Loeng: Bioonika kui üks bioloogia ja küberneetika valdkondi. Bioonika – loodusest inspireeritud teadus Bioonika kui üks küberneetika valdkondi

Stulnikov Maxim

Uurimistöö teemal "Bioonika – teadus suurimatest võimalustest"

Lae alla:

Eelvaade:

Piirkondlik teaduslik ja praktiline konverents

piirkondliku noortefoorumi raames

"Tulevik on meie!"

Loodusteaduslik suund (füüsika, bioloogia)

Teemakohane uurimistöö

"Bioonika – teadus suurimatest võimalustest"

Munitsipaaleelarveline õppeasutus "Korraldatud kool nr 7" Petrovskis, Saratovi oblastis

Juhid:

Filjanina Olga Aleksandrovna,

Keemia ja bioloogia õpetaja

Gerasimova Natalja Anatolevna,

matemaatika ja füüsika õpetaja,

Petrovski

aprill 2014

Sissejuhatus lk 3-4
Antiigist tänapäevani. lk 5-6
Bioonika sektsioonid:

3.1. arhitektuuri- ja ehitusbioonika; lk 6-8

3.2. biomehaanika; lk.8-12

3.3. neurobioonika. lk.13-14

4. Suurepärased pisiasjad, "loodusest vaadatuna". lk 14-15

5. Kokkuvõte lk 16

6. Kirjandus ja kasutatud Interneti-ressursid. lk 16

Lind -

Aktiivne

Matemaatilise seaduse järgi

tööriist,

mille tegemiseks,

inimjõus...

Leonardo da Vinci.

Kas sulle meeldiks lennata ühe hüppega üle autode, liikuda nagu Ämblikmees, märgata vaenlasi mitme kilomeetri kaugusel ja painutada kätega terastalasid? Peame eeldama, et jah, kuid paraku on see ebareaalne. See on praegu ebareaalne...

Inimest on maailma loomisest saati huvitanud paljud asjad: miks vesi on märg, miks päev järgneb ööle, miks me nuusutame lillelõhna jne. Loomulikult püüdis inimene sellele seletust leida. Kuid mida rohkem ta õppis, seda rohkem tekkis tema peas küsimusi: kas inimene saab lennata nagu lind, ujuda nagu kala, kuidas loomad "teavad" tormi lähenemisest, eelseisvast maavärinast, eelseisvast vulkaanipurskest. , kas tehisintellekti on võimalik luua?

Küsimusi "miks" on palju, sageli ei tõlgendata neid küsimusi teaduslikult, mistõttu tekib väljamõeldis ja ebausk. Selleks on vaja häid teadmisi paljudes valdkondades: füüsika ja keemia, astronoomia ja bioloogia, geograafia ja ökoloogia, matemaatika ja tehnoloogia, meditsiin ja kosmos.

Kas on olemas teadust, mis ühendaks kõik ja suudaks kombineerida sobimatut? Selgub, et see on olemas!

Üksus minu uurimus - bioonikateadus - " BIO Logia” ja “Tech NIKA”.

Uurimistöö eesmärk:bioonikateaduse tekkimise vajadus, selle võimalused ja rakenduspiirid.

Selleks võite panna reaülesanded:

1. Uurige, mis on "bioonika".

2. Jälgige "Bioonika" teaduse arengulugu: antiigist tänapäevani ja selle seoseid teiste teadustega.

3. Tehke kindlaks bioonika peamised osad.

4. Mille eest peame loodust tänama: bioonika avatud võimalused ja saladused.

Uurimismeetodid:

Teoreetiline:

- teaduslike artiklite, selleteemalise kirjanduse uurimine.

Praktiline:

Vaatlus;

Üldistus.

Praktiline tähtsus.

Arvan, et minu töö on kasulik ja huvitav paljudele õpilastele ja õpetajatele, kuna me kõik elame looduses selle loodud seaduste järgi. Inimene peab vaid oskuslikult omandama teadmisi, et tõlkida tehnoloogiasse kõik looduse vihjed ja paljastada selle saladused.

Antiikajast tänapäevani

Bioonika, rakendusteadus, mis uurib elusorganismide ja tehniliste seadmete kombineerimise võimalust, areneb tänapäeval väga kiires tempos.

Soov omada võimeid, mis ületavad looduse poolt meile antud võimeid, istub sügaval iga inimese sees – seda kinnitab iga fitnesstreener või plastikakirurg. Meie kehal on uskumatu kohanemisvõime, kuid on asju, millega nad hakkama ei saa. Näiteks me ei oska rääkida nendega, kes on kuuldeulatusest väljas, me ei ole võimelised lendama. Sellepärast vajame telefone ja lennukeid. Oma ebatäiuslikkuse kompenseerimiseks on inimesed pikka aega kasutanud erinevaid “väliseid” seadmeid, kuid teaduse arenguga muutusid tööriistad järk-järgult väiksemaks ja muutusid meile lähedasemaks.

Lisaks teavad kõik, et kui tema kehaga midagi juhtub, viivad arstid "parandusi" kõige kaasaegsemate meditsiinitehnoloogiate abil.

Kui paneme need kaks lihtsat mõistet kokku, saame aimu inimese evolutsiooni järgmisest sammust. Tulevikus ei saa arstid mitte ainult "kahjustatud" või "korrast väljas" organisme taastada, vaid hakkavad inimesi aktiivselt parandama, muutes nad tugevamaks ja kiiremaks, kui loodus juhtis. See on just bioonika olemus ja täna seisame uut tüüpi inimese esilekerkimise lävel. Võib-olla saab keegi meist selleks...

Leonardo da Vincit peetakse bioonika eelkäijaks. Tema lennukite joonised ja diagrammid põhinesid linnutiiva ehitusel. Meie ajal tehti Leonardo da Vinci jooniste järgi modelleerimist korduvalt ornitoptera (kreeka keelest órnis, sugu órnithos - lind ja pterón - tiib), hooratas , õhust raskem ja lehvivate tiibadega lennuk). Elusolendite hulgas kasutavad näiteks linnud lendamiseks tiibade lehvitamist.

Kaasaegsete teadlaste seas võib nimetada Osip M.R. Delgado nime.

Oma raadioelektrooniliste seadmete abil uuris ta loomade neuroloogilisi ja füüsilisi iseärasusi. Ja nende põhjal püüdsin välja töötada algoritme elusorganismide kontrollimiseks.

