바이오닉스
파리는 박테리아를 퍼뜨리는 동물이므로 모두가 파리를 싫어합니다. 그러나 파리의 날개(균형 막대라고도 함)는 "천연 항해자"이며 사람들은 이를 모방하여 "진동하는 자이로스코프"를 만들었습니다. 이러한 종류의 장비는 자동 운전을 구현하기 위해 로켓 및 고속 항공기에 사용되었습니다. 파리눈은 3000개 이상의 작은 눈으로 구성된 일종의 '겹눈'이다. 사람들은 이를 모방해 '파리눈 렌즈'를 만든다. '파리눈 렌즈'는 수백, 수천 개의 작은 렌즈를 가지런히 배열한 것으로 이를 렌즈로 활용하면 한 번에 수천 장의 동일한 사진을 촬영할 수 있는 '파리눈 카메라'를 만들 수 있다. 이러한 종류의 카메라는 인쇄판 제작과 전자 컴퓨터의 작은 회로의 대규모 복제에 사용되어 작업 효율성과 품질을 크게 향상시킵니다. "파리의 눈 렌즈"는 다양한 용도로 사용되는 새로운 유형의 광학 부품입니다.
자연에 사는 온갖 생물들은 어떤 이상한 능력을 갖고 있을까? 그들의 다양한 능력은 인간에게 어떤 영감을 주었나요? 이러한 능력을 모방함으로써 인간은 어떤 종류의 기계를 만들 수 있을까? 여기서 소개할 새로운 과학은 바이오닉스(Bionics)이다.
새는 날개를 펴고 자유롭게 공중을 날 수 있습니다. "Han Feizi"에 따르면 Lu Ban은 대나무와 나무로 새를 만들었고 "그것은 날아가서 3일 동안 머물렀다"고 합니다. 하지만 사람들은 새가 공중을 날 수 있도록 새의 날개를 모방하기를 희망합니다. 400여 년 전, 이탈리아의 레오나르도 다빈치와 그의 조수들은 새를 주의 깊게 해부하고 새의 신체 구조를 연구하고 새의 비행을 주의 깊게 관찰했습니다. 세계 최초의 인공 비행 기계인 오니톱터를 설계하고 제작했습니다.
위의 발명과 생물학적 구조와 기능을 모방하려는 시도는 인간 생체공학의 선구자이자 생체공학의 싹이라 할 수 있다.
생각을 자극하는 비교
인간의 생체 공학적 행동은 오랫동안 프로토타입으로 존재했지만 1940년대 이전에는 사람들이 의식적으로 생물학을 디자인 아이디어와 발명의 원천으로 여기지 않았습니다. . 생물학에 대한 과학자들의 연구는 살아있는 유기체의 정교한 구조와 완벽한 기능을 설명하는 데 그칩니다. 엔지니어링 및 기술 인력은 인공 발명품을 만들기 위해 뛰어난 지혜와 노력에 더 의존합니다. 그들은 생물학적 세계로부터 의식적으로 배우는 경우가 거의 없습니다. 그러나 다음 사실을 통해 알 수 있습니다. 사람들이 직면하는 기술적 문제 중 일부는 수백만 년 전에 생물학적 세계에서 나타났고 진화 과정에서 해결되었습니다. 그러나 인간은 생물학적 세계에서 깨달음을 얻지 못했습니다. 당신은 자격이 있습니다.
첫 번째는 생물학적 원형에 대한 연구입니다. 실제 생산에서 제기된 특정 주제에 따라 연구에서 얻은 생물학적 데이터를 단순화하고 기술 요구 사항에 유익한 내용을 흡수하며 생산 기술 요구 사항과 관련 없는 요소를 제거하여 생물학적 모델을 얻습니다. 두 번째 단계는 생물학적 모델이 제공한 데이터를 수행하고, 내부 연결을 추상화하고, 수학적 언어를 사용하여 생물학적 모델을 특정 의미를 지닌 수학적 모델로 "번역"하는 것입니다. 공학기술 실험에 사용할 수 있는 것입니다. 물론 생물학적 시뮬레이션 과정에서 단순한 생체공학이 아니라, 더 중요한 것은 생체공학의 혁신이 있다는 점이다. 연습(이해)과 다시 연습을 여러 번 반복한 후에 시뮬레이션된 내용이 생산 요구 사항에 점점 더 부합될 수 있습니다. 이러한 시뮬레이션의 결과는 최종 기계 장비를 생물학적 프로토타입과 다르게 만들고 어떤 측면에서는 생물학적 프로토타입의 성능을 초과하기도 합니다. 예를 들어, 오늘날의 항공기는 여러 측면에서 새의 비행 능력을 능가하며, 복잡한 계산에서는 전자 컴퓨터가 인간의 계산보다 더 빠르고 안정적입니다.
