바이오닉스라는 단어는 미국의 스틸이 1960 년 라틴 단어' BIOS' (생활방식의 의미) 와 접미사' nlc' ('성격' 의 의미) 에 따라 형성한 것이다.
바이오닉스는 생명의 의미를 지닌 그리스어 bion 에 공학적인 ics 를 추가하여 형성된 단어이다. 1960 정도부터요. 생물의 기능은 어떤 인공기계보다 훨씬 우수하며, 생체 공학은 엔지니어링에서 생물 기능을 실현하고 효과적으로 응용하는 학과이다. 정보 수신 (감각 기능), 정보 전달 (신경 기능), 자동 제어 시스템 등에 관한 것입니다. 이 유기체의 구조와 기능은 기계 설계에 큰 영감을 주었다. 돌고래의 체형이나 피부 구조 (수영할 때 체표의 난류를 막을 수 있음) 를 잠수함의 설계 원리에 적용하는 것과 같은 생체 공학의 예를 들 수 있다. 바이오닉스는 또한 제어론과 밀접한 관련이 있는 학과로 여겨지며, 제어론은 주로 생명현상과 역학원리를 비교하고 연구하고 해석하는 것이다.
파리는 세균의 전파자로서 모두들 매우 싫어한다. 파리의 날개 (균형봉이라고도 함) 는' 자연 내비게이터' 로, 사람들이 모방하여' 진동 팽이' 를 만든다. 이런 기구는 현재 로켓과 고속 항공기에 적용되어 자동운전을 실현하였다. 파리의 눈은 3000 여 개의 작은 눈으로 구성된' 복안' 이다. 사람들은 그것을 모방하여 "파리 눈 렌즈" 를 만듭니다. 복안렌즈' 는 수백 개 또는 수천 개의 작은 렌즈로 순차적으로 배열돼 렌즈로' 복안카메라' 를 만들 수 있어 한 번에 수천 장의 똑같은 사진을 찍을 수 있다. 이 카메라는 이미 인쇄판과 전자컴퓨터의 대량의 마이크로회로를 복제하는 데 사용되어 생산성과 품질을 크게 높였다. 복안렌즈' 는 신형 광학 부품으로 여러 가지 용도가 있다.
자연계의 각종 생물은 어떤 특이한 기술을 가지고 있습니까? 그들의 기술은 인류에게 어떤 영감을 주었습니까? 인간이 이런 기술을 모방하면 어떤 기계를 만들 수 있을까? 새로운 과학인 바이오닉스를 소개하겠습니다.
바이오닉스는 생물건설 기술 장치를 모방한 과학으로, 지난 세기 중엽에 등장한 신흥 변두리 과학이다. 생체 공학은 물체의 구조, 기능 및 작동 원리를 연구하고 이러한 원리를 엔지니어링 기술에 이식하여 성능이 우수한 기기, 장치 및 기계를 발명하여 새로운 기술을 창조합니다. 바이오닉스의 탄생과 발전에서 지금까지 수십 년 만에 그 연구 성과는 이미 매우 인상적이었다. 바이오닉스의 출현은 독특한 기술 발전의 길, 즉 생물계에 청사진을 제시하는 길을 열어 사람들의 시야를 크게 넓혀 강력한 생명력을 보여 주었다.
인체 생체 공학은 역사가 유구하다.
예로부터 자연은 인류의 각종 기술 사상, 공학 원리, 중대한 발명의 원천이었다. 오랜 진화 과정을 거쳐 다양한 생물 군락이 환경의 변화에 적응하여 생존하고 발전할 수 있다. 노동은 인간을 창조했다. 인간은 장기적인 생산 관행에서 직립된 몸, 일할 수 있는 손, 감정과 사상을 교류하는 언어로 신경계, 특히 뇌의 발육을 촉진시켰다. 따라서 인간의 비길 데 없는 능력과 지혜는 생물계의 모든 집단을 훨씬 능가한다. 인간은 노동을 통해 자신의 총명함과 손재주로 공구를 만들어 자연계에서 더 큰 자유를 얻는다. 인간의 지혜는 생물세계에 대한 관찰과 인식에 그치지 않고, 인간의 독특한 사고와 디자인 능력을 이용하여 생물을 모방하고 창조적 노동을 통해 기술을 증가시킨다. 물고기는 물속에서 자유롭게 왕래할 수 있는 능력이 있기 때문에 사람들은 물고기의 모양을 모방하여 배를 만들고, 나무 노로 지느러미를 흉내낸다. 전하는 바에 따르면, 일찍이 대우시대에 중국 고대 근로자들은 물고기가 물 속에서 꼬리를 흔들며 헤엄치고 모퉁이를 돌고 있는 것을 관찰하여 선미에 나무 노를 얹었다. 반복 관찰, 모방, 연습을 통해 점차 노를 젓는 키로 바뀌어 배의 동력을 증가시켜 전복의 수단을 장악하였다. 이런 식으로, 구르는 강에서도 사람들은 배를 자유롭게 항해할 수 있다.