Bioonika (kreeka keelest Biōn - eluelement, sõna otseses mõttes - elamine), bioloogia ja tehnoloogiaga piirnev teadus, mis lahendab organismide ehituse ja elutähtsate funktsioonide modelleerimisel põhinevaid inseneriprobleeme. Bioonika on tihedalt seotud bioloogia, füüsika, keemia, küberneetika ja inseneriteadustega – elektroonika, navigatsioon, side, merendus jne. /BSE.1978/

Bioonika ametlikuks sünniaastaks peetakse 1960. aasta Bioonilised teadlased valisid oma embleemiks skalpelli ja jootekolvi, mis on ühendatud integraalse märgiga ning nende motoks on "Elavad prototüübid on uue tehnoloogia võti».

Paljud bioonilised mudelid alustavad enne tehnilise teostuse saamist oma elu arvutis, kus kompileeritakse arvutiprogramm – biooniline mudel.

Tänapäeval on bioonikul mitu suunda.

Bioonika sektsioonid

Arhitektuuri- ja ehitusbioonika.

Ilmekas näide arhitektuuri- ja ehitusbioonikast – täielikteraviljavarte struktuuri analoogiaja kaasaegsed kõrghooned. Teraviljataimede varred taluvad suuri koormusi ilma õisiku raskuse all murdumata. Kui tuul need maapinnale painutab, taastavad nad kiiresti oma vertikaalse asendi. Mis on saladus? Selgub, et nende struktuur sarnaneb kaasaegsete kõrghoonete kujundusega. tehase torud - üks insenerimõtte viimaseid saavutusi.

Kuulsad Hispaania arhitektid M.R. Cervera ja H. Ploz, aktiivsed bioonika pooldajad, alustasid dünaamiliste struktuuride uurimist 1985. aastal ja 1991. aastal korraldasid nad organisatsiooni "Arhitektuuriinnovatsiooni toetamise ühingu". Nende juhitud rühm, kuhu kuulusid arhitektid, insenerid, disainerid, bioloogid ja psühholoogid, töötas välja projekti "Vertikaalse bioonilise torni linn" 15 aasta pärast peaks Shanghaisse kerkima tornlinn (teadlaste hinnangul võib 20 aasta pärast Shanghai elanikkond ulatuda 30 miljoni inimeseni). Tornilinn on mõeldud 100 tuhandele inimesele, projekt lähtub “puitehituse põhimõttest”.

Tornlinn saab kuju küpress 1128 m kõrgune vööümbermõõt põhjas 133 x 100 m ja kõige laiemas kohas 166 x 133 m. Torn saab olema 300-korruseline ja need hakkavad paiknema 12 vertikaalses 80-korruselises plokkis.

Prantsuse revolutsiooni 100. aastapäevaks korraldati Pariisis maailmanäitus. Selle näituse territooriumile kavatseti püstitada torn, mis sümboliseeriks nii Prantsuse revolutsiooni suurust kui ka uusimaid tehnoloogilisi saavutusi. Konkursile esitati üle 700 projekti, parimaks tunnistati sillainsener Alexandre Gustave Eiffeli projekt. 19. sajandi lõpul oma looja järgi nime saanud torn hämmastas kogu maailma oma ažuursuse ja iluga. 300-meetrisest tornist on saanud omamoodi Pariisi sümbol. Käisid jutud, et torn ehitati tundmatu araabia teadlase jooniste järgi. Ja alles enam kui poole sajandi pärast tegid bioloogid ja insenerid ootamatu avastuse: disaini Eiffeli torn kordab täpselt suure struktuuri sääreluu , talub kergesti inimkeha raskust. Isegi kandepindade vahelised nurgad langevad kokku. See on veel üks illustreeriv näide bioonikast töös.

Arhitektuuri- ja ehitusbioonikas pööratakse suurt tähelepanu uutele ehitustehnoloogiatele. Näiteks tõhusate ja jäätmevabade ehitustehnoloogiate arendamise vallas on loomine perspektiivikas suundkihilised struktuurid. Idee on laenatudsüvamere molluskid. Nende vastupidavad kestad, näiteks laialt levinud abalooni omad, koosnevad vaheldumisi kõvadest ja pehmetest plaatidest. Kõva plaadi pragunemisel neeldub pehme kiht deformatsiooni ja pragu ei lähe kaugemale. Seda tehnoloogiat saab kasutada ka autode katmiseks.

2. Biomehaanika

Looduse lokaatorid. Reaalajas baromeetrid ja seismograafid.

Bioonika kõige arenenum teadustöö on bioloogiliste tuvastus-, navigeerimis- ja orienteerumisvahendite arendamine; uuringute kogum, mis on seotud kõrgemate loomade ja inimeste aju funktsioonide ja struktuuride modelleerimisega; bioelektriliste juhtimissüsteemide loomine ja "inimene-masin" probleemi uurimine. Need valdkonnad on üksteisega tihedalt seotud. Miks on loodus praegusel tehnoloogilisel arengutasemel inimesest nii palju ees?

Juba ammu on teada, et linnud, kalad ja putukad reageerivad ilmamuutustele väga tundlikult ja täpselt. Pääsukeste madallend ennustab äikesetormi. Kui meduusid kalda lähedale kogunevad, saavad kalurid teada, et nad saavad kala püüda, meri on rahulik.

Loomad - "biosünoptikud"olemuselt varustatud ainulaadsete ülitundlike "seadmetega". Bioonika ülesanne pole mitte ainult neid mehhanisme leida, vaid ka mõista nende tegevust ja luua see uuesti elektroonilistes vooluringides, seadmetes ja struktuurides.

Kalade ja lindude keeruka navigatsioonisüsteemi uurimine, mis läbib rände ajal tuhandeid kilomeetreid ja naaseb eksimatult oma kohtadele kudemiseks, talvitumiseks ja tibude kasvatamiseks, aitab kaasa ülitundlike jälgimis-, juhtimis- ja objektituvastussüsteemide arendamisele.

Paljudel elusorganismidel on analüütilised süsteemid, mida inimestel ei ole. Näiteks rohutirtsudel on 12. antennisegmendil tuberkuloos, mis tajub infrapunakiirgust. Haidel ja kiirtel on peas ja keha esiosas kanalid, mis tajuvad temperatuurimuutusi 0,10 C. Tegudel, sipelgatel ja termiitidel on seadmed, mis tajuvad radioaktiivset kiirgust. Paljud reageerivad muutustele magnetväljas (peamiselt kaugrände sooritavad linnud ja putukad). Öökullid, nahkhiired, delfiinid, vaalad ja enamik putukaid tajuvad infra- ja ultraheli vibratsioone. Mesilase silmad reageerivad ultraviolettkiirgusele, prussaka oma infrapunale.