바이오닉스의 기본 연구 방법은 생물학 연구에서 가장 두드러지는 특징인 무결성을 제공합니다. 생체공학의 전반적인 관점에서 볼 때, 생물학은 내부 및 외부 환경과 소통하고 제어할 수 있는 복잡한 시스템으로 간주됩니다. 그 임무는 복잡한 시스템의 다양한 부분과 전체 시스템의 동작 및 상태 간의 상호 관계를 연구하는 것입니다. 생명체의 가장 기본적인 특징은 자기 재생과 자기 복제이며, 외부 세계와의 연결은 뗄 수 없습니다. 유기체는 환경으로부터 물질과 에너지를 얻어야 성장하고 번식할 수 있고, 유기체는 환경으로부터 정보를 받고 끊임없이 적응하고 합성해야 적응하고 진화할 수 있습니다. 장기적인 진화 과정을 통해 유기체는 구조와 기능의 통일성, 부분과 전체의 조화와 통일성을 달성할 수 있습니다. 생체모방은 시뮬레이션을 수행하기 위해 유기체와 외부 자극(입력 정보) 사이의 정량적 관계, 즉 양적 관계의 통일성에 중점을 두고 연구해야 합니다. 이 목표를 달성하기 위해 부분적인 방법으로는 만족스러운 결과를 얻을 수 없습니다. 그러므로 바이오닉스의 연구방법은 전체에 초점을 맞추어야 한다.
생물학의 연구 내용은 매우 풍부하고 다채롭다. 왜냐하면 생물학적 세계 자체가 수천 종의 생물종을 포함하고 있으며, 이들은 다양한 산업 분야의 연구에 적합한 다양하고 우수한 구조와 기능을 갖고 있기 때문이다. 생체공학이 출현한 지 지난 20년 동안 생체공학 연구는 급속도로 발전하여 큰 성과를 거두었습니다. 연구 범위에는 전자 생체 공학, 기계 생체 공학, 건축 생체 공학, 화학 생체 공학 등이 포함될 수 있습니다. 현대 공학 기술의 발전으로 다양한 학문 분야가 존재하며 이에 상응하는 생체 공학 기술 연구가 생체 공학 분야에서 수행되고 있습니다.
예를 들어, 항법 부서는 수중 동물의 움직임의 유체 역학을 연구하고, 항공 부서는 새와 곤충의 비행을 시뮬레이션하며, 엔지니어링 구조는 생체 역학을 연구합니다. 장기 및 신경망 시뮬레이션, 컴퓨터 기술의 뇌 시뮬레이션 및 인공 지능 연구 등 제1회 생체공학 컨퍼런스에서 발표된 대표적인 주제로는 "인공 뉴런의 특성은 무엇인가", "생물학적 컴퓨터 설계의 문제점", "기계를 사용하여 이미지를 인식하는 것", "학습하는 기계" 등이 있습니다. 전자생체공학에 대한 연구가 상대적으로 광범위하다는 것을 알 수 있다. 생체공학 분야의 연구 주제는 주로 다음 세 가지 생물학적 원형, 즉 동물 감각 기관, 뉴런 및 신경계의 전반적인 기능에 대한 연구에 중점을 두고 있습니다. 이후 기계 생체공학, 화학 생체공학에 대한 연구도 진행되었으며, 최근에는 인체 생체공학, 분자 생체공학, 우주 생체공학 등 새로운 분야가 등장했습니다.
간단히 말하면, 생체공학의 연구 내용은 미시 세계를 시뮬레이션하는 분자 생체공학부터 거시적 우주 생체공학까지 더 넓은 범위의 내용을 포괄합니다. 오늘날의 과학기술은 다양한 자연과학이 고도로 통합되고, 서로 얽히고, 침투되는 새로운 시대에 들어서 있습니다. 효과. 다른 학문 분야의 침투와 영향으로 생명과학의 연구 방법은 기술과 분석의 수준에서 정확성과 정량화의 방향으로 근본적인 변화를 겪었습니다. 생명과학의 발전은 바이오닉스를 채널로 활용하여 다양한 자연과학과 기술과학에 귀중한 정보와 풍부한 영양분을 전달함으로써 과학의 발전을 가속화합니다. 이때 바이오닉스에 관한 과학연구는 무한한 생명력을 발휘하고 있으며, 그 발전과 성과는 세계 전반의 과학기술 발전에 큰 기여를 하게 될 것입니다.