새는 날개를 펴고 공중에서 자유롭게 날 수 있다. 앞서 언급한 생물학적 구조와 기능을 발명하고 모방하려는 시도에 따르면, 인체 생체 공학의 선구자이자 생체 공학의 싹이 될 수 있습니다.
생각을 자극하는 대비
인간의 생체모방 행위는 이미 프로토타입을 가지고 있지만, 1940 년대까지 사람들은 의식적으로 생물을 디자인 사상과 발명의 원천으로 삼지 않았다. 생물학에 대한 과학자들의 연구는 생물체를 묘사하는 정교한 구조와 완벽한 기능에만 머물러 있다. 공학기술자는 자신의 우수한 지혜, 노력, 인공발명에 더 많이 의존한다. 그들은 의식적으로 생물학을 배우는 일이 거의 없다. 하지만 다음과 같은 사실들은 수백만 년 전에 생물계가 출현하여 진화 과정에서 해결되었다는 것을 보여 줍니다. 그러나 인간은 생물계로부터 정당한 계시를 받지 못했다.
제 1 차 세계 대전 중에 잠수함은 배가 수중에서 항행할 수 있도록 군사적 필요를 위해 건설되었다. 공학 기술자는 원시 잠수함을 설계할 때 먼저 잠수함에 돌이나 납덩이를 넣어 가라앉게 한다. 수면으로 올라가야 한다면, 그들은 가지고 다니는 석두 또는 납덩이를 버리고 선체를 수면으로 돌려보낼 것이다. 나중에 개선되어, 떠 있는 상자 안에서 물을 번갈아 주입하고 배수함으로써 잠수함의 무게를 바꾸었다. 나중에 밸러스트 탱크로 바뀌었는데, 선실 윗부분에는 배기 밸브가 있고 아랫부분에는 물 분사 밸브가 있습니다. 물탱크에 바닷물이 가득 차면 선체의 무게가 증가하여 물에 잠입하게 한다. 비상시에 스쿠버 다이빙이 필요할 때 스피드 다이빙 선실도 있습니다. 선체가 물에 잠입한 후 속잠실 안의 바닷물이 배출되었다. 밸러스트 탱크의 일부가 물로 채워지고 다른 부분이 비어 있으면 잠수함은 반 잠수할 수 있습니다. 잠수함이 떠오를 때, 탱크에 압축 공기로 들어가 바닷물을 배출하고, 보트 안의 해수 중량이 줄어들면 잠수함은 올라갈 수 있다. 이렇게 우월한 기계 장치는 잠수함의 자유 침몰을 실현하였다. 하지만 나중에 밝혀진 바에 따르면, 물고기의 기복 시스템은 사람들이 발명한 것보다 훨씬 간단하며, 물고기의 기복 시스템은 단지 부풀어오르는 물고기 가오리일 뿐이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 부레는 근육으로 제어되는 것이 아니라 부레에게 산소를 분비하거나 부레의 일부 산소를 다시 흡수하여 부레의 기체 함량을 조절하여 물고기의 자유 침몰을 촉진한다. 그러나, 이렇게 교묘한 물고기의 침몰 시스템은 잠수함 디자이너에 대한 계발과 도움은 이미 늦었다.
소리는 사람들의 생활에 없어서는 안 될 요소이다. 언어를 통해 사람들은 사상과 감정을 교류하고, 아름다운 음악은 사람들이 예술을 즐길 수 있게 하며, 공학기술자들도 음향시스템을 산업생산과 군사기술에 적용해 가장 중요한 정보 중 하나가 되었다. 잠수함이 출범한 이래, 수면함정이 잠수함의 위치를 어떻게 찾아 기습을 막았는가 하는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 잠수함, 잠수함, 잠수함, 잠수함, 잠수함, 잠수함, 잠수함) 잠수함이 물에 가라앉은 후에도 공격을 용이하게 하기 위해 적함의 방위와 거리를 정확하게 결정해야 한다. 그래서 제 1 차 세계대전 기간, 바다에서, 물과 물 사이의 대립 쌍방 투쟁에서 여러 가지 수단을 사용했다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 전쟁, 전쟁, 전쟁, 전쟁, 전쟁, 전쟁, 전쟁) 해군 엔지니어들도 음향 시스템을 중요한 정찰 수단으로 삼았다. 우선, 수청기, 일명 소음측향기는 적함이 항행할 때 나오는 소음을 감청하여 적함을 발견하는 것이다. 적함이 주변 해역을 항해하기만 하면 기계와 프로펠러가 소음을 내고 물청기를 통해 들을 수 있어 제때에 적을 발견할 수 있다. 하지만 당시 수중 청음기는 아직 완벽하지 않아 보통 자기 배의 소음만 받을 수 있었다. 적함을 감청하려면 배의 속도를 늦추거나 완전히 멈추어 잠수함의 소음을 분별해야 하는데, 이는 작전에 불리하다. 얼마 지나지 않아 프랑스 과학자 랑지만 (1872 ~ 1946) 은 초음파 반사의 성질을 이용하여 수중 선박을 성공적으로 탐사했다. 초음파 발생기로 물에 초음파를 발사하면 목표물을 만나면 반사되어 수신기에 의해 수신된다. 에코를 받는 시간 간격과 방향에 따라 대상의 방향과 거리를 측정할 수 있습니다. 이를 음파 탐지기 시스템이라고 합니다. 인공 음파 탐지기 시스템의 발명과 적의 잠수함을 탐지하는 데 있어서의 탁월한 업적에 사람들은 놀라움을 금치 못했다. 인간이 지구에 나타나기 전에 박쥐 돌고래와 돌고래가 에코 위치 탐지 음파 탐지기 시스템을 자유롭게 사용했다는 것을 알지 못합니까?
