Біоніка

Модель орнітоптера, створена за кресленнями Леонардо да Вінчі («дельтаплан Леонардо»)

Біо́ніка [від біо... та (електро)ніка] — прикладна наука про застосування принципів організації, функцій і структур біологічних систем для моделювання та проєктування інженерних конструкцій, систем і технологій.

Зміст

1 Історична довідка
2 Характеристика
- 2.1 Пошукові напрями
- 2.2 Зв’язки з іншими науковими напрямами
3 Внесок науковців України
4 Література
5 Автор ВУЕ

Історична довідка

Жива природа є джерелом інженерних ідей з часів античності. Свідченням цього є сюжет міфу давньогрецького про скульптора й винахідника Дедала, який утік із Криту на штучних крилах, виготовлених власноруч для себе і сина Ікара. Античні філософи (див. Антична філософія) розглядали будову буття, космосу, природи за аналогією до живого організму. Вітрувій використовував принципи і структури живої природи (флори) для вдосконалення будівель і споруд. Знання про живу природу для вирішення інженерних задач втілював у винаходах і моделях Леонардо да Вінчі. Він першим відобразив моделі роботи м’язів і кінцівок людини в конструюванні машин, намагався побудувати літальний апарат із рухливими крилами, подібними до крил птахів. У 20 ст. за кресленнями да Вінчі успішно змоделювали орнітоптер. Від 1780 Л. Гальвані досліджував фізіологію м’язів і нервів, встановив зв’язок між біологією та фізикою, заклав основи біофізики. Закономірності процесів управління і передавання інформації в живих організмах і машинах, виявлені завдяки працям Н. Вінера в галузі кібернетики, відкрили нові можливості пошуків.

Термін «біоніка» запропонував 1958 військовий лікар і дослідник у галузі нейробіології Дж. Стіл (1924–2009; США), який розробляв концепцію кіборгів. 1960 у м. Дейтоні (США) відбувся перший симпозіум із біоніки, який офіційно закріпив появу нової науки. Девізом біоніки обрано: «Живі прототипи — ключ до нової техніки».

Характеристика

Пошукові напрями

Біоніка поділяється на декілька самостійних пошукових напрямів, зокрема: нейробіоніка передбачає моделювання нервової системи (нейронів і нейронних сіток для проєктування розпізнавальних і обчислювальних засобів); гідробіоніка вивчає характерні форми та особливості органів локомоції водних тварин із метою вдосконалення геометричних форм, пропульсації і маневреності плавальних апаратів; біоніка архітектурна використовує можливості живої природи для вирішення проблем формоутворення (відповідний архітектурний стиль) та забезпечення стійкості споруд і будівельних конструкцій.

Зв’язки з іншими науковими напрямами

Біоніка споріднена із біомеханікою (вивчає структури і явища в живих організмах із погляду механіки і дає математичний опис моделей) та біоенергетикою (вивчає шляхи і способи перетворення енергії та використання ресурсів у біологічних системах).

Прикладний характер реалізується у значній кількості винаходів та інженерних рішень, «запозичених» у живої природи: корпуси човнів і літальних апаратів, ехолоти, радари, ультразвукова діагностика, штучні нейрони і нейронні мережі, брудо- і водовідштовхувальні покриття (ефект лотоса), дизайнерські рішення в архітектурі у стилістичному напрямі хай-тек (біо-тек) тощо.

Внесок науковців України

У нейробіоніці академік В. Глушков на початку 1960-х розвинув модель формалізованого елементу нейронної сітки — персептрона (Кібернетики інститут імені В. М. Глушкова НАН України).

Гідромеханіки інституті НАН України розробляв моделі математичні для дослідження динаміки хвильового плавання гідробіонтів. Науковцями цієї установи закладено основи вивчення гідродинаміки плавання риб і морських тварин, розроблено гідродинамічну модель подовженого гнучкого тіла, яку розвинуто у просторовій теорії хвильового плавання водних тварин. Від 1965 інститут видавав щорічний збірник статей «Біоніка» (від 1999 — журнал «Прикладна гідромеханіка»). На Чорноморській геофізичній станції і в згодом організованому на її базі Морському гідрофізичному інституті НАН України (функціонував у м. Севастополь до окупації Криму у 2014) вивчали плавання риб і дельфінів. У галузі біомеханіки сформована загально-зоологічна теорія локомоції хребетних (Інститут зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАН України). Від 1963 функціонує наукова група з біоніки у Львівському університеті (тепер Львівський національний університет імені Івана Франка). Від 1967 виходить фаховий науково-технічний журнал «Біоніка інтелекту» (заснований Харківським національним університетом радіоелектроніки).

Література

Гумецький Р. Я. Основи біоніки. Львів : Львівський університет, 1972. 128 с.
Nachtigall W., Blüchel K. Das große Buch der Bionik. Neue Technologien nach dem Vorbild der Natur. Stuttgart; München : Deutsche Verlags Anstalt, 2000. 400 p.
Сьомка С. В. Біоніка в дизайні середовища. Київ : Ліра-К, 2021. 248 с.