქ გამოყენებული სამაგრები ზუსტად ისეა განაწილებული, როგორც ფოთლის დაძარღვაში. ცდილობენ შექმნან აგრეთვე თვითმარეგულირებელი „მსუნთქავი“ კედლები — ფოთლის ბაგეების ანალოგი და სხვა.

ლიტერატურა

• ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 2, თბ., 1977. — გვ. 390-391.