오랫동안 생물은 소리로 둘러싸인 자연 속에 살았다. 그들은 소리를 이용하여 음식을 찾고, 적의 상처를 피하고, 교배하고 번식한다. 따라서 소리는 생물에 대한 중요한 정보입니다. 이탈리아의 과학자 스파란열은 오래전에 박쥐 (WHO) 가 완전히 어두운 상황에서 마음대로 비행할 수 있다는 것을 발견했고, 장애물을 피할 수 있을 뿐만 아니라 날벌레를 잡아먹을 수 있다는 것을 발견하였다. 하지만 박쥐 귀를 막고 입을 봉한 후에는 어둠 속에서 움직일 수 없다. 이러한 사실에 직면하여, 스파란제는 박쥐 귀와 입으로 "볼 수 있다" 는 납득할 수 없는 결론을 내렸다. 그들은 입으로 초음파를 낼 수 있고, 장애물에 부딪혀 반사될 때 귀로 받을 수 있다. 제 1 차 세계대전이 끝난 후 1920 년, 하타이는 박쥐 발성의 소리 신호 주파수가 사람의 귀의 청각 범위를 넘어섰다고 생각했다. 또한 박쥐 위치 표적을 찾는 방법은 롱 완지가 제 1 차 세계대전에서 발명한 초음파 메아리법과 같다고 지적했다. 유감스럽게도, 하타이의 힌트는 사람들의 주의를 끌지 못했고, 엔지니어들도 박쥐' 메아리 위치 탐지' 기술을 가지고 있다는 것을 믿을 수 없었다. 1983 이 전자측정기를 채택할 때까지는 초음파를 발사하여 박쥐 위치를 완전히 확인할 수 없습니다. 그러나 이것은 레이더와 음파 탐지기의 초기 발명에 도움이 되지 않았다.
이 세 가지 예는 생각을 자극해 큰 깨우침을 준다. 일찍이 지구에 인류가 출현하기 전에, 각종 생물은 이미 자연계에서 수억 년 동안 살았으며, 장기간의 생존 투쟁 진화에서 자연에 적응할 수 있는 능력을 얻었다. 생물학 연구에 따르면 진화 과정에서 형성된 매우 정확하고 완벽한 메커니즘은 내외 환경의 변화에 적응할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 생물학에는 매우 효과적인 기술이 많이 있다. 체내의 생합성, 에너지 변환, 정보 수신 및 전달, 외부 세계에 대한 인식, 내비게이션, 방향 계산, 합성 등. , 많은 기계와 비교할 수없는 장점을 보여줍니다. 생물의 작고, 예민하고, 빠르고, 효율적이고, 믿을 만하고, 방해받지 않는 것이 정말 신기하다.
생물학과 기술 사이의 다리
바이오닉스의 탄생
생산의 필요와 과학기술이 발달하면서 1950 년대 이래 사람들은 생물체계가 신기술을 개척하는 주요 방법 중 하나라는 것을 깨닫고, 생물계를 각종 기술사상, 설계원리, 발명의 원천으로 의식적으로 삼았다. 사람들은 화학, 물리학, 수학, 기술 모델을 이용하여 생물 시스템을 심도 있게 연구하여 생물학의 대발전을 촉진하여 생물 체내의 기능 메커니즘 연구가 빠른 진전을 이루게 하였다. 이때 시뮬레이션한 생물은 더 이상 매혹적인 환상이 아니라 할 수 있는 사실이다. 생물학자와 엔지니어는 적극적으로 협력하여 생물학에서 얻은 지식을 이용하여 오래된 것을 개선하거나 새로운 엔지니어링 설비를 창조하기 시작했다. 생물은 모든 업종의 기술 혁신과 혁명의 대열에 들어서기 시작했고, 우선 자동통제 항공 항해 등 군사 부문에서 성공을 거두었다. 따라서 생물학과 공학 기술학과가 서로 결합되어 상호 침투하여 새로운 과학인 바이오닉스가 탄생했다.