Lõgismao kuumatundlik organ tuvastab temperatuurimuutused 0,0010 C; kalade elektriorgan (kiir, elektriangerjas) tajub potentsiaale 0,01 mikrovolti, paljude ööloomade silmad reageerivad üksikutele valguskvantidele, kalad tajuvad aine kontsentratsiooni muutust vees 1 mg/m3 (=1). µg/l).

Kosmoses on palju rohkem orienteerumissüsteeme, mille ehitust pole veel uuritud: mesilased ja herilased orienteeruvad hästi päikesele, isasliblikad (näiteks ööpaabulinnu silm, surmapea-kullliblikas jt) leiavad pähe. emane 10 km kaugusel. Merikilpkonnad ja paljud kalad (angerjas, tuur, lõhe) ujuvad oma kodukaldast mitu tuhat kilomeetrit ja naasevad eksimatult munema ja kudema samasse kohta, kust nad alustasid oma eluteekonda. Eeldatakse, et neil on kaks orientatsioonisüsteemi – kauge, tähtede ja päikese järgi ning lähedal, lõhna järgi (rannikuvete keemia).

Nahkhiired on reeglina väikesed ja, olgem ausad, paljudele meist ebameeldivad ja isegi eemaletõukavad olendid. Kuid nii juhtus, et suhtuti neisse eelarvamusega, mille aluseks on reeglina mitmesugused legendid ja uskumused, mis kujunesid välja siis, kui inimesed uskusid vaimudesse ja kurjadesse vaimudesse.

Nahkhiir on bioakustikateadlaste jaoks ainulaadne objekt. Ta suudab täiesti vabalt navigeerida täielikus pimeduses, ilma takistusi põrkamata. Veelgi enam, halva nägemisega nahkhiir tuvastab ja püüab lennult väikseid putukaid, eristab lendavat sääske tuules tormavast täpist, söödavat putukat maitsetust lepatriinust.

Itaalia teadlane Lazzaro Spallanzani hakkas nahkhiirte selle ebatavalise võime vastu esimest korda huvi tundma 1793. aastal. Algul püüdis ta uurida, kuidas erinevad loomad pimedas tee leiavad. Tal õnnestus kehtestada: öökullid ja muud ööelukad näevad pimedas hästi. Tõsi, täielikus pimeduses muutuvad ka nemad, nagu selgub, abituks. Kui ta aga nahkhiirtega katsetama hakkas, avastas ta, et selline täielik pimedus ei olnud nende jaoks takistuseks. Siis läks Spallanzani kaugemale: ta võttis mitmelt nahkhiired lihtsalt nägemisest ilma. Ja mida? See ei muutnud midagi nende käitumises, nad oskasid putukaid jahtida sama hästi kui nägijad. Spallanzani veendus selles, kui avas katsehiirte kõhud.

Huvi müsteeriumi vastu kasvas. Eriti pärast seda, kui Spallanzani tutvus Šveitsi bioloogi Charles Jurini katsetega, kes 1799. aastal jõudis järeldusele, et nahkhiired saavad ilma nägemiseta hakkama, kuid igasugune tõsine kuulmiskahjustus on neile saatuslik. Niipea, kui nad oma kõrvad spetsiaalsete vasktorudega kinni pistsid, hakkasid nad pimesi ja juhuslikult kokku puutuma kõigi nende teele ilmunud takistustega. Koos sellega on mitmed erinevad katsed näidanud, et häired nägemis-, kompimis-, haistmis- ja maitsmisorganite töös ei mõjuta nahkhiirte lendu.

Spallanzani katsed olid kahtlemata muljetavaldavad, kuid olid oma ajast selgelt ees. Spallanzani ei osanud vastata peamisele ja teaduslikult üsna õigele küsimusele: kui mitte kuulmine või nägemine, siis mis aitab sel juhul nahkhiirtel kosmoses nii hästi navigeerida?

Sel ajal ei teadnud nad midagi ultrahelist ega sellest, et loomadel võivad olla ka muud tajuorganid (süsteemid), mitte ainult kõrvad ja silmad. Muide, just selles vaimus üritasid mõned teadlased Spallanzani katseid selgitada: nende sõnul on nahkhiirtel peen puutetunne, mille organid asuvad tõenäoliselt nende tiibade membraanides ...

Lõpptulemus oli see, et Spallanzani katsed unustati pikka aega. Alles meie ajal, enam kui sada aastat hiljem, lahendati nn nahkhiirte spallansaani probleem, nagu teadlased ise seda nimetasid. See sai võimalikuks tänu uute elektroonikapõhiste uurimisvahendite ilmumisele.

Harvardi ülikooli füüsik G. Pierce suutis avastada, et nahkhiired tekitavad helisid, mis jäävad inimese kõrva kuuldavuse läve kaugemale.

Aerodünaamilised elemendid.

Kaasaegse aerodünaamika rajaja N. E. Žukovski uuris hoolikalt lindude lennumehhanismi ja tingimusi, mis võimaldavad neil õhus hõljuda. Lindude lennu uurimise põhjal tekkis lennundus.

Putukatel on looduses veelgi arenenumad lennumasinad. Lennu efektiivsuse, suhtelise kiiruse ja manööverdusvõime osas pole neil oma olemuselt võrdset. Idee luua putukate lennu põhimõttel põhinev lennuk ootab heakskiitu. Vältimaks kahjuliku vibratsiooni tekkimist lennu ajal, on kiiresti lendavate putukate tiibade otstes kitiinsed paksused. Lennukikonstruktorid kasutavad nüüd sarnaseid seadmeid lennukitiibade jaoks, välistades sellega vibratsiooniohu.

Reaktiivmootor.

Lennukites, rakettides ja kosmoselaevades kasutatav reaktiivjõud on iseloomulik ka peajalgsetele – kaheksajalgadele, kalmaaridele, seepiatele. Kalmaari reaktiivjõud pakub tehnoloogiale kõige rohkem huvi. Sisuliselt on kalmaaril kaks põhimõtteliselt erinevat tõukemehhanismi. Aeglaselt liikudes kasutab see suurt rombikujulist uime, mis perioodiliselt paindub. Kiireks viskeks kasutab loom reaktiivjõudu. Lihaskude – vahevöö ümbritseb molluski keha igast küljest, selle maht on peaaegu pool keha mahust. Jet-ujumise meetodil imeb loom mantlivahe kaudu vett mantliõõnde. Kalmaari liikumine tekib veejoa väljaviskamisega läbi kitsa düüsi (lehtri). See otsik on varustatud spetsiaalse ventiiliga ja lihased saavad seda pöörata, muutes seeläbi liikumise suunda. Kalmaari tõukesüsteem on väga ökonoomne, tänu millele suudab ta jõuda kiiruseni 70 km/h, mõne teadlase hinnangul isegi kuni 150 km/h.

