바이오닉스의 기원은 무엇입니까

바이오닉스라는 단어는 1960 년 미국 스티어가 라틴어' BIOS' (생명방식 의미) 와 접미사' nlc' ('성격' 의미) 를 근거로 구성됐다. 그는 "바이오닉스는 생물학적 시스템을 모방하는 방식, 생물학적 특징을 지닌 방식, 또는 생물학적 시스템과 비슷한 방식으로 작동하는 시스템을 연구하는 과학" 이라고 생각한다. 문명진화에서 인류는 생물계에서 끊임없이 새로운 계시를 받지만, 바이오닉스의 탄생은 일반적으로 1960 년 미국 최초의 바이오닉스 토론회의 개최를 상징한다.

바이오닉스의 연구 범위는 주로 역학 바이오닉, 분자 바이오닉, 에너지 바이오닉, 정보 및 제어 바이오닉 등이다.

역학 생체 모방, 생물체의 대체적 구조와 섬세한 구조의 정역학 성질, 생물체의 각 구성 요소가 체내에서 상대적으로 움직이고 생물체가 환경에서 움직이는 역학 성질을 연구하고 모방하는 것이다. 예를 들어, 건축은 조개껍데기로 만든 장거리 쉘 건물을 모방하고 대퇴골 구조로 만든 기둥을 모방하여 응력이 특히 집중되는 지역을 없애고 최소한의 건축 자재로 최대 하중을 견딜 수 있습니다. 군사적으로 돌고래 피부의 그루빙 구조를 모방하여 인공 돌고래 가죽 가방을 선체 껍데기에 바르면 항행유류를 줄이고 속도를 높일 수 있다.

분자 생체모방은 생물체에서 효소의 촉매 작용, 생체막의 선택성, 투명성, 생물대분자 또는 그 유사체의 분석과 합성 등을 연구하고 시뮬레이션하는 것이다. 예를 들어, 삼림 해충 집시 독나방성 유인호르몬의 화학구조를 파악한 후, 논간 포충장에 천만 분의 1 마이크로그램을 쓰면 수컷을 유인할 수 있는 유기화합물을 합성하였다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 동물명언)

에너지 생체 공학은 생체 전기 기관의 생체 발광, 근육이 화학에너지를 기계 에너지 등 생물체로 직접 변환하는 에너지 변환 과정을 연구하고 모방하는 과정이다.

정보 및 제어 생체 공학은 감각 기관, 뉴런 및 신경망, 고급 허브의 지능 활동 등을 연구하고 시뮬레이션하는 생물체의 정보 처리 과정입니다. 예를 들어, 비충시동반응으로 만든' 자기 상관속도계' 는 비행기의 착륙 속도를 측정할 수 있다. 복안 망막측 억제 네트워크의 작동 원리에 따르면, 연구 성공은 이미지 윤곽을 높이고 대비를 높여 목표 탐지를 흐리게 하는 데 도움이 되는 장치들을 개발했다. 이미 세워진 뉴런 모형은 100 종 이상에 달하며 이를 바탕으로 새로운 컴퓨터를 만들었다.

인간 학습 과정을 모방하여' 인식기' 라는 기계를 만든다. 이를 통해 훈련을 통해 구성 요소 간 연결의 가중치를 변경하여 학습하여 패턴 인식을 실현할 수 있다. 또한 생체 내 정상 상태, 운동 제어, 동물의 방향 및 항법과 같은 생물학적 시스템의 제어 메커니즘, 인간-기계 시스템의 생체 공학 측면을 연구하고 시뮬레이션합니다.

일부 문헌에서는 분자 생체모방과 에너지 생체모방의 일부 내용을 화학 생체모방이라고 하고, 정보와 생체모방을 제어하는 부분을 신경 생체모방이라고 부른다.