생체 공학은 독립 학과로서 1960 년 9 월에 정식으로 탄생했다. 제 1 회 바이오닉스 대회는 미국 공군항공관리국이 오하이오 데이턴 공군 기지에서 열렸다. 회의에서 논의한 중심 의제는' 생물계 분석에서 얻은 개념이 인공정보 처리 시스템의 설계에 적용될 수 있을까?' 이다. 스티어는 이 신흥 과학의 이름을' 바이오닉스' 로 지었는데, 그리스어는 생명계의 기능을 연구하는 과학을 대표한다. 1963, 중국은' 바이오닉스' 를' 바이오닉스' 로 번역했다. 스티어는 생체 공학을 "생물학적 원리를 모방하여 기술 시스템을 구축하거나, 인공 기술 시스템이 생물학적 특징을 갖거나 비슷한 과학" 으로 정의했다. 요컨대, 생체 공학은 생물학을 모방하는 과학이다. 정확히 말하자면, 바이오닉스는 구조, 특성, 기능, 에너지 변환, 정보 제어 등 생물학적 시스템의 다양한 우수한 특성을 연구하는 종합 과학입니다. 기술 시스템에 적용하고, 기존 기술 엔지니어링 장비를 개선하고, 프로세스, 건물 구성 및 자동화 장비와 같은 새로운 기술 시스템을 만듭니다. 생물학적 관점에서 볼 때, 바이오닉스는 응용생물학의 한 가지에 속한다. 바이오닉스는 공학 기술의 관점에서 생물학적 시스템에 대한 연구를 바탕으로 새로운 기술 장비를 설계하고 건설하는 새로운 원리, 새로운 방법 및 새로운 방법을 제공합니다. 바이오닉스의 영광스러운 임무는 인류에게 가장 믿을 만하고 유연하며 효율적이며 경제적인 생물학적 시스템에 가까운 기술 체계를 제공하여 인류를 축복하는 것이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 바이오닉스명언)
바이오닉스 연구 방법 및 내용
바이오닉스의 임무는 생물학적 시스템의 우수한 능력과 원리를 연구하고, 모델링하고, 이러한 원리를 적용하여 새로운 기술 설비를 설계하고 제조하는 것이다.
바이오닉스의 주요 연구 방법은 모형을 제시하고 시뮬레이션하는 것이다. 연구 절차는 크게 다음 세 단계로 나뉩니다.
첫 번째는 생물학적 프로토 타입 연구입니다. 생산 관행이 제기한 구체적인 과제에 따라 연구에서 얻은 생물학적 데이터를 단순화하고, 기술적 요구 사항에 유리한 내용을 흡수하고, 생산 기술 요구 사항과 무관한 요소를 배제하고, 생물학적 모델을 얻습니다. 두 번째 단계는 생물학적 모델이 제공하는 데이터를 수학적으로 분석하고, 내재적 관계를 추상화하고, 수학적 언어로 생물학적 모델을 "번역" 하는 것입니다. 마지막으로 수학 모델은 엔지니어링 기술에서 테스트할 수 있는 물리적 모델을 만듭니다. 물론, 생물학적 시뮬레이션 과정에서 단순한 생체모방이 아니라, 더욱 중요한 것은 생체모방에 혁신이 있다는 것이다. 반복적인 연습-이해-실천을 거쳐 시뮬레이션된 것이 점점 생산의 수요를 충족시킬 수 있게 되었다. 이 시뮬레이션의 결과, 최종 기계 설비는 생물 원형과 달리 어떤 면에서는 생물 프로토타입의 능력을 능가할 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 기계, 기계, 기계, 기계, 기계, 기계, 기계, 기계) 예를 들어, 현재 비행기는 여러 방면에서 조류의 비행 능력을 능가하고 있으며, 전자 컴퓨터는 복잡한 계산에서 인간의 컴퓨팅 능력보다 더 빠르고 믿을 수 있다.
결론적으로, 생체 공학의 연구 내용은 분자 생체모방에서 거시우주 생체모방에 이르기까지 더 광범위한 내용을 포함한다. 오늘날 과학기술은 각종 자연과학이 고도로 융합되고, 교차되고, 침투하는 새로운 시대에 처해 있다. 생체 공학은 시뮬레이션을 통해 생명의 연구와 실천을 결합하는 동시에 생물학의 발전을 크게 촉진시켰다. 다른 학과의 침투와 영향으로 생물과학의 연구 방법에 근본적인 변화가 일어났다. 내용도 설명, 분석 차원에서 정확하고 수량화된 방향으로 심화된다. 생물과학의 발전은 생체 공학을 경로로 하여 각종 자연과학과 기술과학에 귀중한 정보와 풍부한 영양을 전달하여 과학의 발전을 가속화한다. 따라서 바이오닉스의 과학 연구는 무한한 생명력을 보여 주며, 그 발전과 성과는 전 세계의 과학 기술 발전을 촉진하는 데 큰 기여를 할 것이다.
바이오닉스 연구 범위
바이오닉스의 연구 범위에는 주로 기계 바이오닉스, 분자 바이오닉스, 에너지 바이오닉스, 정보, 바이오닉스 제어 등이 있다.
기계적 생체모방은 생물의 일반적인 구조와 섬세한 구조를 연구하고 모방하는 정적 성질뿐만 아니라, 생물의 각종 성분의 상대적 운동과 생물이 환경 속에서 움직이는 동적 성질이다. 예를 들어, 껍데기로 만든 장거리 쉘 건물을 모방하고 대퇴골 구조로 만든 원통을 모방하면 응력이 특별히 집중된 영역을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 최소한의 건축 재료로 최대 하중을 견딜 수 있습니다. 군사적으로 돌고래 가죽의 그루브 구조를 모방하고 선체에 인공 돌고래 가방을 적용함으로써 항행 유량을 줄이고 속도를 높일 수 있다.
