تبلیغات
.::وبلاگ حرفه و فن سمپاد اهواز::. - الهام گرفتن ازطبیعت(علم بیونیک)
 انجمن دانش آموزی سمپاد اهواز

مرتبه
تاریخ : چهارشنبه 27 شهریور 1392

علم بیونیک

به گزارش رصدخانه ملی علم و فناوری

انسان برای ابداعات و اختراعات خود همواره از محیط پیرامونش الهام گرفته است. در این مبحث به معرفی علم بیونیک می پردازیم که بر اساس الهام و اقتباس از سیستم های زنده بنا گردیده است. اگر مسیر فناوری های موجود را به دقت بررسی کنیم، پی می‌بریم که ریشه غالب این فناوری ها، یک الگوی کاملا طبیعی است که از سیستم های زنده و طبیعی الهام گرفته است. در علم بیونیک به منظور طراحی سیستم هاى جدید، مدل هایی کاملا زنده و طبیعی بررسى مى گردند. بنابراین مى توان گفت بیونیک هنر به کارگیری دانش خدادادی در سیستم های زنده و طبیعی به منظور یافتن راه های جدید در ابداعات و حل مشکلات علمی و فنی است. به عبارتی موضوع اصلی این علم، اقتباس و الگوبرداری از ارتباطات گوناگون و دانش به کاررفته در عالم جانداران و سیستم های زنده و طبیعی است. در علم بیونیک، با تحقیق و مطالعه در سیستم‌های زیستی و طبیعی موجود در طبیعت، برای طراحی سیستم‌های مصنوعی بهره برداری و اقتباس می گردد. به خاطر مشکلات روزافزون ناشی از تکنولوژی های پرخطر (که در مبحث پیشین به پاره ای از آنها اشاره گردید)، و به علت ویژگی های ممتاز علم بیونیک در فناوری های جدید، این علم بیش از پیش در حال توسعه است.

 

هر چند واژه بیونیک در سال 1959توسط جک ای. استیل به کار برده شد، اما پیشینه استفاده از این ایده به قدمت تاریخ بشری برمی گردد، چراکه از ایان قدیم تقلید از طبیعت یکی از آرزوهای بشر بوده است. در طول قرن‌ها ماشین‌هایی از روی موجودات زنده مدل‌سازی شده اند. برای مثال انسان رویای پرواز را با مشاهده و الهام از ساختار پرندگان عملی کرد.

تكامل تدریجی در طبیعت، اساس و پایه مفهوم علم بیونیك است. سیستم های طبیعی محصول میلیون ها سال تکامل هستند. بنابراین در این فاصله زمانى، هرآن چه با اهداف طبیعت سازگارى نداشته از بین رفته و سیستم های طبیعی، به گونه ای بهینه‌سازی شده اند که در هماهنگی کامل با یكدیگر هستند. بنابراین، در طراحی یک ایده جدید، همیشه اقتباس از الگوهای طبیعی با هزینه های کمتری همراه بوده است.

عاری بودن طبیعت از خطاهایی که غالبا در دانش بشری یافت می شود، بشر را بیش از پیش به اقتباس و الگوبرداری از الگوهای طبیعی و سیستم های سازگار با آن سوق می دهد.

واژه بیونیک "Bionic" ریشه در کلمه یونانی "βίον" دارد که به معنای واحد زندگی است. پسوند "ic" به معنی همانند است. بنابراین بیونیك در لغت به معنای شبیه زندگی است که البته در متون علمی از آن به زیستار‌‌‌‌شناسی تعبیر گردیده است. بیونیك با نام‌های دیگری نیز شناخته شده است. نام‌هایی چون:

Biomimetics, Biomimicry, Biognosis, Bionical Creativity Engineering

ازآن میان، بیومیمیکس را می توان نام برد که به معنای تقلید از طبیعت است و درآن بیشتر به استفاده از مکانیزم های رایج در طبیعت در ساختار محصولات تاکید شده است. اما واژه بیونیک بیشتر گویای ارتباط بین طبیعت و طراحی محصول است.

تا پیش از این در علم بیونیک، ماشین‌هایی که براساس مدل های زنده طراحی گردیده بودند بررسی می گردید. اما امروزه با توسعه در مفهوم بیونیک، هرگونه اقتباس از سیستم‌های زنده و به کارگیری دانش به کار رفته در این سیستم ها در حل مسائل فنی، در حوزه علم بیونیک تلقی می گردد.

