ستولنيكوف مكسيم

عمل بحثي حول موضوع "الإلكترونيات - علم أعظم الاحتمالات"

تحميل:

معاينة:

المؤتمر العلمي والعملي الإقليمي

في إطار المنتدى الإقليمي للشباب

"المستقبل نحن!"

اتجاه العلوم الطبيعية (الفيزياء والأحياء)

العمل البحثي حول هذا الموضوع

"الإلكترونيات - علم أعظم الاحتمالات"

المؤسسة التعليمية للميزانية البلدية "المدرسة المنظمة رقم 7" في بتروفسك بمنطقة ساراتوف

القادة:

فيليانينا أولغا ألكسندروفنا،

مدرس كيمياء وأحياء

جيراسيموفا ناتاليا أناتوليفنا,

مدرس الرياضيات والفيزياء،

بتروفسك

أبريل 2014

1. المقدمة ص 3-4
2. من العصور القديمة إلى الحداثة. ص 5-6
3. أقسام البيونيكس:

3.1. الالكترونيات المعمارية والإنشائية. ص 6-8

3.2. الميكانيكا الحيوية. الصفحات 8-12

3.3. نيوروبيونيكس. ص 13-14

4. الأشياء الصغيرة العظيمة، "تُرى من الطبيعة". ص 14-15

5. الخاتمة صفحة 16

6. الأدب وموارد الإنترنت المستخدمة. الصفحة 16

طائر -

نشيط

وفقا للقانون الرياضي

أداة،

للقيام بذلك،

في قوة الإنسان..

ليوناردو دافنشي.

هل ترغب في التحليق فوق السيارات بقفزة واحدة، والتحرك مثل Spider-Man، ورصد الأعداء على بعد عدة كيلومترات، وثني العوارض الفولاذية بيديك؟ يجب أن نفترض أن ذلك نعم، ولكن للأسف هذا غير واقعي. الامر غير واقعي في الوقت الحالي..

منذ خلق العالم، اهتم الإنسان بأشياء كثيرة: لماذا يبتل الماء، ولماذا يتبع النهار الليل، ولماذا نشم رائحة الزهور، وما إلى ذلك. وبطبيعة الحال، حاول الإنسان إيجاد تفسير لذلك. ولكن كلما تعلم أكثر، ظهرت أسئلة أكثر في ذهنه: هل يستطيع الإنسان أن يطير مثل الطائر، أو يسبح مثل السمكة، وكيف "تعرف" الحيوانات اقتراب العاصفة، أو زلزال وشيك، أو ثوران بركاني قادم. هل من الممكن خلق الذكاء الاصطناعي؟

هناك الكثير من الأسئلة "لماذا"، وفي كثير من الأحيان لا يتم تفسير هذه الأسئلة علميا، مما يؤدي إلى ظهور الخيال والخرافات. للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة جيدة في العديد من المجالات: الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك والبيولوجيا والجغرافيا والبيئة والرياضيات والتكنولوجيا والطب والفضاء.

هل هناك علم يجمع بين كل شيء ويستطيع أن يجمع بين المتناقضات؟ اتضح أنه موجود!

غرض بحثي - علم الإلكترونيات الحيوية - " BIO Logia" و"Tech NIKA".

الغرض من العمل البحثي:ضرورة ظهور علم الإلكترونيات الحيوية وإمكانياته وحدود تطبيقه.

للقيام بذلك، يمكنك وضع صفمهام:

1. اكتشف ما هي "الإلكترونيات الإلكترونية".

2. تتبع تاريخ تطور علم “الإلكترونيات”: من القدم إلى الحداثة وعلاقته بالعلوم الأخرى.

3. التعرف على الأقسام الرئيسية للإلكترونيات.

4. ما نحتاج أن نشكر الطبيعة عليه: الإمكانيات المفتوحة وأسرار الأجهزة الإلكترونية.

طرق البحث:

نظري:

- دراسة المقالات العلمية والأدبيات حول هذا الموضوع.

عملي:

ملاحظة؛

تعميم.

أهمية عملية.

أعتقد أن عملي سيكون مفيدًا وممتعًا لمجموعة واسعة من الطلاب والمعلمين، لأننا جميعًا نعيش في الطبيعة وفقًا للقوانين التي أنشأتها. يجب على الشخص أن يتقن المعرفة بمهارة فقط من أجل ترجمة جميع تلميحات الطبيعة إلى التكنولوجيا وكشف أسرارها.

من العصور القديمة إلى العصر الحديث

إن الإلكترونيات الحيوية، وهو علم تطبيقي يدرس إمكانية الجمع بين الكائنات الحية والأجهزة التقنية، يتطور اليوم بوتيرة سريعة للغاية.