분자 생체모방은 효소를 연구하고 시뮬레이션하는 촉매 작용, 생체막의 선택성과 침투성, 생물대분자 또는 그 유사체의 분석과 합성 등이다. 예를 들어, 삼림 해충 집시 나방 성 페로몬의 화학 구조를 이해한 후, 유사한 유기화합물을 합성하여, 백만 분의 1 마이크로그램의 복용량으로 야외 곤충 유인기에서 수컷 곤충을 유인하여 죽일 수 있다.
에너지 생체 공학은 생체 전기 기관을 연구하고 모방하는 생물 발광, 근육이 화학에너지를 기계 에너지 등 생물의 에너지 변환 과정으로 직접 변환하는 과정이다.
정보 및 제어 생체 공학은 감각 기관, 뉴런, 신경망 등 생물의 정보 처리 과정과 고급 중추의 지능 활동을 연구하고 시뮬레이션하는 것이다. 예를 들어, 비충시동반응을 기반으로 하는' 자기 상관속도계' 는 비행기의 착륙 속도를 측정할 수 있다. 복안측 억제 네트워크의 작동 원리에 따라 이미지 윤곽을 높이고 대비를 높일 수 있는 장치를 개발해 물체의 탐지를 흐리게 하는 데 도움을 주었다. 100 개 이상의 뉴런 모델을 만들어 새로운 컴퓨터를 만들었습니다.
바이오닉스의 범위는 매우 광범위하며, 정보와 제어 바이오닉스는 주요 영역이다. 한편으로는 자동화가 지능통제로 발전했기 때문이고, 다른 한편으로는 생물과학이 이런 단계로 발전하여 뇌를 연구하는 것이 신경과학의 가장 큰 도전이 되었기 때문이다. 인공지능과 지능 로봇 연구의 바이오닉스 방면-바이오메트릭 패턴 인식 연구, 뇌 학습, 기억, 사고 과정의 연구와 시뮬레이션, 생체 내 제어의 신뢰성과 조율 등. -바이오닉스 연구의 주요 측면입니다.
통제는 정보 생체 공학과 바이오 제어론과 밀접한 관련이 있다. 둘 다 생물학적 시스템의 통제와 정보 과정을 연구하고 모두 생물학적 시스템의 모델을 사용한다. 그러나 전자의 목적은 주로 실용적인 인공 하드웨어 시스템을 구축하는 것이다. 한편, 생물제어론은 제어론의 일반적인 원리와 기술과학 이론에서 생물행동에 대한 해석을 찾는다.
유추, 시뮬레이션 및 모델 방법의 가장 널리 사용되는 것은 바이오닉스 연구 방법의 두드러진 특징이다. 그 목적은 모든 세부 사항을 직접 복제하는 것이 아니라 생물학적 시스템의 작동 원리를 이해하고 특정 기능을 달성하는 것을 목적으로 하는 것이다. 일반적으로 바이오닉스 연구에는 바이오메트릭 프로토타입, 수학 모델, 하드웨어 모델의 세 가지 관련 측면이 있다고 생각합니다. 전자는 기초이고, 후자는 목적이며, 수학 모형은 둘 사이에 없어서는 안 될 다리이다.
파리와 우주선
얄미운 파리는 거대한 우주사업과는 무관한 것처럼 보이지만, 생체 공학은 그것들을 밀접하게 연결시킨다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언)
파리는 악명 높은' 냄새 나는 물건' 이다. 그것들은 곳곳에서 볼 수 있고 냄새는 고약하다. 파리의 후각은 특히 예민해서 몇 킬로미터 떨어진 냄새를 맡을 수 있다. 하지만 파리는 "코" 가 없습니다. 그것은 무엇으로 후각 역할을 합니까? 원래 파리의' 코' 인 후각 수용기가 머리의 한 쌍의 촉각에 분포되어 있었다.
각' 코' 는 외부와 통하는' 콧구멍' 이 하나뿐이며, 그 안에는 수백 개의 후각 신경 세포가 들어 있다. 만약 냄새가 콧구멍에 들어가면, 이 신경들은 즉시 냄새 자극을 신경 전기 펄스로 바꾸어 뇌로 보냅니다. 뇌는 서로 다른 냄새의 물질이 생성하는 서로 다른 신경 전기 펄스에 따라 서로 다른 냄새의 물질을 구분할 수 있다. 따라서 파리의 촉수는 민감한 가스 분석기와 같습니다.
바이오닉 과학자들은 파리의 후각 기관의 구조와 기능에 근거하여 매우 특이한 소형 가스 분석기를 복제했다. 이 기기의 탐침은 금속이 아니라 살아있는 파리 한 마리이다. 매우 미세한 미세 전극을 파리의 후각 신경에 꽂고, 유도된 신경전신신호를 전자회로를 통해 확대한 후 분석기로 보냅니다. 분석기는 냄새나는 물질의 신호를 발견하자마자 경보를 보낼 수 있다. 이 기구는 이미 우주선의 조종석에 설치되어 선내 기체의 성분을 검출하는데 사용되었다.