به عنوان مثال، می توان از ساخت نسل جدیدی رایانه ها با اقتباس از مغز و فکر انسان و ساخت هواپیماهاى مدرن و سریع با اقتباس از بال پرستو نام برد که نمونه هاى بارزى از کاربرد علم بیونیک در فناورى هاى جدید می باشد. زمینه های جدید مطالعاتی در سلول‌ها و شبکه‌های عصبی مصنوعی، هوش محاسباتی و جمعی، همگی در حوزه مطالعات بیونیک در علوم کامپیوتر قرار دارند. مثال هایی از کاربرد علم بیونیک در فناورى هاى جدید بسیار زیاد است که در ادامه به نمونه هایی از آن در حوزه های مختلف علمی اشاره خواهد گردید.

مثال‌هایی از بیونیك در علوم مختلف

● طراحی هواپیما و كشتی با الهام از ساختارهای زیستی پرندگان و ماهی‌ها

از دیرباز پرواز پرندگان الهام بخش طرح های بی شماری از ماشین پرنده بوده است. لئوناردو داوینچی در سال 1505 بر اساس ساختمان خفاش طرحی از یک ماشین پرنده ترسیم کرد. ۳۰۰ سال بعد از این طرح، ماشین پرنده با الهام از بال خفاش ساخته شد و در سال ۱۸۹۰ تا ارتفاع ۱۵ مترى پروازکرد.

در سال 2004 نیز دانشمندان دانشگاه پن استیت موفق به ساخت بال هایی در هواپیما شدند که می‌توانند بر طبق سرعت و زمان پرواز تغییر شکل دهند. در طراحی این بال‌ها که بر اساس سرعت پرواز شکل‌های مختلفی به‌خود می‌گیرند، از گونه‌های مختلفی از پرندگان الهام گرفته شده است. طرح پوشش بال‌های هواپیما از پولک‌های ماهی اقتباس گردیده بود که می‌توانستند کنار هم بلغزند.

● طراحی زیردریایی ها با الهام از بدن دلفین

از آنجا که دلفین با نیروى عضلانى کم مى تواند به سرعت درآب حرکت کند، در ساخت زیردریایی ها از ساختار پوست دو لایه ى بدن آنها کمک گرفته شده است. پوست بیرونى قابل ارتجاع بوده و پوست درونى مانند یک ماده اسفنجى است. فشار جریان پرتلاطم بیرونی از طریق پوست قابل ارتجاع بیرونى به لایه اسفنجى و تراکم پذیر درونى منتقل مى گردد. در نتیجه اثر جریان متراکم کم رنگ می گردد. با الهام از این مکانیسم در پوست دولایه دلفین ها، زیردریایى هایی طراحى گردیدند که با یک موتور حرکت سریعی دارند. هم چنین لباسی برای غواصان طراحی گردیده است که اصطکاک بدن غواص و آب را به حداقل می رساند.

● طراحی خودروی بیونیک با الهام از شکل ماهی جعبه ای

با الهام از شکل ماهی جعبه ای (نوعی ماهی کوچک در اقیانوس های گرمسیری)، شرکت مرسدس بنز نیز اقدام به طراحی خودرویی نموده است. این ماهی ناگزیر است با مصرف کم ترین مقدار انرژی حرکت کند که مستلزم داشتن عضلات قوی و ظاهری خطی است. ظاهر خطی طراحی در این ماهی، کمترین میزان مقاومت در برابر جریان هوا یا مایع سیال را ایجاد می کند. بدنه خارجی سخت و محکم در این ماهی، باعث می گردد که ماهی فشار زیادی را تحمل کند و از بدنش در طی ضربات و تصادفات محافظت نماید. بدن ماهی جعبه ای از تعداد زیادی صفحات استخوانی چندوجهی تشکیل شده است که در نتیجه هم پوشانی آنها، زره انعطاف ناپذیری تشکیل گردیده است. در نتیجه، این ساختار استخوانی به پیکر ماهی استحکام زیادی می بخشد که باعث حفاظت از ضربات و افزایش سرعت در ماهی حتی در جریان های متلاطم است. ماهی با این ساختار نیاز بسیار کمی به حرکت باله ها پیدا می کند و در انرژی خود صرفه جویی می نماید. این خودرو به دلیل سبکی و مصرف سوخت 4.3 لیتر در 100 کیلومتر، با کاربری بالا و دوستدار طبیعت است