إن الرغبة في امتلاك قدرات تتجاوز تلك التي منحتنا إياها الطبيعة تكمن في أعماق كل شخص - وسيؤكد ذلك أي مدرب لياقة بدنية أو جراح تجميل. تتمتع أجسامنا بقدرة مذهلة على التكيف، ولكن هناك بعض الأشياء التي لا يمكنها القيام بها. على سبيل المثال، نحن لا نعرف كيفية التحدث مع أولئك الذين هم خارج نطاق السمع، ونحن غير قادرين على الطيران. ولهذا السبب نحتاج إلى الهواتف والطائرات. للتعويض عن عيوبهم، استخدم الناس منذ فترة طويلة أجهزة "خارجية" مختلفة، ولكن مع تطور العلم، أصبحت الأدوات أصغر تدريجياً وأصبحت أقرب إلينا.

بالإضافة إلى ذلك، يعلم الجميع أنه إذا حدث شيء ما لجسده، فسيقوم الأطباء بإجراء "إصلاحات" باستخدام أحدث التقنيات الطبية.

إذا جمعنا هذين المفهومين البسيطين معًا، فيمكننا الحصول على فكرة عن الخطوة التالية في تطور الإنسان. في المستقبل، لن يتمكن الأطباء من استعادة الكائنات الحية "التالفة" أو "العاطلة عن العمل" فحسب، بل سيبدأون في تحسين الأشخاص بنشاط، مما يجعلهم أقوى وأسرع مما تمكنت الطبيعة من إدارته. هذا هو بالضبط جوهر الإلكترونيات الإلكترونية، واليوم نقف على عتبة ظهور نوع جديد من الأشخاص. وربما يصبح أحدنا كذلك..

يعتبر ليوناردو دافنشي سلف الإلكترونيات الإلكترونية. استندت رسوماته ومخططاته الخاصة بالطائرات إلى هيكل جناح الطائر. في عصرنا، وفقا لرسومات ليوناردو دا فينشي، تم تنفيذ النمذجة مرارا وتكرارا ornithoptera (من اليونانية órnis، الجنس órnithos - طائر وpterón - جناح)،دولاب الموازنة وهي طائرة أثقل من الهواء ولها أجنحة ترفرف). ومن بين الكائنات الحية، تستخدم الطيور، على سبيل المثال، حركات رفرفة أجنحتها للطيران.

من بين العلماء المعاصرين يمكن تسمية اسم Osip M. R. Delgado.

وبمساعدة أجهزته اللاسلكية الإلكترونية، درس الخصائص العصبية والجسدية للحيوانات. وعلى أساسها حاولت تطوير خوارزميات للتحكم في الكائنات الحية.

الكترونيات (من الكلمة اليونانية Biōn - عنصر الحياة، حرفيًا - العيش)، وهو علم يحد علم الأحياء والتكنولوجيا، ويحل المشكلات الهندسية بناءً على نمذجة البنية والوظائف الحيوية للكائنات الحية. ترتبط الإلكترونيات الإلكترونية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا والفيزياء والكيمياء وعلم التحكم الآلي والعلوم الهندسية - الإلكترونيات والملاحة والاتصالات والشؤون البحرية وما إلى ذلك. /BSE.1978/

تعتبر السنة الرسمية لميلاد الإلكترونيات الإلكترونية هي 1960 اختار علماء الإلكترونيات مشرطًا ومكواة لحام، متصلتين بعلامة متكاملة، كشعار لهم، وشعارهم هو “النماذج الأولية الحية هي مفتاح التكنولوجيا الجديدة».

تبدأ العديد من النماذج الإلكترونية، قبل أن تتلقى التنفيذ الفني، حياتها على جهاز كمبيوتر، حيث يتم تجميع برنامج كمبيوتر - نموذج إلكتروني.

اليوم للإلكترونيات الإلكترونية عدة اتجاهات.

أقسام البيونيكس

1. الالكترونيات المعمارية والإنشائية.

مثال صارخ على الإلكترونيات المعمارية والإنشائية - كاملتشبيه هيكل سيقان الحبوبوالمباني الشاهقة الحديثة. سيقان نباتات الحبوب قادرة على تحمل الأحمال الثقيلة دون أن تنكسر تحت وطأة الإزهار. إذا ثنيتهم ​​الريح نحو الأرض، فإنهم يستعيدون وضعهم الرأسي بسرعة. ما هو السر؟ اتضح أن هيكلها يشبه تصميم المباني الشاهقة الحديثة.أنابيب المصنع - من أحدث إنجازات الفكر الهندسي.

المهندسون المعماريون الإسبان المشهورون م.ر. بدأ سيرفيرا وإتش. بلوز، المؤيدان النشطان للإلكترونيات الإلكترونية، في البحث عن "الهياكل الديناميكية" في عام 1985، وفي عام 1991 قاما بتنظيم "جمعية دعم الابتكار في الهندسة المعمارية". قامت مجموعة تحت قيادتهم، والتي ضمت مهندسين معماريين ومهندسين ومصممين وعلماء أحياء وعلماء نفس، بتطوير المشروع "مدينة برج الكترونية عمودية" في غضون 15 عامًا، يجب أن تظهر مدينة برجية في شنغهاي (وفقًا للعلماء، خلال 20 عامًا، يمكن أن يصل عدد سكان شنغهاي إلى 30 مليون شخص). تم تصميم المدينة البرجية لاستيعاب 100 ألف شخص، ويعتمد المشروع على “مبدأ البناء بالخشب”.