바이오닉스는 정보 및 제어 바이오닉스가 주요 영역입니다. 한편으로는 자동화를 지능통제로 발전시켜야 할 필요성으로, 다른 한편으로는 생물과학이 이런 단계로 발전하여 뇌를 연구하는 것이 신경과학에 가장 큰 도전이 되었기 때문이다. 인공지능과 지능 로봇 연구의 바이오닉스 방면-바이오닉스 패턴 인식 연구, 뇌 학습 기억과 사고 과정의 연구와 시뮬레이션, 생물체에서 제어되는 신뢰성과 조정 문제 등이 바이오닉스 연구의 주공격 방면이다.

제어는 정보 바이오닉 및 바이오 제어론과 밀접한 관계가 있다. 둘 다 생물계의 통제와 정보 과정을 연구하여 모두 생물계의 모형을 운용한다. 그러나 전자의 목적은 주로 실용적인 인공 하드웨어 시스템을 구축하는 것이다. 바이오사이버네틱스는 사이버네틱스의 일반적인 원리에서, 기술과학의 이론에서 출발하여 생물학적 행동에 대한 설명을 찾는다.

유추, 시뮬레이션 및 모델 방법을 가장 광범위하게 사용하는 것은 바이오닉스 연구 방법의 두드러진 특징이다. 그 목적은 모든 세부 사항을 직접 복제하는 것이 아니라, 생물학적 시스템의 작동 원리를 이해하여 특정 기능을 중심으로 하는 것이다. -일반적으로 바이오닉스 연구에는 바이오메트릭 프로토타입, 수학 모델, 하드웨어 모델의 세 가지 관련 측면이 있는 것으로 생각됩니다. 전자는 기초이고, 후자는 목적이며, 수학 모형은 둘 사이에 없어서는 안 될 다리이다.

< P > 생물학적 시스템의 복잡성으로 인해 특정 생물학적 시스템의 메커니즘을 파악하려면 상당한 연구 주기가 필요하며, 실제 문제를 해결하려면 다학과 오랜 긴밀한 협력이 필요합니다. 이것이 바이오닉스 발전 속도를 제한하는 주된 이유입니다.

기타 생물학점 분야

생물학 개요, 식물학, 포자분학, 동물학, 미생물학, 세포생물학, 분자생물학, 생물분류학, 습성학, 생리학, 세균학, 미생물생리학 생물물리학, 생물역학, 생명력에너지, 생물음향학, 생화학학, 생물수학

첨부: 일부' 바이오닉스' 사례

파리와 우주선

파리는 악명높은' 악취나는 남편' 으로, 비린내 나는 곳이면 어디든지 흔적이 있다. 파리의 후각은 특히 예민해서 몇 킬로미터 떨어진 곳에서도 냄새를 맡을 수 있다. 그러나 파리는' 코' 가 없다. 그것은 무엇으로 후각 역할을 하는가? 원래 파리의' 코' 인 후각 수용기는 머리의 한 쌍의 촉각에 분포되어 있었다.

각' 코' 는 단 하나의' 콧구멍' 만 외부와 통하며 수백 개의 후각 신경 세포를 포함하고 있다. 만약 냄새가' 콧구멍' 에 들어가면, 이 신경들은 즉시 냄새 자극을 신경 전기 펄스로 바꾸어 뇌로 보낸다. 뇌는 다른 냄새 물질에 의해 생성되는 신경 전기 펄스에 따라 다른 냄새의 물질을 구별할 수 있다. 따라서 파리의 촉각은 예민한 기체 분석기와 같다.

생체 공학자들은 파리 후각기의 구조와 기능에 따라 매우 특이한 소형 가스 분석기를 복제하는 데 성공했다. 이런 기기의 "탐침" 은 금속이 아니라 살아있는 파리이다. 매우 섬세한 미세 전극을 파리의 후각 신경에 꽂고 유도된 신경신호를 전자선을 통해 확대한 후 분석기에 주는 것이다. 분석기가 냄새 물질의 신호를 발견하면 경보를 보낼 수 있다. 이 기구는 이미 우주선의 조종석에 설치되어 선내 기체의 성분을 검출하는 데 사용되었다.

