Բույսերի և կենդանիների սկզբունքների կիրառումը տեխնիկայում և մարդու տնտեսական գործունեության մեջ

Բույսերի և կենդանիների սկզբունքների կիրառումը տեխնիկայում և մարդու տնտեսական գործունեության մեջ

Բիոնիկայի գլխավոր խնդիրը բույսերի և կենդանիների կառուցվածքային առանձնահատկությունների ուսումնասիրությունն ու այդ հատկությունների կիրառումն է տեխնիկայում: Բիոնիկայում կան երեք մեթոդական բաժիններ՝ կենսաբանական, տեսական և տեխնիկական։

Կենսաբանական բիոնիկա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կենսաբանական բիոնիկան հիմնվում է կենսաբանության տարբեր բնագավառների վրա, ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմների ֆիզիոլոգիական գործընթացները, կենդանի հյուսվածքների բազմազանության ձևավորման և կառուցվածքի առանձնահատկությունները, գլխուղեղի աշխատանքը, հիշողության մեխանիզմները, կենդանիների զգայական աշխատանքը, միջավայրի արտաքին գործոնների նկատմամբ կենդանիների և բույսերի կողմից ռեակցիաների ներքին մեխանիզմները։ Զբաղվում է կենդանի օրգանիզմների հուսալիության, օգտագործվող նյութի և առաջացող էներգիայի տնտեսման հարցերով։ Բացահայտում է դրանց այն հիմնական ճարտարագիտական սկզբունքները, որոնք կարելի է օգտագործել տեխնիկայում։ Կենսաբանական բիոնիկան այնքան զարգացավ, որ հնարավոր եղավ լոտոս բույսից ստանալ ներկեր և կղմինդրներ^[2]։

Տեսական բիոնիկա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տեսական բիոնիկան մշակում է կենդանի օրգանիզմներում ընթացող գործընթացների, օրգանիզմների տարբեր կառուցվածքների մաթեմատիկական մոդելները։

Տեխնիկական բիոնիկա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տեխնիկական բիոնիկան կենսաբանական համակարգերի կառուցվածքի և ֆունկցիաների մաթեմատիկական մոդելավորման սկզբունքները փորձում է օգտագործել տեխնիկայում։

Կենդանի օրգանիզմների ուսումնասիրության ուղղություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ժամանակակից բիոնիկան ունի կենդանի օրգանիզմների ուսումնասիրության մի շարք ուղղություններ՝

• Մարդու և կենդանիների նյարդային համակարգի ուսումնասիրություն և նյարդային բջիջների՝ նեյրոնների և նյարդային ցանցերի^[3], մոդելավորում՝ հաշվողական տեխնիկայի հետագա կատարելագործման, ավտոմատիկայի և հեռուստահաղորդման նոր տարրերի մշակման համար.
• կենդանի օրգանիզմների զգայական օրգանների և այլ ընկալչական համակարգերի ստեղծման նպատակով,
• տարբեր կենդանիների կողմնորոշման, ձայնընկալման և նավիգացիոն սկզբունքների հետազոտումը՝ դրանք տեխնիկայում կիրառելու նպատակով,
• կենդանի օրգանիզմների կենսաբանական, ֆիզիոլոգիական, կենսաքիմիական առանձնահատկությունների ուսումնասիրումը՝ նոր տեխնիկական և գիտական մտքեր առաջ քաշելու նպատակով։

Օրնիտոպտերի կառուցվածքը ըստ Լեոնարդո դա Վինչիի[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Օրնիտոպտեր

Կենդանի բնության մասին գիտելիքների կիրառումը ճարտարագիտական խնդիրներ լուծելու համար առաջին անգամ օգտագործել է Լեոնարդո դա Վինչին, ով փորձել է կառուցել թափահարող թևերով թռչող ապարատ՝ «օրնիտոպտեր», ինչպիսին առկա է թռչունների մոտ։

Ժամանակակից աերոդինամիկայի հիմնադիր, ռուս գիտնական Ժուկովսկին՝ ուսումնասիրելով թռիչքի ժամանակ թռչունների թևերի աշխատանքը երկնքում թռչունների ազատ ճախրելու պայմանները, մշակեց թևի վերամբարձ ուժի մեթոդիկան։ Այն այժմ կազմում է ժամանակակից աերոդինամիկայի հիմքը և այդ հաշվարկներն օգտագործվում են ինքնաթիռների շինարարության ասպարեզում։ Փաստորեն թռչունների թռիչքի հետազոտման արդյունքում աստեղծվեց ավիացիան։