سيكون للمدينة البرجية الشكلشجرة السرو يبلغ ارتفاع البرج 1128 مترًا، ويبلغ محيط القاعدة 133 × 100 مترًا، وعند أوسع نقطة 166 × 133 مترًا، وسيتكون البرج من 300 طابق، وستكون مقسمة إلى 12 قطعة رأسية بارتفاع 80 طابقًا.

بمناسبة الذكرى المئوية للثورة الفرنسية، تم تنظيم معرض عالمي في باريس. تم التخطيط لبناء برج على أراضي هذا المعرض يرمز إلى عظمة الثورة الفرنسية وأحدث الإنجازات التكنولوجية. تم تقديم أكثر من 700 مشروع للمسابقة، وكان أفضلها هو مشروع مهندس الجسور ألكسندر غوستاف إيفل. في نهاية القرن التاسع عشر، أذهل البرج، الذي سمي على اسم منشئه، العالم كله بمخرمه وجماله. أصبح البرج الذي يبلغ ارتفاعه 300 متر رمزًا لباريس. وترددت شائعات بأن البرج بني وفق رسومات عالم عربي غير معروف. وفقط بعد أكثر من نصف قرن، توصل علماء الأحياء والمهندسون إلى اكتشاف غير متوقع: التصميمبرج ايفل يكرر بالضبط هيكل الكبيرالساق ، يتحمل وزن جسم الإنسان بسهولة. حتى الزوايا بين الأسطح الحاملة تتطابق. وهذا مثال توضيحي آخر للإلكترونيات أثناء العمل.

في الإلكترونيات المعمارية والإنشائية، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لتقنيات البناء الجديدة. على سبيل المثال، في مجال تطوير تقنيات البناء الفعالة والخالية من النفايات، فإن الإبداع هو الاتجاه الواعدالهياكل الطبقية. الفكرة مأخوذة منالرخويات في أعماق البحار. وتتكون أصدافها المتينة، مثل تلك الموجودة في أذن البحر المنتشرة على نطاق واسع، من صفائح صلبة وناعمة بالتناوب. عندما تتشقق اللوحة الصلبة، يتم امتصاص التشوه بواسطة الطبقة الناعمة ولا يمتد التشقق إلى أبعد من ذلك. يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لتغطية السيارات.

2. الميكانيكا الحيوية

محددات الطبيعة. البارومترات الحية وأجهزة قياس الزلازل.

البحث الأكثر تقدمًا في مجال الإلكترونيات الإلكترونية هو تطوير الوسائل البيولوجية للكشف والملاحة والتوجيه؛ مجموعة من الدراسات المتعلقة بنمذجة وظائف وهياكل الدماغ لدى الحيوانات العليا والبشر؛ إنشاء أنظمة التحكم الكهربية الحيوية والبحث عن مشكلة "الإنسان والآلة". ترتبط هذه المناطق ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض. لماذا تتقدم الطبيعة كثيرًا على الإنسان عند المستوى الحالي للتطور التكنولوجي؟

من المعروف منذ زمن طويل أن الطيور والأسماك والحشرات تتفاعل بحساسية ودقة شديدة مع تغيرات الطقس. تنذر رحلة السنونو المنخفضة بعاصفة رعدية. ومن خلال تراكم قناديل البحر بالقرب من الشاطئ، سيعرف الصيادون أنه يمكنهم الذهاب للصيد، وسيكون البحر هادئًا.

الحيوانات - "المناظر الحيوية"بطبيعتها تتمتع بـ "أجهزة" فريدة فائقة الحساسية. ولا تقتصر مهمة الإلكترونيات الإلكترونية على العثور على هذه الآليات فحسب، بل أيضًا فهم عملها وإعادة إنشائها في الدوائر والأجهزة والهياكل الإلكترونية.

إن دراسة نظام الملاحة المعقد للأسماك والطيور، الذي يغطي آلاف الكيلومترات أثناء الهجرات والعودة دون خطأ إلى أماكنها للتفريخ والشتاء وتربية الكتاكيت، يساهم في تطوير أنظمة التتبع والتوجيه والتعرف على الأشياء شديدة الحساسية.

تمتلك العديد من الكائنات الحية أنظمة تحليلية لا يمتلكها البشر. على سبيل المثال، لدى الجنادب حديبة في الجزء الثاني عشر من قرون الاستشعار التي تستشعر الأشعة تحت الحمراء. تمتلك أسماك القرش والشفنينيات قنوات على الرأس وفي الجزء الأمامي من الجسم يمكنها إدراك تغيرات درجة الحرارة بمقدار 0.10 درجة مئوية. ولدى القواقع والنمل والنمل الأبيض أجهزة تستشعر الإشعاع المشع. يتفاعل الكثير منها مع التغيرات في المجال المغناطيسي (خاصة الطيور والحشرات التي تقوم بهجرات لمسافات طويلة). البوم والخفافيش والدلافين والحيتان ومعظم الحشرات تدرك الاهتزازات تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية. تتفاعل عيون النحلة مع الأشعة فوق البنفسجية، بينما تتفاعل عيون الصرصور مع الأشعة تحت الحمراء.