● ● تولید برق از زنبور

بدن زنبورهای سرخ آسیایی مانند نیروگاه های تولید برق خورشیدی عمل می کند. پوست زنبورهای سرخ آسیایی، رنگدانه های تولید کننده برق دارد. زنبورهای سرخ نوعی سلول های خورشیدی داخلی دارند که از نور آفتاب، الکتریسیته استخراج می کند. رنگدانه های موجود در پوست این حشرات به دلیل قابلیت ویژه ای که دارد نور خورشید را به انرژی تبدیل می کند. این کشف علمی به دنبال مشاهده فعالیت زنبورها در زمان تابش شدید نور آفتاب روی داد، چرا که زنبورها در این زمان بیشترین فعالیت را انجام می دهند. محققان در حال حاضر بر روی اسکلت خارجی زنبورها مطالعه می کنند تا دریابند این الکتریسیته به چه شکل تولید می شود.

ساخت شب‌نماها از مطالعه‌ سازوكار چشم‌های گربه توسط پرسی شاو در سال 1935 صورت گرفت. وی دریافت که یک سری سلول‌های بازتابنده در چشمان گربه‌ها موجود است که قادر به انعکاس کوچک‌ترین ذره نور می باشد.

جولین وینسنت درو توانست لباسی هوشمند را با مطالعه‌ی مخروط میوه‌ کاج طراحی كند. این لباس خود را با دما وفق داده و تغییر اندازه می‌دهد. مخروط کاج به رطوبت بالا به‌صورت باز کردن پوسته واکنش نشان می‌دهد. پارچه‌ی هوشمند نیز به همان صورت وقتی پوشش گرم و عرقی می‌شود باز گشته و وقتی سرد می‌شود تنگ و بسته می‌گردد.

در ساخت نوعی هلیکوپتر، از میوه فندق بالدار درخت افرا الگو برداری شده است. میوه در درخت افرا به صورت دوتایی با دو بال متقابل هم وجود دارد که پس از جدا شدن از گیاه، مثل حرکت دو پره متقابل بالای هلیکوپتر در هوا می چرخد. این پدیده ذهن دانشمندان را به ساختن وسیله ای معطوف نمود که بتواند به همین سان عمل کند که سرانجام اساس ساختمان نوعی هلیکوپتر را فراهم ساخت.

مکانیسم حس مادون قرمز در مار زنگی بسیار حساس است، به طوری که در برابر یک هزارم تغییر درجه در دمای بیرون واکنش نشان می دهد. در پوست آدمی حسگرهای گرما فقط می توانند به یک دهم تغییر درجه دما پاسخ دهند. در یک سانتی متر مربع پوست کف دست انسان 3 عدد گیرنده حساس به گرما وجود دارد در حالی که در همین اندازه سطح در قسمت سر مار زنگی 150000عدد گیرنده حساس به گرما وجود دارد. اما انسان ها با استفاده از این مکانیسم طبیعی مکانیسم حسی مادون قرمزی ساخته اند که حساسیت آن صد هزار بار بیشتر از مادون قرمز مار زنگی است و از آن در جنگ جهانی دوم توسط آلمانی ها در تیر اندازی به هنگام تاریکی شب استفاده می شده است.

بعضی از حیوانات چند ساعت پیش از وقوع زلزله شروع به بی تابی می کنند. به عنوان مثال، گربه ماهی ها توسط گیرنده های حسی بسیار قوی در برابر تغییرات بسیار جزئی میدان الکتریکی پیرامونشان واکنش نشان می دهند. امروزه دانشمندان جهان به ویژه دانشمندان ژاپنی در حال ساخت دستگاه های پیش بینی کننده زلزله هستند.



ارسال توسط آقای مسعودی پور
آرشیو مطالب
نظر سنجی
نظرتون راجع به وبلاگ چیه؟






صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی
blogskin

ابزار وبلاگ

قالب وبلاگ

دانلود آهنگ