이 소형 가스 분석기는 잠수함과 광산의 유해 가스도 측정할 수 있다. 이 원리는 컴퓨터의 입력 장치와 가스 크로마토 그래피 분석기의 구조 원리를 개선하는 데도 사용될 수 있습니다.
반딧불이에서 인공 발광에 이르기까지
인류가 전등을 발명한 이후로 생활이 더욱 편리하고 풍부해졌다. 하지만 전등은 전기의 작은 부분만 가시광선으로 바꿀 수 있고, 나머지는 대부분 열로 낭비되고, 전등의 열광선은 사람의 눈에 해롭다. 그럼 열이 나지 않는 광원만 있나요? 인류는 또 자연으로 눈을 돌렸다.
자연계에서는 박테리아, 곰팡이, 웜, 연체 동물, 갑각류, 곤충, 어류 등 많은 생물이 빛을 발할 수 있는데, 이들 동물이 방출하는 빛은 열을 발생시키지 않기 때문에' 냉광' 이라고도 한다.
많은 빛나는 동물 중에서 반딧불이는 그 중 하나이다. 반딧불이는 약 65,438+0,500 종으로, 냉광의 색은 황록색, 오렌지색, 빛의 밝기도 다르다. 반딧불이는 냉광을 방출하는데, 발광 효율이 높을 뿐만 아니라, 일반적으로 비교적 부드럽고, 사람의 눈에 적합하고, 빛의 강도도 비교적 높다. 따라서 생물 발광은 인류의 이상적인 광원이다.
과학자들은 반딧불의 발광 장치가 복부에 있다는 것을 발견했다. 이 라이트 방사체는 발광 레이어, 투명 레이어 및 반사 레이어의 세 부분으로 구성됩니다. 발광층에는 수천 개의 발광 세포가 있는데, 그것들은 모두 형광소와 형광소 효소를 함유하고 있다. 형광소 효소의 작용으로 형광소는 세포 내 물의 참여로 산화와 결합하여 형광을 방출한다. 반딧불의 발광은 본질적으로 화학에너지가 빛 에너지로 변환되는 과정이다.
일찍이 1940 년대에 사람들은 반딧불에 대한 연구를 바탕으로 형광등을 만들어 인간의 조명원을 크게 바꾸었다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 먼저 반딧불이에서 순수한 형광소를 분리한 다음 형광소 효소를 분리한 다음 화학적으로 형광소를 합성했다. 형광소, 형광소 효소, ATP (삼인산 아데노신), 물로 구성된 생물광원은 폭발성 가스가 가득한 광산에서 플래시로 사용할 수 있다. 이 램프에는 전원이 공급되지 않고 자기장이 생기지 않기 때문에 생물 광원의 조사 아래 자성 지뢰를 제거하는 데 사용할 수 있다.
이제 사람들은 화학 물질을 혼합하여 바이오라이트와 같은 차가운 빛을 얻어 안전 조명에 사용할 수 있습니다.
전어와 볼트 배터리
자연계의 많은 생물은 모두 전기를 생산할 수 있는데, 어류만 해도 500 여 종이 있다. 사람들은 이 방전 가능한 물고기를' 전어' 라고 부른다.
각종 전어는 모두 서로 다른 방전 기교를 가지고 있다. 전기 가오리, 전기 메기 및 전기 장어는 방전 능력이 가장 강하다. 중형 어뢰는 70 볼트 정도의 전압을 생산할 수 있고, 아프리카 어뢰는 최대 220 볼트의 전압을 생산할 수 있다. 아프리카 전기 메기는 350 볼트 전압을 생성 할 수 있습니다. 전기장어는 500 볼트의 전압을 생산할 수 있다. 남미 전기 뱀장어는 최대 880 볼트의 전압을 생산할 수 있어 전기 충격 챔피언이라고 불린다. 말 같은 큰 동물을 죽일 수 있다고 한다.
전기어 방전의 신비는 어디에 있습니까? 전어에 대한 해부 연구를 거쳐, 마침내 전어의 체내에 이상한 발전 기관이 있다는 것을 발견하였다. 이 발전기들은 반투명한 디스크 배터리로 이루어져 있는데, 이를 전판 또는 전판이라고 한다. 전어의 종류에 따라 발생기의 보드 모양, 위치, 수량도 다르다. 전기 장어의 발생기는 각진 모양으로 꼬리의 양쪽에 있는 근육에 위치해 있다. 어뢰의 발생기 모양은 납작한 신장처럼 몸의 정중선 양쪽에 배열되어 있으며, 2 백만 개의 전판이 있다. 전기 메기의 발생기는 피부와 근육 사이에 약 500 만 개의 전판이 있는 어떤 분비선에서 기원한다. 단일 극판에서 발생하는 전압은 매우 약하지만 극판이 많기 때문에 생성되는 전압은 매우 크다.