يكتشف عضو الأفعى الجرسية الحساس للحرارة تغيرات درجة الحرارة بمقدار 0.0010 درجة مئوية؛ يدرك الجهاز الكهربائي للأسماك (الأشعة، والأنقليس الكهربائي) جهدًا قدره 0.01 ميكروفولت، وتتفاعل عيون العديد من الحيوانات الليلية مع كمية واحدة من الضوء، وتستشعر الأسماك تغيرًا في تركيز المادة في الماء بمقدار 1 ملجم/م3 (=1) ميكروغرام/لتر).

هناك العديد من أنظمة التوجيه المكاني التي لم تتم دراسة بنيتها بعد: النحل والدبابير موجهة جيدًا بواسطة الشمس، والفراشات الذكور (على سبيل المثال، عين الطاووس الليلي، عثة الصقر ذات رأس الموت، وما إلى ذلك) تجد أنثى في مسافة 10 كم. تسبح السلاحف البحرية والعديد من الأسماك (ثعابين البحر وسمك الحفش وسمك السلمون) عدة آلاف من الكيلومترات من شواطئها الأصلية وتعود بشكل لا لبس فيه لتضع بيضها وتضع بيضها في نفس المكان الذي بدأت فيه رحلة حياتها. من المفترض أن لديهم نظامين للتوجيه - بعيد بالنجوم والشمس، وقريب بالرائحة (كيمياء المياه الساحلية).

الخفافيش، كقاعدة عامة، صغيرة، ولنكن صادقين، بالنسبة للكثيرين منا مخلوقات مزعجة وحتى مثيرة للاشمئزاز. لكن حدث أن تم التعامل معهم بتحيز، والذي يعتمد كقاعدة عامة على أنواع مختلفة من الأساطير والمعتقدات التي تطورت عندما آمن الناس بالأرواح والأرواح الشريرة.

يعد الخفاش كائنًا فريدًا لعلماء الصوتيات الحيوية. يمكنها التنقل بحرية تامة في الظلام الدامس، دون الاصطدام بالعوائق. علاوة على ذلك، نظرًا لضعف البصر، يكتشف الخفافيش الحشرات الصغيرة ويصطادها أثناء الطيران، ويميز البعوض الطائر عن البقعة التي تندفع في مهب الريح، والحشرة الصالحة للأكل من الخنفساء التي لا طعم لها.

أصبح العالم الإيطالي لازارو سبالانزاني مهتمًا بهذه القدرة غير العادية للخفافيش لأول مرة في عام 1793. في البداية حاول معرفة الطرق التي تجد بها الحيوانات المختلفة طريقها في الظلام. تمكن من إثبات: البوم وغيرها من الكائنات الليلية ترى جيدًا في الظلام. صحيح أنهم أيضًا، في ظلام دامس، يصبحون عاجزين، كما اتضح. ولكن عندما بدأ تجاربه على الخفافيش، اكتشف أن مثل هذا الظلام الدامس لم يكن عائقًا أمامها. ثم ذهب سبالانزاني إلى أبعد من ذلك: لقد حرم ببساطة العديد من الخفافيش من بصرهم. و ماذا؟ ولم يغير هذا شيئًا في سلوكهم، فقد كانوا ممتازين في صيد الحشرات مثل الأشخاص المبصرين. اقتنع سبالانزاني بهذا عندما فتح معدة فئران التجارب.

نما الاهتمام بالغموض. خاصة بعد أن تعرف سبالانزاني على تجارب عالم الأحياء السويسري تشارلز جورين، الذي توصل في عام 1799 إلى استنتاج مفاده أن الخفافيش يمكنها الاستغناء عن الرؤية، ولكن أي ضرر خطير في السمع يكون قاتلاً بالنسبة لها. بمجرد أن قاموا بسد آذانهم بأنابيب نحاسية خاصة، بدأوا في الاصطدام بشكل أعمى وعشوائي بجميع العقبات التي ظهرت في طريقهم. إلى جانب ذلك، أظهر عدد من التجارب المختلفة أن الاضطرابات في عمل أجهزة الرؤية واللمس والشم والذوق ليس لها أي تأثير على طيران الخفافيش.

كانت تجارب سبالانزاني مثيرة للإعجاب بلا شك، لكن من الواضح أنها كانت سابقة لعصرها. لم يتمكن سبالانزاني من الإجابة على السؤال الرئيسي والصحيح علميًا: إن لم يكن السمع أو الرؤية، فما الذي يساعد الخفافيش في هذه الحالة على التنقل جيدًا في الفضاء؟

في ذلك الوقت، لم يكونوا يعرفون شيئًا عن الموجات فوق الصوتية، أو أن الحيوانات يمكن أن يكون لديها بعض أعضاء (أنظمة) الإدراك الأخرى، وليس فقط الأذنين والعينين. بالمناسبة، بهذه الروح حاول بعض العلماء شرح تجارب سبالانزاني: يقولون، إن الخفافيش لديها حاسة اللمس الدقيقة، والتي تقع أعضائها، على الأرجح، في أغشية أجنحتها...