Hüdrolennuk Keha kuju sarnaneb delfiiniga. Purilennuk on ilus ja sõidab kiiresti, omades võimet loomulikult mängida lainetes nagu delfiin, uime vehkides. Korpus on valmistatud polükarbonaadist. Mootor on väga võimas. Esimese sellise delfiini ehitas Innespace 2001. aastal.

Esimese maailmasõja ajal kandis Briti laevastik Saksa allveelaevade tõttu suuri kaotusi. Oli vaja õppida neid tuvastama ja jälgima. Selleks on loodud spetsiaalsed seadmed. hüdrofonid. Need seadmed pidid tuvastama vaenlase allveelaevad propellerite müra järgi. Need paigaldati laevadele, kuid laeva liikumise ajal tekitas vee liikumine hüdrofoni vastuvõtuava juures müra, mis summutas allveelaeva müra. Füüsik Robert Wood soovitas inseneridel õppida... hüljestelt, kes kuulevad vees liikudes hästi. Selle tulemusena kujunes hüdrofoni vastuvõtuava hülgekõrva kujuliseks ja hüdrofonid hakkasid "kuulma" isegi laeva täiskiirusel.

3. Neurobioonika.

Millisele poisile ei meeldiks mängida roboteid või vaadata filmi Terminaatorist või Wolverine'ist? Kõige pühendunumad bioonikud on roboteid projekteerivad insenerid. On seisukoht, et tulevikus suudavad robotid tõhusalt toimida vaid siis, kui nad on inimesega võimalikult sarnased. Bioonika arendajad lähtuvad sellest, et robotid peavad töötama linna- ja kodutingimustes ehk siis “inimlikus” keskkonnas, kus on trepid, uksed ja muud kindla suurusega takistused. Seetõttu peavad need oma suuruselt ja liikumispõhimõtetelt vähemalt inimesele vastama. Ehk siis robotil peavad olema jalad ning rattad, roomikud jms ei sobi üldse linna. Ja kellelt me peaksime jalgade disaini kopeerima, kui mitte loomadelt? Stanfordi ülikooli miniatuurne, umbes 17 cm pikkune kuue jalaga robot (hexapod) töötab juba kiirusega 55 cm/sek.

Bioloogilistest materjalidest on loodud tehissüda. Uus teaduslik avastus võib lõpetada elundidoonori puuduse.

Minnesota ülikooli teadlaste rühm püüab luua põhimõtteliselt uut meetodit 22 miljoni inimese ravimiseks – just nii palju inimesi maailmas elab südamehaigustega. Teadlased suutsid eemaldada südamest lihasrakud, säilitades ainult südameklappide ja veresoonte raami. Sellesse raami siirdati uued rakud.

Bioonika võidukäik – tehiskäsi. Chicago rehabilitatsiooniinstituudi teadlastel õnnestus luua biooniline protees, mis võimaldab patsiendil mitte ainult mõtetega kätt juhtida, vaid ka teatud aistinguid ära tunda. Bioonilise käe omanik oli Claudia Mitchell, kes teenis varem USA mereväes. 2005. aastal sai Mitchell õnnetuses vigastada. Kirurgid pidid amputeerima Mitchelli vasaku käe kuni õlani. Selle tulemusena jäid kasutamata närvid, mida oleks saanud proteesi kontrolli all hoida.

Toredad pisiasjad “loodusest vaadatuna”

Kuulsa laenu andis Šveitsi insener George de
Mestral 1955. aastal. Ta jalutas sageli oma koeraga ja märkas, et tema karva külge kleepuvad pidevalt mingid kummalised taimed. Olles seda nähtust uurinud, tegi de Mestral kindlaks, et see on võimalik tänu väikestele konksudele kukeseene (takjas) viljadel. Selle tulemusel mõistis insener oma avastuse tähtsust ja kaheksa aastat hiljem patenteeris mugava takjapaela.

Imikud leiutati kaheksajalgu uurides.

Karastusjookide tootjad otsivad pidevalt uusi võimalusi oma toodete pakendamiseks. Samas üks tavaline õunapuu lahendas selle probleemi juba ammu. Õun on 97% vesi, pakitud mitte puitpappi, vaid söödavasse kooresse, mis on piisavalt isuäratav, et meelitada loomi puuvilju sööma ja terad laiali jaotama.

Inseneride tähelepanu on pälvinud ämblikulõngad, hämmastav looduse looming. Veeb oli pikkadele painduvatele kaablitele silla ehitamise prototüüp, mis tähistas sellega tugevate kaunite rippsildade ehitamise algust.

Nüüd on välja töötatud uut tüüpi relv, mis suudab vaenlase vägesid ultraheli abil šokeerida. See mõjupõhimõte laenati tiigritelt. Kiskja möirgamine sisaldab ülimadalaid sagedusi, mida inimene küll helina ei taju, kuid mõjub neile halvavalt.

Verevõtmiseks kasutatav kobestusnõel on loodud põhimõttel, mis kordab täielikult nahkhiire lõikehamba struktuuri, mille hammustus on valutu ja millega kaasneb tugev verejooks.

Meile tuttav kolbsüstal imiteerib vereimemise aparaati - sääski ja kirpe, mille hammustust tunneb iga inimene.

Kohevad “langevarjud” aeglustavad võililleseemnete maapinnale kukkumist, nagu langevari inimese kukkumist.

Järeldus.

Bioonika potentsiaal on tõesti piiramatu...

Inimkond püüab looduse meetodeid lähemalt vaadelda, et neid seejärel tehnikas targalt kasutada. Loodus on nagu tohutu inseneribüroo, millel on alati õige väljapääs igast olukorrast. Kaasaegne inimene ei peaks loodust hävitama, vaid võtma seda eeskujuks. Loodus võib oma taimestiku ja loomastiku mitmekesisusega aidata inimesel leida keerulistele probleemidele õige tehnilise lahenduse ja väljapääsu igast olukorrast.

Minu jaoks oli väga huvitav selle teemaga tegeleda. Tulevikus jätkan tööd bioonika saavutuste uurimisega.

LOODUS KUI STANDARD – JA BIOONIKA ON ON!