전어의 비범한 기술이 사람들의 큰 흥미를 불러일으켰다. 19 세기 초 이탈리아 물리학자 볼트는 세계 최초의 전기어 발전기를 기반으로 한 복타 배터리를 설계했다. 이 배터리는 전어의 천연 발전기에 따라 설계되었기 때문에' 인조전관' 전어라고 불리는 연구도 전어의 발전기를 성공적으로 모방할 수 있다면 함선과 잠수함의 동력 문제를 잘 해결할 수 있다는 계시를 주었다.
해파리가 바람에 부는 귀
자연계에서 해파리는 일찍이 5 억년 전에 고전과 함께 바다에 살았다. "그런데 해파리는 순풍귀와 무슨 상관이 있나요? 사람들은 분명히 이런 질문을 할 것이다. 폭풍 경보 전에 해파리가 무리를 지어 바다를 향해 헤엄칠 것이기 때문이다. 폭풍이 곧 닥칠 것을 예고하고 있기 때문이다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) 하지만 이것이' 순풍귀' 와 무슨 관련이 있을까요? 원래 푸른 바다의 공기와 파도 마찰로 인한 초음파 (주파수가 8 ~ 13 Hz) 는 폭풍 경보 전의 예보였다. 이런 차음파인귀는 들을 수 없지만 해파리에게는 식은 죽 먹기다. 연구를 통해 과학자들은 해파리의 귀에 작은 손잡이가 있고, 손잡이에는 작은 공이 있고, 그 안에는 작은 청석이 있다는 것을 발견했다.
과학자들은 해파리 귀의 구조와 기능에 따라 해파리 귀 폭풍 예측기를 설계하여 해파리가 2 차 소리를 느끼는 기관을 정확하게 시뮬레이션했다.
기술 훈련 기린과 우주 비행사의 무중력
기린이 긴 목을 통해 피를 머리에 전달하는 이유는 기린이 고혈압을 가지고 있기 때문이다. 기린의 혈압은 인간의 정상 혈압보다 두 배 높은 것으로 나타났다. 왜 이렇게 높은 혈압이 기린의 뇌출혈로 죽지 않을까요? 이것은 기린의 신체 구조와 관련이 있다. 첫째, 기린 혈관 주위의 근육이 발달하여 혈관을 압박하고 혈류를 조절할 수 있다. 한편 기린의 다리와 온몸의 피부와 근막은 모두 팽팽하여 하체 피가 위로 돌아오는 데 도움이 된다. 이에 영감을 받아 과학자들은 우주비행사를 훈련시켜 우주비행사가 우주 비행사 주위의 근육 퇴화를 막기 위해 하루에 몇 시간 동안 이 기구를 사용할 수 있도록 하는 특별한 기구를 설치했다. 우주선이 발사될 때 과학자들은 기린이 팽팽한 피부를 이용해 혈관 압력을 조절할 수 있다는 원칙에 따라 비행복인' 항하복' 을 개발했다. 항하복에는 팽창 장치가 장착되어 있다. 우주선의 속도가 증가함에 따라 항하복은 일정량의 기체를 충전하여 혈관에 일정한 압력을 가하여 우주비행사의 혈압을 정상으로 유지할 수 있다. 한편, 우주비행사의 복부 아랫부분에는 공기를 배출하는 밀폐장치가 있어 우주비행사의 다리 혈압을 낮춰 몸의 윗부분에서 하체로 혈액을 수송할 수 있다.
거북이 껍데기 쉘 건물.
거북갑의 등갑은 아치형으로, 범위가 매우 넓어서 많은 역학 원리를 포함하고 있다. 두께가 2mm 밖에 안 되지만 망치로 깨뜨리기는 어렵다. 건축가는 그것을 모방하여 쉘 건물을 설계했다. 이런 건물에는 많은 장점이 있다: 재료가 적고, 범위가 넓으며, 내구성이 있다. 쉘 건물은 모두 아치형은 아니며 세계적으로 유명한 시드니 오페라 하우스는 항구에 정박한 돛 세트와 같다.
-구조 부재
단면면적이 같은 구성요소의 경우 중립 축에서 가능한 한 멀리 재질을 배치하는 것이 효과적인 단면 쉐이프입니다. 흥미롭게도, 이 결론은 자연계의 많은 동식물 조직에도 반영되어 있다. 예를 들어 강풍을 견딜 수 있는 많은 식물의 줄기는 속이 빈 단면의 관형 구조이다. 사람의 하중과 운동을 지탱하는 골격은 횡단면 주위에 촘촘한 뼈가 있고 부드러운 골수는 공강으로 가득 차 있다. 건물 구조에서 일반적으로 사용되는 중공 바닥, 상자 거더, I 자형 강철 빔, 접기 구조, 공간 얇은 벽 구조는 모두 이 결론을 바탕으로 합니다.