Մարդու և կենդանիների նյարդային բջիջների մոդելավորման փորձերը սկսվել են նեյրոնների և նեյրոնային ցանցերի նմանակների կառուցումից։ Մշակվել են արհեստական նեյրոնների բազմաթիվ տիպեր։ Ստեղծվել են ինքնակազմավորվող արհեստական «նյարդային ցանցեր», որոնք ունակ են վերադառնալ կայուն վիճակի՝ դրանց հավասարակշռությունից դուրս բերելու դեպքում։ Հիշողության և նյարդային համակարգի այլ հատկությունների հետազոտումը հնարավորություն կընձեռնի ստեղծել «մտածող» մեքենաներ, որոնք տեխնիկայում չունեն իրենց հավասարը։

Աերոֆոտոպատկերներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ամենակարևորը՝ տեսողական վերլուծիչի միջոցով մարդու գլխուղեղը ստանում է մեծ քանակությամբ տեղեկատվություն։ Ճարտարագիտության տեսանկյունից հետաքրքիր է տեսողական վերլուծիչի ուսումնասիրությունը։ Տեխնիկական առումով առավել հետաքրքրություն է ներկայացնում կենդանիների և մարդու աչքի արհեստական ցանցաթաղանթի ստեղծումը։ Հետազոտելով գորտի աչքի տարածության խորությունը զգալու ունակությունը ՝ հնարավոր է եղել ստեղծել աերոֆոտոպատկերներ՝ տարածության խորությունը որոշող սարքավորումներ։

Պարզվել է, որ գորտը կարողանում է տեսնել միջատներին, երբ դրանք թռչում են նրա աչքերի առջև՝ որոշակի հեռավորության վրա։ Գորտի աչքից գլխուղեղ ազդանշանները գալիս են նյարդային բջիջների չորս խմբերից՝ տեղեկատվություն տալով միջատի ձևի, շարժման, պարզության և պայծառության մասին։ Այդ ազդանշաններից որևիցե մեկի բացակայության դեպքում կենդանին միջատին չի տեսնում։

Գորտի աչքի այդ սկզբունքն օգտագործվում է էլեկտրոնային մեքենաներում, որոնք նախատեսված են ձեռագիր տեքստերի ընթերցման համար։ Էլեկտրոնային մեքենայի ուղեղի մի հանգույցը վերահսկում է նշանների ձևը, մյուսը՝ հակադրությունը։ ԱՄՆ-ի գիտնականներն, ըստ գորտի աչքի գործունեության սկզբունքի, մշակել են Երկրի արհեստական արբանյակներին հետևող մեխանիզմ՝ պատճենահանող սարք։ Գորտի աչքի ցանցաթաղանթի աշխատանքի սկզբունքով ստեղծվել է նաև ռադիոլոկացիոն համակարգ՝ անբարենպաստ պայմաններում ինքնաթիռների թռիչքը և վայրէջքը կարգավորելու համար։

«Արհեստական քիթ»[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հետազոտվում են կենդանիների հոտառական օրգաններ ստեղծելու համար «արհեստական քիթ», որն իրենից ներկայացնում է ջրում և օդում հոտավետ նյութերի փոքր խտությունները որոշող էլեկտրոնային սարք։ Հաջողվել է ստեղծել տարբեր գազերի հոտերի հանդեպ գերզգայուն էլեկտրական սարք, որում օգտագործվում է սովորական ճանճի հոտառական օրգանը։ Հետագայում այս հայտնագործությունից օգտվել է Պենտագոնը (ԱՄՆ)` նման սարքավորումներով հագեցնելով օվկիանոսում դիզելային սուզանավեր փնտրող ինքնաթիռները: Այս ինքնաթիռները փնտրում են սուզանավի թողած դիզելային հետքը և գտնում սուզանավի սուզման կետը:

«Լամինֆո»[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գիտնականների հետաքրքրությունը գրավել է նաև կետանմանների և շնաձկների շարժման մեծ արագությունը: Շնաձկների և դելֆինների մաշկի կառուցվածքի ու լողաշարժումների հետազոտությունների հիման վրա ստեղծվել է լամինֆո, որը 15-20%-ով մեծացրել է նավերի արագությունը:

Նկատվել է, որ դելֆինի շարժման ընթացքում առաջանում է միայն աննշան լամինար շարժում, որը չի անցնում տուրբոլենտային շարժման: Այնինչ, դելֆինի մարմնի ձևը կրկնող սուզանավի շարժման ժամանակ նկատվում է բարձր տուրբոլենտականություն, որը հաղթահարելու համար ծախսվում է շարժող ուժի 9/10 մասը: Հետազոտությունները պարզեցին, որ դելֆինի հակատուրբոլենտականությունը թաքնված է նրա մաշկի կառուցվածքում: Այն արտաքին շերտի ներքին կողմը կրում է մեծ քանակությամբ սպունգաձև նյութով լցված անցուղիներ և խողովակներ: Այսպիսով` դելֆինի արտաքին ծածկույթները գործում են որպես ստոծանի, որը զգայուն է արտաքին ճնշման փոփոխությունների նկատմամբ և մարում է մարմնի վրա շիթերի առաջացմանը՝ ճնշումը փոխանցելով սպունգաձև նյութով լցված խողովակներին։ Դելֆինի մաշկի օրինակով ԱՄՆ-ում ստեղծվել է ռեզինե թաղանթ, որի ներքին խողովակները լցված են ամորտիզացնող հեղուկով։ Տորպենդներում նման թաղանթի կիրառումը թույլ է տվել տուրբոլենտականությունն իջեցնել 50%-ով։ Ենթադրվում է, որ նման թաղանթները խիստ արժեքավոր կլինեն սուզանավերի, ինքնաթիռների և այլ տեխնիկական սարքավորումների համար։

Կենդանի օրգանիզմները և դրանց տեխնոլոգիական համարժեքները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կենսաբանների կողմից կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքային առանձնահատկությունների ուսումնասիրության շնորհիվ իրական հնարավորություններ են ստեղծվում շինարարության և ճարտարապետության մեջ դրանք կիրառելու համար։

Էյֆելյան աշտարակի կառուցումը բիոնիկայի շնորհիվ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հիմնական հոդվածը՝ այստեղ

Տարբեր երկրներում բազմաթիվ շինություններ կառուցվել և կառուցվում են բնության մեջ հանդիպող կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքի նկատմամբ։ Էյֆելի նախագծով 1889 թվականին Փարիզում կառուցվել է 300 մ բարձրությամբ մետաղյա աշտարակ, որը դարձել է Ֆրանսիայի մայրաքաղաքի յուրօրինակ խորհրդանիշը։ Այս կառույցը ճարտարագիտության մեջ բիոնիկայի օգտագործման ամենահին ակնհայտ օրինակներից մեկն է։ Էյֆելյան աշտարակի կառուցվածքում օգտագործվել են ոսկրի կազմության առանձնահատկությունները։ Ոսկրը կազմված է մանր ոսկրային թիթեղիկներից, որոնք ցանց են առաջացնում։ Ցանցում թիթեղիկները դասավորված են խիստ օրինաչափորեն՝ սեղղման ուժի գծերով։

Բիոնիկան ճարտարապետության մեջ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ճարտարապետության մեջ բնության կողմից ստեղծված ձևերն օգտագործելու առաջին փորձերն իրականացրեց իսպանացի ճարտարապետ Անտոնիո Գաուդին: Նրա ստեղծած ճարտարապետական զբոսայգին, իրենից ներկայացնում է բնությունը քարերի տեսքով կամ, ինչպես ասում են, «բնությունը քարացած քարերում»: Անտոնիո Գաուդիի այդ կառույցները սկզբնավորեցին բիոնիկական ոճի ճարտարապետությունը։

Կենդանիների և թռչունների առանձնահատկությունները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Բիոնիկայի կարևորագույն խնդիրներից է նաև թռչունների, ձկների և այլ կենդանիների նավիգացիոն կողմնորոշման համակարգերի ուսումնասիրությունը։ Ընկալող և վերլուծող ճշգրիտ համակարգերը, որոնք կենդանիներն օգտագործում են կողմնորոշվելու, որսը գտնել և հազարավոր կմ միգրացիա կատարել, կարող են օգնել կատարելագործելու ավիացիայում և ծովագնացության մեջ կիրառվող սարքավորումները։ Չղջիկների և մի շարք ծովային կենդանիների մոտ հայտնաբերված է ուլտրաձայնային հաղորդակցում։ Հայտնի է, որ ծովային կրիաները լողում են բաց ծովում՝ հազարավոր կմ հեռանալով ափից, բայց ձվադրման համար միշտ վերադառնում են միևնույն կետը։ Ենթադրում են, որ նրանք ունեն կողմնորոշման 2 համակարգ՝ հեռավոր՝ աստղերի և մոտակա՝ հոտի միջոցով։ Սիրամարգի աչք կոչվող գիշերային թիթեռի արուն էգին գտնում է շուրջ 10 կմ տարածությունից։ Մեղուներն ու իշամեղուները լավ են կողմնորոշվում են Արեգակի միջոցով։