Kirjandus:

1. Bioonika. V. Martek, toim.: Mir, 1967

2. Mis on bioonika. Sari "Populaarteaduslik raamatukogu". Astašenkov P.T. M., Voenizdat, 1963

3. Arhitektuurne bioonika Yu.S. Lebedev, V. I. Rabinovitš jt. Moskva, Stroyizdat, 1990. 4.

Kasutatud Interneti-ressursse

Htth://www/cnews/ru/news/top/index. Shtml 2003/08/21/147736;

Bio-nika.narod.ru

www.computerra.ru/xterra

- http://ru.wikipedia.org/ wiki/Bionika

Www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

Http://factopedia.ru/publication/4097

Http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

http://novostey.com

Http://images.yandex.ru/yandsearch

Http://school-collection.edu.ru/catalog

Millal bioonikateadus täpselt sündis, on võimatu öelda, sest inimkond on alati inspiratsiooni ammutanud loodusest, on näiteks teada, et umbes 3 tuhat aastat tagasi üritati siidiloomingut kopeerida, nagu seda teevad putukad. Loomulikult ei saa selliseid katseid nimetada arenguteks, alles pärast moodsate tehnoloogiate ilmumist avanes inimesel täiesti reaalne võimalus kopeerida looduslikke ideid, reprodutseerida mõne tunniga kunstlikult kõike, mis on aastaid looduslikes tingimustes sündinud. Näiteks teavad teadlased, kuidas kasvatada sünteetilisi kive, mis ei jää oma ilu ja puhtuse poolest alla looduslikele, eriti teemantide analoogina.

Bioonika tuntuim visuaalne kehastus on Eiffeli torn Pariisis. See konstruktsioon põhines reieluu uurimisel, mis, nagu selgus, koosnes väikestest luudest. Need aitavad raskust ideaalselt jaotada, nii et reieluupea talub suuremaid koormusi. Sama põhimõtet kasutati ka Eiffeli torni loomisel.

Võib-olla kõige kuulsam bioonika "", kes andis selle arengusse tohutu panuse, on Leonardo da Vinci. Näiteks jälgis ta kiili lendu ja proovis seejärel lennukit luues selle liigutusi üle kanda.

Bioonika tähtsus teistele teadusvaldkondadele

Kõik ei aktsepteeri bioonikat kui teadust, pidades seda mitme teadusharu ristumiskohas sündinud teadmisteks, samas kui bioonika mõiste ise on lai, see hõlmab mitmeid teadusvaldkondi. Eelkõige on see geenitehnoloogia, disain, meditsiiniline ja bioloogiline elektroonika.

Võiks rääkida selle eranditult rakenduslikust olemusest, kuid kaasaegne tarkvara võimaldab simuleerida ja reaalsuseks rakendada kõikvõimalikke looduslahendusi ning seetõttu on loodusnähtuste uurimine ja võrdlemine inimvõimetega järjest aktuaalsem. Kaasaegse robootika loomisel pöörduvad insenerid üha enam abi saamiseks bioonikuteadlaste poole. Just robotid teevad ju inimeste elu tulevikus oluliselt lihtsamaks ja selleks peavad nad oskama õigesti liikuda, mõelda, ennustada, analüüsida jne. Nii lõid Stanfordi ülikooli teadlased prussakate vaatluste põhjal roboti Nende leiutis pole mitte ainult vilgas ja orgaaniline, vaid ka väga funktsionaalne. Lähitulevikus võib sellest robotist saada asendamatu abiline neile, kes iseseisvalt liikuda ei saa.

Bioonika abil on tulevikus võimalik luua kolossaalseid tehnoloogilisi arenguid. Nüüd kulub inimesel loodusnähtuste analoogi loomiseks vaid paar aastat, samal ajal kui loodus ise kulutab sellele aastatuhandeid.

Bioonika loosung on: "Loodus teab kõige paremini." Mis teadus see selline on? Nimi ise ja see moto annavad meile mõista, et bioonika on seotud loodusega. Paljud meist puutuvad iga päev kokku bioonikateaduse elementidega ja tulemustega, isegi teadmata.

Kas olete kuulnud sellisest teadusest nagu bioonika?

Bioloogia on populaarne teadmine, mida meile koolis tutvustatakse. Millegipärast arvavad paljud, et bioonika on üks bioloogia alavaldkondi. Tegelikult pole see väide päris täpne. Tõepoolest, selle sõna kitsamas tähenduses on bioonika teadus, mis uurib elusorganisme. Kuid enamasti oleme me harjunud selle õpetusega seostama midagi muud. Rakendusbioonika on teadus, mis ühendab bioloogia ja tehnoloogia.

Bioonilise uurimise subjekt ja objekt

Mida bioonika uurib? Sellele küsimusele vastamiseks peame arvestama õpetuse enda struktuurse jaotusega.

Bioloogiline bioonika uurib loodust sellisena, nagu see on, püüdmata sekkuda. Selle uurimisobjektiks on sees toimuvad protsessid

Teoreetiline bioonika tegeleb nende põhimõtete uurimisega, mida looduses on märgatud, ning loob nende põhjal teoreetilise mudeli, mida edaspidi kasutatakse tehnikas.

Praktiline (tehniline) bioonika on teoreetiliste mudelite rakendamine praktikas. Nii-öelda looduse praktiline tutvustamine tehnilisse maailma.

Kust see kõik alguse sai?

Suurt Leonardo da Vincit nimetatakse bioonika isaks. Selle geeniuse märkmetes võib leida esimesi katseid looduslike mehhanismide tehniliseks rakendamiseks. Da Vinci joonistused illustreerivad tema soovi luua lennuk, mis suudaks tiibu liigutada nagu lendavat lindu. Omal ajal olid sellised ideed populaarseks saamiseks liiga julged. Nad äratasid tähelepanu palju hiljem.

Esimene inimene, kes rakendas arhitektuuris bioonika põhimõtteid, oli Antoni Gaudí i Cournet. Tema nimi on selle teaduse ajalukku kindlalt sisse kirjutatud. Suure Gaudi projekteeritud arhitektuursed ehitised olid oma ehitamise ajal muljetavaldavad ja tekitavad kaasaegsete vaatlejate seas sama rõõmu palju aastaid hiljem.

Järgmisena toetas looduse ja tehnoloogia sümbioosi ideed. Tema eestvedamisel sai alguse biooniliste põhimõtete laialdane kasutamine hoonete projekteerimisel.

Bioonika kui iseseisva teaduse loomine toimus alles 1960. aastal Daytonas toimunud teadussümpoosionil.