이 소형 가스 분석기는 잠수함과 광산의 유해 가스도 측정할 수 있다. 이 원리를 사용하면 컴퓨터의 입력 장치와 가스 색층 분석기와 관련된 구조적 원리를 개선하는 데도 사용할 수 있다.

반딧불이부터 인공냉광까지

인간이 전등을 발명한 이후 생활이 훨씬 편리하고 풍부해졌다. 하지만 전등은 전기의 극히 일부만을 가시광선으로 바꿀 수 있고, 나머지는 대부분 열로 낭비되고, 전등의 열광선은 눈에 해롭다. 그럼 열이 나지 않는 광원만 있는 건 없나요? 인류는 또 자연으로 눈을 돌렸다.

자연계에서는 박테리아, 곰팡이, 웜, 연체동물, 갑각류, 곤충, 어류 등 많은 생물이 빛을 발할 수 있으며, 이들 동물이 방출하는 빛은 열을 내지 않아' 냉광' 이라고도 불린다.

많은 발광 동물 중 반딧불이가 그 중 하나이다. 반딧불이는 약 1,500 종으로, 황록색, 오렌지색, 빛의 밝기가 각각 다르다. 반딧불이가 차가운 빛을 방출하는 것은 매우 높은 발광 효율을 가지고 있을 뿐만 아니라, 방출되는 차가운 빛은 일반적으로 매우 부드럽고, 인간의 눈에 잘 어울리며, 빛의 강도도 비교적 높다. 그러므로 생물광은 인류의 이상적인 빛이다.

과학자들은 반딧불이의 발광기가 복부에 있는 것으로 밝혀졌다. 이 발광기는 발광층, 투명층, 반사층의 세 부분으로 구성되어 있다. 발광층에는 수천 개의 발광 세포가 있는데, 그것들은 모두 형광소와 형광효소 두 가지 물질을 함유하고 있다. 형광효소의 작용으로 형광소는 세포 내 수분의 참여로 산화와 함께 형광을 방출한다. 반딧불이의 발광은 본질적으로 화학에너지를 빛 에너지로 바꾸는 과정이다.

일찍이 40 년대에는 반딧불에 대한 연구에 따라 형광등을 만들어 인간의 조명광원에 큰 변화가 일어났다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 먼저 반딧불의 발광기에서 순형광소를 분리해 내고, 나중에는 형광효소를 분리한 다음, 화학적으로 형광소를 합성했다. 형광소, 형광효소, ATP (삼인산 아데노신), 물이 섞인 생물광원은 폭발성 가스가 가득한 광산에서 플래시를 할 수 있다. 이 빛은 전원이 없고 자기장이 생기지 않기 때문에 바이오라이트의 조명으로 자성 수뢰를 제거하는 등의 작업을 할 수 있다.

이제 사람들은 특정 화학물질을 혼합하는 방법으로 바이오광과 같은 차가운 빛을 안전조명용으로 얻을 수 있게 되었다.

전기어와 볼트 배터리

자연에는 전기를 생산할 수 있는 생물이 많은데, 물고기만 500 여 종이다. 사람들은 방전할 수 있는 이 물고기들을 통칭하여' 전어' 라고 부른다.

각종 전기어 방전 능력은 각각 다르다. 방전 능력이 가장 강한 것은 가오리, 전기 메기, 전기 장어이다. 중간 크기의 홀아비는 약 70 볼트의 전압을 생산할 수 있고, 아프리카 홀아비는 최대 220 볼트의 전압을 생산할 수 있다. 아프리카 전기 메기는 350 볼트 전압을 생성 할 수 있습니다. 전기 뱀장어는 500 볼트의 전압을 생산할 수 있으며, 남미의 전기 뱀장어는 880 볼트에 달하는 전압을 생산할 수 있는데, 전기 충격 챔피언이라고 할 수 있는데, 말 같은 큰 동물을 사살할 수 있다고 한다.