وكانت النتيجة النهائية هي أن تجارب سبالانزاني منسية لفترة طويلة. فقط في عصرنا هذا، بعد أكثر من مائة عام، تم حل ما يسمى "مشكلة الخفافيش السبالانزانية"، كما أطلق عليها العلماء أنفسهم. أصبح هذا ممكنًا بفضل ظهور أدوات بحثية جديدة تعتمد على الإلكترونيات.

تمكن الفيزيائي ج. بيرس من جامعة هارفارد من اكتشاف أن الخفافيش تصدر أصواتًا تتجاوز عتبة السمع للأذن البشرية.

العناصر الديناميكية الهوائية.

قام مؤسس الديناميكا الهوائية الحديثة N. E. Zhukovsky بدراسة آلية طيران الطيور والظروف التي تسمح لها بالارتفاع في الهواء بعناية. وعلى أساس دراسة طيران الطيور ظهر الطيران.

تمتلك الحشرات آلات طيران أكثر تقدمًا في الطبيعة. من حيث كفاءة الطيران والسرعة النسبية والقدرة على المناورة، فهي ليست متساوية في الطبيعة. فكرة إنشاء طائرة تعتمد على مبدأ طيران الحشرات تنتظر الموافقة عليها. لمنع حدوث اهتزازات ضارة أثناء الطيران، تحتوي الحشرات سريعة الطيران على سماكة كيتينية في نهايات أجنحتها. يستخدم مصممو الطائرات الآن أجهزة مماثلة لأجنحة الطائرات، وبالتالي القضاء على خطر الاهتزاز.

الدفع النفاث.

يعد الدفع النفاث المستخدم في الطائرات والصواريخ والمركبات الفضائية من سمات رأسيات الأرجل - الأخطبوطات والحبار والحبار. يعد الدفع النفاث للحبار ذا أهمية كبيرة للتكنولوجيا. في جوهر الأمر، لدى الحبار آليتان مختلفتان للدفع بشكل أساسي. وعندما يتحرك ببطء، فإنه يستخدم زعنفة كبيرة على شكل ماسة تنحني بشكل دوري. للحصول على رمية سريعة، يستخدم الحيوان الدفع النفاث. الأنسجة العضلية - يحيط الوشاح بجسم الرخويات من جميع الجوانب، ويبلغ حجمه نصف حجم جسمه تقريبًا. باستخدام طريقة السباحة النفاثة، يمتص الحيوان الماء إلى تجويف الوشاح من خلال فجوة الوشاح. يتم إنشاء حركة الحبار عن طريق رمي تيار من الماء عبر فوهة ضيقة (قمع). هذه الفوهة مزودة بصمام خاص، ويمكن للعضلات تدويره، وبالتالي تغيير اتجاه الحركة. نظام الدفع لدى الحبار اقتصادي للغاية، فبفضله يمكن أن تصل سرعته إلى 70 كم/ساعة، ويعتقد بعض الباحثين أنها تصل إلى 150 كم/ساعة.

الطائرة المائية شكل الجسم يشبه الدلفين. الطائرة الشراعية جميلة وتتحرك بسرعة، ولديها القدرة على اللعب بشكل طبيعي في الأمواج مثل الدلفين، وهو يلوح بزعنفته. الجسم مصنوع من مادة البولي كربونات. المحرك قوي جدا. تم بناء أول دولفين من هذا النوع بواسطة شركة Innespace في عام 2001.

خلال الحرب العالمية الأولى، تكبد الأسطول البريطاني خسائر فادحة بسبب الغواصات الألمانية. وكان من الضروري معرفة كيفية اكتشافها وتتبعها. وقد تم إنشاء أجهزة خاصة لهذا الغرض.الهيدروفونات. كان من المفترض أن تكتشف هذه الأجهزة غواصات العدو من خلال ضجيج المراوح. تم تركيبها على السفن، ولكن أثناء تحرك السفينة، تسببت حركة الماء في فتحة استقبال الهيدروفون في حدوث ضوضاء طغت على ضجيج الغواصة. اقترح الفيزيائي روبرت وود أن يتعلم المهندسون... من الفقمات، التي تسمع جيدًا عندما تتحرك في الماء. ونتيجة لذلك، تم تشكيل فتحة الاستقبال في الهيدروفون على شكل أذن الفقمة، وبدأت السماعات المائية في "السماع" حتى بأقصى سرعة للسفينة.

3. نيوروبيونيكس.

