En     Ru

Бионика: Табиғат — ең үздік инженер

1. Бионика деген не?

Бионика (сондай-ақ биомиметика деп те аталады) — бұл күрделі инженерлік және техникалық мәселелерді шешу үшін табиғатқа «үңілетін» ғылым.

Оның негізгі идеясы қарапайым: егер табиғат 3.8 миллиард жылдық эволюция барысында ең тиімді, энергияны үнемдейтін және тұрақты шешімдерді тауып қойған болса, жаңадан велосипед ойлап табудың қажеті не?

Бионика инженерлері тірі ағзалардың қалай құрылғанын зерттейді — сүйек құрылымы мен құстың қанатынан бастап, жапырақтағы химиялық процестерге дейін — содан кейін осы принциптерді жаңа технологияларды, материалдарды және, әрине, роботтарды жасау кезінде көшіреді.

2. Табиғат неліктен сонша шабыттандырады?

• Тиімділік: Тірі жүйелер ең аз энергияны жұмсап, ең көп жұмысты орындауға дағдыланған.
• Бейімделу: Ағзалар өздерінің ортасына — мейлі ол мұз, шөл немесе мұхит тереңдігі болсын — тамаша бейімделген.
• Істен шығуға төзімділік: Табиғатта әрдайым «қосалқы жоспар» болады — жүйелер зақымданған кезде де өздігінен қалпына келіп, жұмысын жалғастыра алады.
• Экологиялылық: Табиғатта бәрі қалдықсыз, тұйық циклде жұмыс істейді.

3. Биониканың классикалық мысалдары (біздің айналамызда қазірдің өзінде бар)

• Жапсырма (Velcro): Швейцариялық инженер итінің жүніне жабысқан ошаған (репейник) жемісін микроскоппен қарағаннан кейін жасалған. Ол «ілгектер мен ілмектер» жүйесін көшіріп алды.
• «Лотос эффектісі»: Инженерлер лотос жапырақтарының әрдайым таза болып қалатынын байқаған, өйткені су олардың үстінен ластықты жинап, домалап ағып кетеді. Бұл беттің ерекше микроқұрылымына байланысты. Бұл принцип қазір өзін-өзі тазалайтын бояулар, маталар және әйнектер жасау үшін қолданылады.
• Жоғары жылдамдықты пойыздар: Жапондық «Синкансэн» пойызының тұмсығы тоқылдақ құстың тұмсығының пішініне ұқсатылып жасалған. Бұл құс суға шашыраусыз сүңги алады. Жаңа пішін пойыздың үнін азайтып қана қоймай (туннельден шыққан кездегі «тарсылды» жойды), сонымен қатар энергия тұтынуды 15%-ға төмендетуге мүмкіндік берді.
• Адгезивті материалдар: Гекконның төбеде жүгіру қабілеті — сиқыр емес, оның табанындағы миллиондаған ұсақ түктердің әлсіз молекулааралық күштерді пайдалануының нәтижесі. Ғалымдар үлкен салмақты ұстап тұра алатын және бірнеше рет қайта жабыстыруға болатын «геккон-скотчты» жасауда.

4. Бионика және Робототехника: Мінсіз одақ

Робототехника үшін бионика — бұл жай ғана шабыт емес, бұл зарарсыздандырылған зауыттық әлемде емес, біздің әлемімізде жұмыс істеуге қабілетті машиналар жасаудың іргелі негізі.

• Қозғалыс және жүріп-тұру (Локомоция): Инженерлер дөңгелекті ойлап табудың орнына, аяқтарды, қанаттарды және құйрықтарды көшіреді.
  • Робот-гепардтар (Boston Dynamics «Spot» сияқты): Олар дөңгелек өте алмайтын тегіс емес жерлерде, тастар мен баспалдақтарда тиімді қозғалу үшін жануарлардың жүрісін және тепе-теңдігін көшіреді.
  • Робот-жыландар: Олар құбырлар, жер сілкінісінен кейінгі үйінділер арқылы жорғалай алады және тіпті су астындағы кабельдерді тексеріп, жүзе алады.
  • Робот-балықтар мен скаттар: Олардың пішіні мен құйрығының икемді қозғалысы дәстүрлі ескек бұрандасына қарағанда әлдеқайда тиімді және епті, бұл мұхитты зерттеу үшін өте қолайлы.
• Манипуляция (Ұстау): Піскен жұмыртқаны да жарып алмай, ауыр гирді де ұстай алатын робот-қол жасау — өте қиын. Инженерлер мыналарды көшіреді:
  • Адамның қолы: Оның сіңірлері мен буындары епті протездер жасау үшін қолданылады.
  • Пілдің тұмсығы немесе сегізаяқтың қармалауышы: Олар жұмсақ, икемді және кез келген пішіндегі заттарды орай алады. «Жұмсақ роботтар» (Soft Robotics) осыған негізделген.
• Сенсорлар (Қабылдау):
  • Жәндіктердің көздері (фасеттік көру): Олар үлкен көру бұрышын және қозғалысқа өте жылдам реакцияны қамтамасыз етеді. Мұны дрондар кедергілерге соқтығыспас үшін көшіреді.
  • Жарқанаттардың эхолокациясы: «Сонар» принципі (дыбысты жіберу және жаңғырықты талдау) кеңістікті «сезіну» үшін жүргізушісіз автомобильдерде (лидарлар мен радарлар арқылы) қолданылады.
• Медициналық бионика (Протездеу): Бұл, бәлкім, ең танымал сала. Қазіргі заманғы бионикалық протез — бұл жай ғана «ілгек» емес. Бұл адамның бұлшықеттерінен тікелей электрлік сигналдарды (ЭМГ) оқитын робот. Адам қолын қысу туралы ойлағанда, протез бұл сигналды оқып, пәрменді орындайды.

Қорытынды: Бионика — бұл биология мен технология арасындағы көпір. Ол бізге жай ғана «машиналар» жасауға емес, планетаның ең үздік инженерлерінен — тіршіліктің өзінен үйренетін тиімді, бейімделгіш және көбінесе үйлесімді «көмекшілерді» жасауға мүмкіндік береді.