Arvutitehnoloogia ja matemaatilise modelleerimise areng võimaldab kaasaegsetel arhitektidel rakendada looduse näpunäiteid arhitektuuris ja muudes tööstusharudes palju kiiremini ja suurema täpsusega.

Tehniliste leiutiste loomulikud prototüübid

Bioonikateaduse lihtsaim näide on hingede leiutamine. Kinnitus on kõigile tuttav, mis põhineb konstruktsiooni ühe osa pöörlemise põhimõttel ümber teise. Seda põhimõtet kasutavad merekarbid oma kahe ventiili juhtimiseks ja vajadusel nende avamiseks või sulgemiseks. Vaikse ookeani hiiglaslikud südakalad ulatuvad 15-20 cm suuruseks, nende karpide ühendamise põhimõte on palja silmaga selgelt nähtav. Selle liigi väikesed esindajad kasutavad ventiilide kinnitamiseks sama meetodit.

Igapäevaelus kasutame sageli mitmesuguseid pintsette. Viha terav ja näpitsa kujuga nokk muutub sellise seadme loomulikuks analoogiks. Need linnud kasutavad õhukest nokat, torkavad selle pehmesse pinnasesse ja eemaldavad väikesed mardikad, ussid jne.

Paljud kaasaegsed seadmed ja seadmed on varustatud iminappadega. Näiteks kasutatakse neid erinevate köögiseadmete jalgade disaini täiustamiseks, et vältida nende libisemist töötamise ajal. Iminappe kasutatakse ka kõrghoonete aknapesurite spetsiaalsete jalanõude varustamiseks, et tagada nende ohutu fikseerimine. Ka see lihtne seade on loodusest laenatud. Puukonn, kelle jalgadel on iminapad, püsib tavatult osavalt taimede siledatel ja libedatel lehtedel ning kaheksajalg vajab neid oma ohvritega tihedaks kontaktiks.

Selliseid näiteid leiate palju. Bioonika on just see teadus, mis aitab inimestel laenata loodusest tehnilisi lahendusi oma leiutisteks.

Kes on enne – loodus või inimesed?

Mõnikord juhtub, et üks või teine inimkonna leiutis on looduse poolt juba ammu “patenteeritud”. Ehk siis leiutajad ei kopeeri midagi luues, vaid mõtlevad ise välja tehnoloogia või toimimispõhimõtte ning hiljem selgub, et see on looduses juba ammu olemas olnud ning selle järele võiks lihtsalt luurata ja omaks võtta. .

See juhtus tavalise takjakinnitusega, mida inimene kasutab riiete kinnitamiseks. On tõestatud, et õhukeste okaste ühendamiseks kasutatakse ka sarnaseid konkse nagu Velcrol.

Tehase korstnate ehitus sarnaneb teravilja õõnsate vartega. Torudes kasutatav pikisuunaline tugevdus on sarnane varres olevate sklerenhüümi kiududega. Terasest jäikusrõngad - vaheseinad. Tüve väliskülje õhuke nahk on torude struktuuris spiraaltugevduse analoog. Vaatamata struktuuri kolossaalsele sarnasusele leiutasid teadlased iseseisvalt just sellise meetodi tehasetorude ehitamiseks ja alles hiljem nägid sellise struktuuri identiteeti looduslike elementidega.

Bioonika ja meditsiin

Bioonika kasutamine meditsiinis võimaldab päästa paljude patsientide elusid. Peatumata käib töö inimkehaga sümbioosis funktsioneerivate tehisorganite loomise nimel.

Esimesena katsetas seda taanlane Dennis Aabo. Ta kaotas poole käe, kuid nüüd on tal meditsiinilise leiutise abil võime tajuda objekte puudutuse teel. Tema protees on ühendatud vigastatud jäseme närvilõpmetega. Kunstlikud sõrmeandurid on võimelised koguma teavet objektide puudutamise kohta ja edastama selle ajju. Disain pole veel lõplikult välja töötatud, see on väga mahukas, mis muudab selle igapäevaelus kasutamise keeruliseks, kuid nüüd võime seda tehnoloogiat nimetada tõeliseks avastuseks.

Kõik sellesuunalised uuringud põhinevad täielikult looduslike protsesside ja mehhanismide kopeerimisel ning nende tehnilisel teostusel. See on meditsiiniline bioonika. Teadlaste ülevaated ütlevad, et nende töö võimaldab peagi välja vahetada kulunud elusorganeid ja kasutada nende asemel mehaanilisi prototüüpe. See on tõesti suurim läbimurre meditsiinis.

Bioonika arhitektuuris

Arhitektuuri- ja ehitusbioonika on bioonikateaduse eriharu, mille ülesandeks on arhitektuuri ja looduse orgaaniline taasühendamine. Viimasel ajal pöördutakse tänapäevaste struktuuride projekteerimisel üha sagedamini elusorganismidelt laenatud biooniliste põhimõtete poole.

Tänapäeval on arhitektuuribioonikast saanud omaette arhitektuuristiil. See sündis vormide lihtsast kopeerimisest ja nüüd on selle teaduse ülesandeks saanud põhimõtete, organisatsiooniliste tunnuste omaksvõtmine ja nende tehniline rakendamine.

Mõnikord nimetatakse seda arhitektuuristiili ökostiiliks. Seda seetõttu, et bioonika põhireeglid on järgmised:

optimaalsete lahenduste otsimine;
materjalide säästmise põhimõte;
maksimaalse keskkonnasõbralikkuse põhimõte;
energiasäästu põhimõte.

Nagu näete, pole bioonika arhitektuuris mitte ainult muljetavaldavad vormid, vaid ka progressiivsed tehnoloogiad, mis võimaldavad luua tänapäevastele nõuetele vastava struktuuri.

Arhitektuursete biooniliste ehitiste omadused

Varasemale arhitektuuri- ja ehituskogemusele tuginedes võime öelda, et kõik inimstruktuurid on haprad ja lühiealised, kui nad ei kasuta loodusseadusi. Bioonilised hooned on lisaks hämmastavatele vormidele ja julgetele arhitektuursetele lahendustele vastupidavad ning suudavad vastu pidada ebasoodsatele loodusnähtustele ja katastroofidele.

Selles stiilis ehitatud hoonete välisilmes on näha reljeefide, kujundite ja kontuuride elemente, mis on disainiinseneride poolt elu-, loodusobjektidelt oskuslikult kopeeritud ja hoonearhitektide poolt meisterlikult kehastatud.