전어 방전의 신비는 도대체 어디에 있는가? 전어에 대한 해부 연구를 거쳐, 마침내 전어의 체내에 기이한 발전 기관이 있다는 것을 발견하였다. 이 발전기들은 전기판이나 전판이라고 하는 반투명한 디스크 세포로 이루어져 있다. 전어의 종류가 다르기 때문에 발전기의 모양, 위치, 보드 수가 모두 다르다. 전기장어의 발전기는 꼬리 척추의 양쪽에 있는 근육에 있는 각진 모양입니다. 전기가오리의 발전기는 납작한 신장처럼 생겼고, 몸의 정중선 양쪽에 배열되어 있으며, * * * 2 백만 개의 전판이 있다. 전기기의 발전기는 피부와 근육 사이에 약 500 만 개의 전판이 있는 어떤 분비선에서 기원한다. 단일 보드에 의해 생성 된 전압은 매우 약하지만, 보드가 많기 때문에 생성 된 전압은 매우 큽니다.

전어라는 비범한 재간이 사람들의 큰 흥미를 불러일으켰다. 19 세기 초 이탈리아 물리학자 볼트 (Volt) 는 전어 발전 기관을 모델로 세계 최초의 복타 배터리를 설계했다. 이 배터리는 전어의 천연 발전기에 따라 설계되었기 때문에' 인공전기관' 이라고 부른다. 전어에 대한 연구는 전어의 발전기를 성공적으로 모방할 수 있다면 선박과 잠수함 등의 동력 문제를 잘 해결할 수 있다는 계시를 준다.

해파리의 순풍귀

"제비가 낮게 날면 비가 오고 매미가 울면 비가 맑다." 생물의 행동은 날씨의 변화와 일정한 관계가 있다. 연해 어민들은 연안에 사는 물고기와 해파리가 배치로 바다를 향해 헤엄치는 것은 폭풍이 곧 도래할 것이라는 것을 모두 알고 있다.

< P > 해파리 (해파리라고도 함) 는 5 억년 전에 바다에 떠 있던 오래된 강장동물이다. 이 하등 동물은 폭풍을 예측할 수 있는 본능을 가지고 있으며, 폭풍이 닥치기 전에 바다로 헤엄쳐 피난했다.

원래 푸른 바다에서 공기와 파도 마찰로 인한 초음파 (초당 8 ~ 13 회) 는 항상 폭풍이 몰아치는 전주곡이었다. 이런 차음파는 사람의 귀로는 들을 수 없지만, 작은 해파리는 매우 민감하다. 생체 공학자들은 해파리의 귀에 작은 손잡이가 있고, 손잡이에 작은 볼이 있고, 공 안에 작은 청석이 있고, 폭풍 전의 보조 음파가 해파리의 귀에 있는 청석을 들이받을 때, 청석이 공의 벽에 있는 신경수용기를 자극한다는 것을 알게 되자 해파리는 다가오는 폭풍의 우르릉거리는 소리를 들었다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)

생체학자들은 해파리 귀의 구조와 기능을 모방해 해파리 귀 폭풍 예측기를 설계해 해파리가 차음파를 느끼는 기관을 상당히 정확하게 시뮬레이션했다. 이 기구를 함선의 앞 갑판에 설치하면 폭풍의 차음파를 받으면 360 도 회전하는 나팔이 스스로 회전을 멈추게 할 수 있다. 그것이 가리키는 방향은 폭풍이 전진하는 방향이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 표시기의 판독 값은 폭풍의 강도를 알려줍니다. 이런 예측기는 15 시간 앞당겨 폭풍을 예보할 수 있어 항해와 어업의 안전에 큰 의미가 있다.