얼룩말
얼룩말은 아프리카 대륙에 살면서 겉모습은 일반 말과 별반 다르지 않다. 그것들의 줄무늬는 생활환경에 적응하기 위해 파생된 보호색이다. 얼룩말은 모든 얼룩말 중에서 가장 크고 아름답다. 어깨 높이는 140- 160 cm 로 귀가 둥글고 크고 줄무늬가 가늘고 많다. 얼룩말은 종종 천적을 막기 위해 초원의 뿔마, 뿔마, 가젤, 타조로부터 멀리 떨어져 있다. 얼룩말 줄무늬의 군사적 응용은 생체 공학의 성공적인 예이다.
액세서리 (바이오닉 현상 요약):
1. 매우 이상한 소형 가스 분석기는 싫어하는 파리로부터 성공적으로 복제되었다. 그것은 이미 우주선의 조종석에 설치되어 선내 기체의 성분을 검출하기 위해 사용되었다.
2. 반딧불이에서 인공 발광에 이르기까지
3. 전기 물고기 및 볼트 배터리;
4. 해파리는 바람을 맞으며 해파리 귀의 구조와 기능을 모방해 해파리 귀 폭풍 예보기를 설계해 폭풍을 미리 15 시간 예보할 수 있어 항해와 어업 안전에 큰 의미가 있다.
5. 개구리 눈의 시각 원리에 따르면, 사람들은 이미 전자 개구리 눈을 개발하는 데 성공했다. 이런 전자개구리의 눈은 진짜 개구리눈처럼 특정 모양의 물체를 정확하게 식별할 수 있다. 레이더 시스템에 전자개구리 눈을 설치한 후 레이더의 간섭 방지 능력이 크게 향상되었다. 이런 레이더 시스템은 특정 모양의 비행기, 선박, 미사일을 빠르고 정확하게 식별할 수 있다. 특히 진실과 거짓 미사일을 구별할 수 있어 거짓의 혼동을 막을 수 있다.
전자개구리 눈도 공항과 교통 요로에 광범위하게 적용된다. 공항에서, 그것은 비행기의 이륙과 착륙을 감시할 수 있으며, 만약 비행기가 곧 충돌할 것이라는 것을 발견하면 즉시 경찰에 신고할 수 있다. 간선도로에서 차량 운행을 지휘하여 차량 충돌을 막을 수 있다.
6. 박쥐 초음파 로케이터의 원리에 따르면 사람들은 맹인을 위해' 탐사자' 를 복제했다. 이런 탐사자는 초음파 발사기가 설치되어 있어 시각장애인들이 전봇대, 계단, 다리 등을 찾는 데 사용할 수 있다. 오늘날, 비슷한 기능을 가진 초음파 안경도 제조되었다.
7. 시아 노 박테리아의 불완전한 광합성 메커니즘을 시뮬레이션하여 생체 모방 광분해 장치를 설계하여 많은 양의 수소를 얻습니다.
8. 인체의 골격근 시스템과 바이오전기 제어에 대한 연구에 따르면 인체의 힘 증강기인 보행기를 복제했다.
9. 현대 기중기의 갈고리는 많은 동물의 발톱에서 기원한다.
10 입니다. 주름진 지붕은 동물의 비늘을 모방한다.
1 1. 노가 오리의 물갈퀴를 모방했다.
12 입니다. 사마귀 팔을 톱질하거나 풀을 톱질하다.
13 입니다. Xanthium 속 식물은 영감을 받아 velcro 를 발명했습니다.
14 입니다. 후각이 예민한 바닷가재는 사람들에게 냄새 탐지기를 만드는 아이디어를 제공한다.
15 입니다. 도마뱀붙이발가락은 재사용 가능한 테이프를 만드는 데 고무적인 전망을 제공한다.
16 입니다. 조개류와 그 단백질은 매우 강한 콜로이드를 생성하는데, 이런 콜로이드는 외과 봉합에서 선박 수리에 이르는 모든 것에 적용될 수 있다.
16. 시드니 대극장의 나뭇잎 배치와 건물.
17. 잠수함과 물고기의 침몰.
18. 방울뱀과 공대공 방울뱀.
[이 단락 편집] 바이오닉스의 최신 개발
1994 중국과학원 쩡 [제이] 본철은 시스템 생물공학과 시스템 유전학의 개념과 원리를 제시하고 세포 생체 공학을 검토했다. 2002 년에 독일인들은 세포 통신을 위한 바이오컴퓨터를 제안했다. 바이오닉스와 유전학의 결합은 시스템 생물공학의 개념, 즉 유전공학을 발전시키는 바이오닉스이다. 인공 유전자 재조합과 유전자 변형 기술은 자연 재조합과 유전자 전이를 모방한 것으로, 인공합성 천연 약물 분자와 생물 대분자는 분자 수준에서 생체모방되고, 인공뉴런, 신경망, 세포 로봇은 세포 시스템 수준에서 생체모방한다. 단일 유전자 유전학에서 시스템 유전학의 단일 유전자 이동, 다중 유전자 유전자 유전자 유전자 조작의 합성생물학, 나노 생명기술, 바이오메트릭 컴퓨팅, DNA 컴퓨터 기술의 체계적인 생물공학 발전에 따라 생체 공학은 분자, 세포, 장기에 이르는 인공생물계 시대로 전면적으로 발전했다.