Kui ühtäkki arhitektuuriobjekti mõtiskledes tundub, et vaatate kunstiteost, on suure tõenäosusega teie ees bioonilises stiilis hoone. Selliste struktuuride näiteid võib näha peaaegu kõigis maailma riikide pealinnades ja suurtes tehnoloogiliselt arenenud linnades.

Disain uueks aastatuhandeks

Veel 90ndatel lõi Hispaania arhitektide meeskond täiesti uuel kontseptsioonil põhineva ehitusprojekti. Tegemist on 300-korruselise hoonega, mille kõrgus ületab 1200 m. Kavas on liikuda mööda seda torni neljasaja vertikaalse ja horisontaalse liftiga, mille kiirus on 15 m/s. Riik, kes nõustus seda projekti sponsoreerima, oli Hiina. Ehituseks valiti rahvarohkeim linn Shanghai. Projekti elluviimine lahendab piirkonna demograafilise probleemi.

Torn saab olema täielikult bioonilise struktuuriga. Arhitektid usuvad, et ainult see tagab konstruktsiooni tugevuse ja vastupidavuse. Konstruktsiooni prototüübiks on küpressipuu. Arhitektuursel kompositsioonil pole mitte ainult puutüvega sarnane silindriline kuju, vaid ka "juured" - uut tüüpi biooniline vundament.

Hoone väliskate on plastikust ja hingavast materjalist, mis imiteerib puukoort. Selle vertikaalse linna kliimaseade on analoogne naha soojust reguleeriva funktsiooniga.

Teadlaste ja arhitektide hinnangul ei jää selline hoone ainsaks omataoliseks. Pärast edukat rakendamist suureneb biooniliste hoonete arv planeedi arhitektuuris ainult.

Bioonilised ehitised meie ümber

Millised kuulsad loomingud on kasutanud bioonikateadust? Selliste struktuuride näiteid on lihtne leida. Võtame näiteks Eiffeli torni loomise protsessi. Pikka aega levisid kuulujutud, et see 300-meetrine Prantsusmaa sümbol on ehitatud tundmatu araabia inseneri jooniste järgi. Hiljem selgus selle täielik analoogia inimese sääreluu struktuuriga.

Lisaks Eiffeli tornile leiate palju biooniliste struktuuride näiteid üle kogu maailma:

püstitati analoogia põhjal lootoseõiega.
Pekingi rahvusooperimaja – veetilga imitatsioon.
Ujumiskompleks Pekingis. Väliselt kordab see veevõre kristallilist struktuuri. Hämmastav disainlahendus ühendab endas ka konstruktsiooni kasuliku võime päikeseenergiat akumuleerida ja seejärel kasutada seda kõigi hoones töötavate elektriseadmete toiteks.
Aqua pilvelõhkuja näeb välja nagu langeva vee oja. Asub Chicagos.
Arhitektuuribioonika rajaja Antonio Gaudi maja on üks esimesi bioonikaehitisi. Tänaseni on see säilitanud oma esteetilise väärtuse ja on endiselt üks Barcelona populaarsemaid turismiobjekte.

Teadmised, mida igaüks vajab

Kokkuvõttes võib julgelt öelda: kõik, mida bioonika uurib, on tänapäeva ühiskonna arenguks asjakohane ja vajalik. Igaüks peaks tutvuma bioonika teaduslike põhimõtetega. Ilma selle teaduseta on võimatu ette kujutada tehnilist arengut paljudes inimtegevuse valdkondades. Bioonika on meie tulevik täielikus kooskõlas loodusega.

Bioonika, mis ilmus teadusringkondades kahekümnenda sajandi teisel poolel? Bioonika põhineb looduslike süsteemide vaatlusmaterjalidel, et luua nende baasil kaasaegseid tehnoloogiaid.

Sõna "bionics" tähendab inglise keelest tõlgituna "elusorganismide tundmist". Selle põhiülesanne (nagu varem mainitud) on eluslooduse mustrite väljaselgitamine ja nende rakendamine inimtegevuse süsteemis. Esimest korda selgitati USA-s Daytona sümpoosionil välja bioonika probleemid, selle eesmärgid ja funktsioonid. Seejärel, 1960. aastal, esitati julgelt väide, et ainult bioloogilised mehhanismid võivad olla tehnilise arengu tõelised prototüübid.

Bioonika peamised probleemid ja ülesanded

Elusorganismide üksikute süsteemide ja elundite (näiteks närvisüsteemi, südame või naha) funktsioonide ja omaduste vaatlemine ja uurimine, et omandatud teadmisi võtta aluseks uusimate tehnikasaavutuste loomisel: sõidukid, andmetöötlus jne.
Elusorganismide bioenergeetilise potentsiaali uurimine, et luua nende baasil mootoreid, mis võivad energia säästmiseks toimida nagu lihased.
Biokeemiliste sünteesiprotsesside uurimine keemiatööstuse arendamiseks uute detergentide ja ravimite tootmiseks.

Bioonika seos teiste inimteadmiste valdkondadega

"Bioonikat peetakse ühendavaks lüliks paljude tehniliste (elektroonika, transport, infotehnoloogia) ja loodusteaduste (meditsiin, bioloogia, keemia) vahel."

Eksperdid väidavad, et olemasolevate teadmiste terviku ühendamine teatud ühtsusega nende ratsionaalse praktilise rakendamise eesmärgil on kaasaegse maailma jaoks kõige vajalikum protsess. Bioonika ilmus siis, kui üksikute teadmisteharude spetsialiseerumine intensiivistus, jättes teaduse elutähtsa ühtsuse.

Seega on bioonika bioloogias vajalik komponent, mis võimaldab omandatud teadmisi rakendada kvalitatiivses koosluses matemaatika, tehnoloogia ja keemiaga. Sarnaste seoste loomine teabe, tehniliste ja loodusressursside vahel on bioonikauuringute lahutamatu osa.

Kui selle laiemas tähenduses on bioonika vahend, mille abil "laenata" loodusest hiilgavaid ideid uusimate teaduslike arengute jaoks, siis kitsamas mõttes saame sellest teadusest rääkida kui bioloogia ja aeronautika, küberneetika, materjaliteaduse, ehituse lähimast sidemest, äri, meditsiin, keemia, arhitektuur ja isegi kunst. Bioonikaspetsialist peab omama liigset vaatlusvõimet, aga ka analüütilist meelt, et suuta adekvaatselt võrrelda olemasolevat ja äsja uuendatud materjali läbi evolutsiooni ja inimkonna arengust tulenevate tehniliste võimaluste.