من هو الصبي الذي لن يكون مهتمًا بلعب دور الروبوتات أو مشاهدة فيلم عن Terminator أو Wolverine؟ أكثر علماء الإلكترونيات تفانيًا هم المهندسون الذين يصممون الروبوتات. هناك وجهة نظر مفادها أن الروبوتات لن تكون قادرة على العمل بفعالية في المستقبل إلا إذا كانت مشابهة للبشر قدر الإمكان. ينطلق مطورو الإلكترونيات الإلكترونية من حقيقة أن الروبوتات سيتعين عليها العمل في الظروف الحضرية والمنزلية، أي في بيئة "إنسانية" بها سلالم وأبواب وعوائق أخرى ذات حجم معين. لذلك، على الأقل، يجب أن تتوافق مع الشخص من حيث الحجم ومن حيث مبادئ الحركة. بمعنى آخر، يجب أن يكون للروبوت أرجل، والعجلات والمسارات وما إلى ذلك ليست مناسبة على الإطلاق للمدينة. ومن الذي يجب أن ننسخ تصميم الأرجل إن لم يكن من الحيوانات؟ روبوت مصغر يبلغ طوله حوالي 17 سم وله ستة أرجل (سداسي الأرجل) من جامعة ستانفورد يجري بالفعل بسرعة 55 سم في الثانية.

تم إنشاء قلب صناعي من مواد بيولوجية. اكتشاف علمي جديد قد ينهي النقص في المتبرعين بالأعضاء.

تحاول مجموعة من الباحثين من جامعة مينيسوتا إنشاء طريقة جديدة بشكل أساسي لعلاج 22 مليون شخص - وهذا هو عدد الأشخاص الذين يعانون من أمراض القلب في العالم. وتمكن العلماء من إزالة خلايا العضلات من القلب، مع الحفاظ فقط على إطار صمامات القلب والأوعية الدموية. تم زرع خلايا جديدة في هذا الإطار.

انتصار الإلكترونيات – يد اصطناعية. تمكن علماء من معهد إعادة التأهيل في شيكاغو من إنشاء طرف اصطناعي إلكتروني يسمح للمريض ليس فقط بالتحكم في اليد بالأفكار، ولكن أيضًا بالتعرف على أحاسيس معينة. وكانت صاحبة اليد الإلكترونية هي كلوديا ميتشل، التي خدمت سابقًا في البحرية الأمريكية. في عام 2005، أصيب ميتشل في حادث. واضطر الجراحون إلى بتر ذراع ميتشل اليسرى حتى كتفها. ونتيجة لذلك، تُركت الأعصاب التي كان من الممكن استخدامها للتحكم في الطرف الاصطناعي دون استخدام.

أشياء صغيرة رائعة "تُرى من الطبيعة"

الاقتراض الشهير قام به المهندس السويسري جورج دي
ميسترال في عام 1955. غالبًا ما كان يمشي مع كلبه ويلاحظ أن بعض النباتات الغريبة تلتصق بفروه باستمرار. بعد دراسة هذه الظاهرة، قرر دي ميسترال أن ذلك ممكن بفضل خطافات صغيرة على ثمار الأرقطيون. ونتيجة لذلك، أدرك المهندس أهمية اكتشافه، وبعد ثماني سنوات حصل على براءة اختراع لشريط الفيلكرو المريح.

تم اختراع المصاصون أثناء دراسة الأخطبوطات.

يبحث مصنعو المشروبات الغازية باستمرار عن طرق جديدة لتعبئة منتجاتهم. وفي الوقت نفسه، حلت شجرة التفاح العادية هذه المشكلة منذ فترة طويلة. تتكون التفاحة من 97% من الماء، ومعبأة ليس في ورق مقوى خشبي، بل في قشر صالح للأكل فاتح للشهية بدرجة كافية لجذب الحيوانات إلى أكل الفاكهة وتوزيع الحبوب.

خيوط العنكبوت، خلق الطبيعة المذهل، جذبت انتباه المهندسين. كانت الشبكة هي النموذج الأولي لبناء جسر على كابلات مرنة طويلة، مما يمثل بداية بناء جسور معلقة قوية وجميلة.

تم الآن تطوير نوع جديد من الأسلحة يمكنه صدمة قوات العدو باستخدام الموجات فوق الصوتية. تم استعارة مبدأ النفوذ هذا من النمور. يحتوي هدير المفترس على ترددات منخفضة للغاية، والتي، على الرغم من عدم إدراكها من قبل البشر على أنها صوت، إلا أنها يكون لها تأثير مشلول عليها.

تم تصميم إبرة الخدش المستخدمة لسحب الدم وفقًا للمبدأ الذي يحاكي تمامًا بنية الأسنان القاطعة للخفاش، والتي تكون لدغتها غير مؤلمة ويصاحبها نزيف حاد.

إن حقنة المكبس المألوفة لدينا تحاكي جهاز امتصاص الدم - البعوض والبراغيث، التي يعرف كل شخص لدغتها.

تعمل "المظلات" الرقيقة على إبطاء سقوط بذور الهندباء على الأرض، تمامًا كما تبطئ المظلة سقوط الإنسان.

خاتمة.

إن إمكانات الإلكترونيات الإلكترونية لا حدود لها حقًا...