Միջատների թռիչքն ուղեկցվում է էներգիայի նվազագույն ծախսով։ Սրա պատճառներից մեկը թևերի ութաձև շարժումն է։ Այս սկզբունքով կառուցվել են տեսնող և քամու փոքր արագության պայմաններում աշխատող հողմաղացներ:

Կենդանի օրգանիզմներ և դրանց տեխնոլոգիական համարժեքներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կենսաբանների կողմից կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքային առանձնահատկությունների ուսումնասիրության շնորհիվ իրական հնարավորություններ են ստեղծվում շինարարության և ճարտարապետության մեջ դրանք կիրառելու համար։

Էյֆելյան աշտարակ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տարբեր երկրներում բազմաթիվ շինություններ կառուցվել և կառուցվում են բնության մեջ հանդիպող կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքի նմանակությամբ։ Ժ. Էյֆելի նախագծով 1889 թվականին Փարիզում կառուցվել է 300 մ բարձրությամբ մետաղյա աշտարակ, որը դարձել է Ֆրանսիայի մայրաքաղաքի յուրօրինակ խորհրդանիշը։ Այս կառույցը ճարտարագիտության մեջ բիոնիկայի օգտագործման ամենահին ակնհայտ օրինակներից մեկն է։ Էյֆելյան աշտարակի կառուցվածքում օգտագործվել են ոսկրի կազմության առանձնահատկությունները։ Ոսկրը կազմված է մանր ոսկրային թիթեղիկներից, որոնք ցանց են առաջացնում։ Ցանցում թիթեղիկները դասավորված են խիստ օրինաչափորեն՝ սեղղման ուժի (մարմնի ծանրության ներգործությունը ոսկրի վրա) և ձգման ուժի (ոսկրին կպչող մկանների ներգործությունը) գծերով։ Փարիզի էյֆելյան աշտարակի հիմքը նմանվում է խողովակաձև ոսկրի գլխիկին։ Բնությունը ճարտարապետների գործունեության համար բազմաթիվ օրինակներ է տրամադրում, դրանցից են՝ բույսերի, որոշ ստորջրյա սպունգների, ռադիոլարիաների՝ պարզագույն կենդանիներին պատկանող մանրադիտակային օրգանիզմների կմախքները, որոնք զարմացնում են ձևերի բազմազանությամբ և հենարանային տարրերի տեղադրվածությամբ։ Բնության մեջ հանդիպում են կմախքային տարրերի բազմազան ձևեր՝ կլոր, եռանկյունի, քառակուսի, վեցանկյուն, բազմանկյուն, շեղանկյունաձև և այլն։ Դրանք համակցելով՝ բնությունը ստեղծել է բազմաթիվ բարդ, գեղեցիկ, թեթև, ամուր և տնտեսող կառույցներ։ Միանման տարրերից բաղկացած կենդանի կառույցների ստեղծման սկզբունքն օգտագործվում է միատիպ տարրերից կազմված սեկցիոն շենքերի կառուցման ժամանակ։ Բնական վեցանկյուն կառույցների մեջ առավել հիասքանչ ստեղծագործությունը մեղվահացի մեղվաբջիջն է։ Մեղվաբջջի կառուցվածքի սկզբունքն ընկած է բնակելի շենքերի, ինչպես նաև ամբարտակների և այլ հիդրոտեխնիկական շինությունների կառուցման հիմքում։ Ճարտարապետության մեջ μնության կողմից ստեղծված ձևերն օգտագործելու առաջին փորձերն իրականացրեց իսպանացի ճարտարապետ Անտոնիո Գաուդին. Նրա ստեղծած ճարտարապետական զμոսայգին, իրենից ներկայացնում է բնությունը քարերի տեսքով կամ, ինչպես ասում են, «բնությունը քարացած քարերում»: Ա. Գաուդիի այդ կառույցները սկզբնավորեցին բիոնիկական ոճի ճարտարապետությունը։ Մեղվահացի մեղվաբջջի կառուցվածքի օգտագործումը ճարտարապետության բնագավառում։