Jätkates vestlust bioonika kitsast tähendusest, võime rääkida sellisest ülesandest nagu uusimate meetodite väljatöötamine loodusvarade ja mineraalide kaevandamiseks tootmises kasutamiseks.

Hoolimata asjaolust, et bioonika on teadus, kuidas paremini ja ratsionaalsemalt kasutada seda, mida loodus meile annab, on selle üheks põhifunktsiooniks loodusliku materjali kui ammendamatu ressursside ja ideede allika kaitsmine ühiskonna pidevaks arenguks. Selle saavutamiseks kasutavad bioonikaspetsialistid kolme peamist lähenemist.

Funktsionaalne matemaatiline programmiline lähenemine (käimasoleva protsessi diagrammi, selle struktuuri, päritolu ja tulemuste uurimine). Selline lähenemine võimaldab konstrueerida uue mudeli olemasolevate tööriistade abil.
Füüsikalis-keemiline lähenemine (biokeemiliste protsesside uurimine). Selline lähenemine annab teadlastele võimaluse sünteesida uusi aineid, kasutades väljakujunenud mehhanisme.
Bioloogiliste süsteemide otsene rakendamine tehnoloogilises raamistikus, mida nimetatakse pöördmodelleerimiseks. Kui varasemates käsitlustes oli juttu bioloogilise materjali kasutamisest uute tehniliste vahendite loomiseks, siis siin saab rääkida probleemide ja tehniliste küsimuste lahendamisest, otsides vastuseid ja vajalikke ressursse bioloogilisest keskkonnast.

Niisiis, küsimusele, milline on bioonikateadus, saab kõige paremini vastata järgmiselt. Bioonika on eksistentsi bioloogiliste aspektide ja tehnoloogilise progressi sidumise viiside, vahendite ja võimaluste otsimine eesmärgiga suurendada teaduse progressi ja samal ajal säilitada olemasolevaid loodusvarasid.

Bioonika on teadus, mis uurib elusloodust eesmärgiga kasutada omandatud teadmisi praktilises inimtegevuses. Bioonika probleemid: elusorganismide üksikute osade (närvisüsteem, analüsaatorid, tiivad, nahk) ehitus- ja talitlusmustrite uurimine eesmärgiga luua selle põhjal uut tüüpi arvuti, lokaator, lennu-, ujumisaparaat, jne.; bioenergeetika uurimine kütusesäästlike lihastetaoliste mootorite loomiseks; ainete biosünteesi protsesside uurimine eesmärgiga arendada vastavaid keemiaharusid. Bioonika on tihedalt seotud tehnika (elektroonika, side, merendus jne) ja loodusteaduste (meditsiin) distsipliinidega, aga ka küberneetikaga (vt).

Bioonika (inglise bioonika, sõnast bion - elusolend, organism; kreeka Bioo - live) on teadus, mis uurib elusloodust eesmärgiga kasutada saadud teadmisi praktilises inimtegevuses.

Mõiste bioonika ilmus esmakordselt 1960. aastal, kui Daytonas (USA) toimunud sümpoosionile kogunenud eri valdkondade spetsialistid esitasid loosungi: "Elavad prototüübid on uue tehnoloogia võti." Bioonika oli omamoodi sild, mis ühendas bioloogia matemaatika, füüsika, keemia ja tehnoloogiaga. Bioonika üks olulisemaid eesmärke on analoogiate loomine tehnikas leiduvate füüsikalis-keemiliste ja infoprotsesside ning eluslooduse vastavate protsesside vahel. Bioonikaspetsialisti köidab eluslooduse miljonite aastate jooksul välja töötatud „tehniliste ideede” mitmekesisus. Bioonika ülesannete hulgas on erilisel kohal bioloogiast pärit teadmiste kasutamisel põhinevate juhtimis- ja sidesüsteemide arendamine ja ehitamine. See on bioonika selle sõna kitsas tähenduses. Bioonika on oluline küberneetikas, raadioelektroonikas, lennunduses, bioloogias, meditsiinis, keemias, materjaliteaduses, ehituses ja arhitektuuris jne. Bioonika ülesannete hulka kuulub ka kaevandamismeetodite, orgaanilise keemia kompleksainete tootmise tehnoloogiate väljatöötamine. , ehitusmaterjalid ja katted, mida metsloomad kasutavad. Bioonika õpetab eluslooduse ratsionaalse kopeerimise kunsti, tehniliste tingimuste leidmist bioloogiliste objektide, protsesside ja nähtuste asjakohaseks kasutamiseks.

Üks võimalikest viisidest on siin funktsionaalne (matemaatiline või tarkvaraline) modelleerimine, mis seisneb protsessi struktuurskeemi, objekti funktsioonide, nende funktsioonide arvuliste omaduste, nende eesmärgi ja ajas muutumise uurimises. Selline lähenemine võimaldab uurida huvipakkuvat protsessi matemaatiliste vahenditega ning teostada mudeli tehnilist teostust siis, kui selle tõhusus on põhimõtteliselt kindlaks tehtud ning jääb üle kontrollida sellise mudeli konstrueerimise majanduslikke, energeetika- ja muid võimalusi. olemasolevaid tehnilisi vahendeid kasutades. On veel üks võimalus - füüsikaline ja keemiline modelleerimine, kui bioonika valdkonna spetsialist uurib biokeemilisi ja biofüüsikalisi protsesse, et uurida elusorganismis esinevate ainete muundamise (sealhulgas lagunemise ja sünteesi) põhimõtteid. See tee on kõige tihedamalt seotud keemiatehnoloogiliste küsimustega ning avab uusi võimalusi energeetika- ja polümeerkeemia arendamisel. Kolmas bioonika poolt välja töötatud lähenemine on elussüsteemide ja bioloogiliste mehhanismide vahetu kasutamine tehnilistes süsteemides. Seda lähenemist nimetatakse tavaliselt pöördmodelleerimismeetodiks, kuna sel juhul otsib bioonikaspetsialist võimalusi ja tingimusi elussüsteemide kohandamiseks puhtalt insenertehniliste probleemide lahendamiseks ehk teisisõnu püüab ta simuleerida tehnilist seadet või protsessi bioloogilisel objektil. Tekkides vastuseks praktika taotlustele, oli bioonika algus teadusuuringutele, mis põhinesid bioloogiliste teadmiste rakendamisel kõigis tehnoloogiavaldkondades. Selle peamine tulemus on luua esimesed teed bioloogia üha kasvavaks tehniliseks meisterlikkuseks.