تحاول الإنسانية إلقاء نظرة فاحصة على أساليب الطبيعة من أجل استخدامها بحكمة في التكنولوجيا. تشبه الطبيعة مكتبًا هندسيًا ضخمًا، لديه دائمًا الطريق الصحيح للخروج من أي موقف. لا ينبغي للإنسان المعاصر أن يدمر الطبيعة، بل يتخذها نموذجا. بفضل تنوع النباتات والحيوانات، يمكن للطبيعة أن تساعد الشخص في العثور على الحل الفني المناسب للقضايا المعقدة وطريقة للخروج من أي موقف.

كان من المثير جدًا بالنسبة لي العمل على هذا الموضوع. وفي المستقبل، سأواصل العمل على دراسة إنجازات الإلكترونيات الإلكترونية.

الطبيعة كمعيار – وهناك أجهزة إلكترونية!

الأدب:

1. الإلكترونيات الحيوية. في.مارتيك، الطبعة: مير، 1967

2. ما هي الإلكترونيات الإلكترونية. سلسلة "مكتبة العلوم الشعبية". أستاشينكوف بي.تي. م.، فوينزدات، 1963

3. الإلكترونيات المعمارية المعمارية Yu.S. ليبيديف، في آي رابينوفيتش وآخرون، موسكو، سترويزدات، 1990. 4.

موارد الإنترنت المستخدمة

http://www/cnews/ru/news/top/index. شمتل 2003/08/21/147736؛

Bio-nika.narod.ru

www.computerra.ru/xterra

- http://ru.wikipedia.org/ ويكي/بيونيكس

Www.zipsites.ru/matematika_estestv_nauki/fizika/astashenkov_bionika/‎

http://factopedia.ru/publication/4097

http://roboting.ru/uploads/posts/2011-07/1311632917_bionicheskaya-perchatka2.jpg

http://novostey.com

http://images.yandex.ru/yandsearch

http://school-collection.edu.ru/catalog

شعار الإلكترونيات الإلكترونية هو: "الطبيعة تعرف الأفضل". أي نوع من العلم هذا؟ الاسم نفسه وهذا الشعار يجعلنا نفهم أن الإلكترونيات الإلكترونية مرتبطة بالطبيعة. يواجه الكثير منا عناصر ونتائج علم الإلكترونيات الحيوية كل يوم دون أن يعرفوا ذلك.

هل سمعت عن علم مثل الإلكترونيات؟

علم الأحياء هو معرفة شعبية نتعرف عليها في المدرسة. لسبب ما، يعتقد الكثير من الناس أن الإلكترونيات الإلكترونية هي أحد المجالات الفرعية لعلم الأحياء. في الواقع، هذا البيان ليس دقيقا تماما. في الواقع، بالمعنى الضيق للكلمة، الإلكترونيات هي علم يدرس الكائنات الحية. ولكن في أغلب الأحيان اعتدنا على ربط شيء آخر بهذا التدريس. الإلكترونيات التطبيقية هي علم يجمع بين علم الأحياء والتكنولوجيا.

موضوع وموضوع البحث البيونيك

ماذا تدرس الالكترونيات؟ للإجابة على هذا السؤال، علينا أن نأخذ بعين الاعتبار التقسيم البنيوي للتعليم نفسه.

الالكترونيات الحيويةيستكشف الطبيعة كما هي، دون محاولة التدخل. الهدف من دراستها هو العمليات التي تحدث في الداخل

الالكترونيات النظريةيتعامل مع دراسة تلك المبادئ التي لوحظت في الطبيعة، وعلى أساسها يخلق نموذجا نظريا، والذي يستخدم لاحقا في التكنولوجيا.

الكترونيات عملية (تقنية).هو تطبيق النماذج النظرية في الممارسة العملية. إذا جاز التعبير، الإدخال العملي للطبيعة في العالم التقني.

أين بدأ كل هذا؟

يُطلق على ليوناردو دافنشي العظيم لقب أبو الإلكترونيات الإلكترونية. في ملاحظات هذا العبقري يمكن للمرء أن يجد المحاولات الأولى للتنفيذ الفني للآليات الطبيعية. وتوضح رسومات دافنشي رغبته في صنع طائرة قادرة على تحريك جناحيها، مثل الطير الذي يطير. في وقت ما، كانت مثل هذه الأفكار جريئة للغاية بحيث لم تصبح شعبية. لقد جذبوا الانتباه في وقت لاحق بكثير.

كان أول شخص يطبق مبادئ الإلكترونيات الإلكترونية في الهندسة المعمارية هو أنتوني غاودي آي كورنيه. واسمه مطبوع بقوة في تاريخ هذا العلم. كانت الهياكل المعمارية التي صممها غاودي العظيم مثيرة للإعجاب في وقت بنائها، وقد أثارت نفس البهجة بعد سنوات عديدة بين المراقبين المعاصرين.

الشخص التالي الذي دعم فكرة التعايش بين الطبيعة والتكنولوجيا كان تحت قيادته، بدأ الاستخدام الواسع النطاق للمبادئ الإلكترونية في تصميم المباني.

تمت الموافقة على الإلكترونيات الإلكترونية كعلم مستقل فقط في عام 1960 في ندوة علمية في دايتونا.

إن تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر والنمذجة الرياضية يسمح للمهندسين المعماريين المعاصرين بتنفيذ إشارات الطبيعة في الهندسة المعمارية وغيرها من الصناعات بشكل أسرع وبدقة أكبر.

النماذج الطبيعية للاختراعات التقنية

إن أبسط مثال على علم الإلكترونيات الإلكترونية هو اختراع المفصلات. التثبيت مألوف لدى الجميع، بناءً على مبدأ دوران جزء من الهيكل حول جزء آخر. يتم استخدام هذا المبدأ بواسطة الأصداف البحرية للتحكم في الصمامين الخاصين بها وفتحهما أو إغلاقهما حسب الحاجة. يصل حجم أسماك القلب العملاقة في المحيط الهادئ إلى 15-20 سم، ويمكن رؤية المبدأ المفصلي في ربط أصدافها بوضوح بالعين المجردة. يستخدم الممثلون الصغار لهذا النوع نفس طريقة تثبيت الصمامات.

في الحياة اليومية، غالبًا ما نستخدم مجموعة متنوعة من الملقط. يصبح منقار الربوت الحاد ذو الشكل الكماشة نظيرًا طبيعيًا لمثل هذا الجهاز. تستخدم هذه الطيور منقارًا رفيعًا، حيث تلتصق به في التربة الناعمة وتخرج الخنافس الصغيرة والديدان وما إلى ذلك.

تم تجهيز العديد من الأجهزة والأجهزة الحديثة بأكواب الشفط. على سبيل المثال، يتم استخدامها لتحسين تصميم أرجل أدوات المطبخ المختلفة لمنعها من الانزلاق أثناء التشغيل. كما تستخدم أكواب الشفط لتجهيز الأحذية الخاصة بمنظفات النوافذ في المباني الشاهقة لضمان تثبيتها بشكل آمن. هذا الجهاز البسيط مستعار أيضًا من الطبيعة. ضفدع الشجرة، الذي لديه أكواب شفط على ساقيه، يظل ببراعة على نحو غير عادي على أوراق النباتات الناعمة والزلقة، ويحتاجها الأخطبوط للاتصال الوثيق بضحاياه.

يمكنك أن تجد العديد من هذه الأمثلة. إن الإلكترونيات الحيوية هي على وجه التحديد العلم الذي يساعد الناس على استعارة الحلول التقنية من الطبيعة لاختراعاتهم.

من يأتي أولاً: الطبيعة أم الإنسان؟

يحدث أحيانًا أن يكون هذا الاختراع أو ذاك للبشرية قد حصل على "براءة اختراع" بطبيعته منذ فترة طويلة. أي أن المخترعين، عند إنشاء شيء ما، لا ينسخون، بل يتوصلون إلى التكنولوجيا أو مبدأ التشغيل بأنفسهم، وبعد ذلك يتبين أنها كانت موجودة في الطبيعة لفترة طويلة، ويمكن للمرء ببساطة التجسس عليها واعتمادها .

لقد حدث هذا مع شريط الفيلكرو المعتاد الذي يستخدمه الإنسان لربط الملابس. لقد ثبت أن الخطافات المشابهة لتلك الموجودة في الفيلكرو تُستخدم أيضًا لربط الأشواك الرفيعة معًا.

يشبه هيكل مداخن المصانع سيقان الحبوب المجوفة. التعزيز الطولي المستخدم في الأنابيب يشبه خيوط الصلبة في الجذع. حلقات تقوية الصلب - الفجوات. الجلد الرقيق الموجود على السطح الخارجي للساق هو نظير للتعزيز الحلزوني في بنية الأنابيب. على الرغم من التشابه الهائل في الهيكل، فقد اخترع العلماء بشكل مستقل مثل هذه الطريقة لبناء أنابيب المصنع، ولم يروا إلا في وقت لاحق هوية هذا الهيكل مع العناصر الطبيعية.

الالكترونيات والطب

إن استخدام الإلكترونيات الإلكترونية في الطب يجعل من الممكن إنقاذ حياة العديد من المرضى. وبدون توقف، يجري العمل على إنشاء أعضاء اصطناعية قادرة على العمل في تعايش مع جسم الإنسان.

كان الدانماركي دينيس آبو أول من اختبره. لقد فقد نصف ذراعه، لكنه الآن أصبح لديه القدرة على إدراك الأشياء عن طريق اللمس بمساعدة اختراع طبي. ويرتبط طرفه الاصطناعي بالنهايات العصبية للطرف المصاب. أجهزة استشعار الأصابع الاصطناعية قادرة على جمع المعلومات حول لمس الأشياء ونقلها إلى الدماغ. لم يتم الانتهاء من التصميم بعد، فهو ضخم جدًا، مما يجعل من الصعب استخدامه في الحياة اليومية، ولكن الآن يمكننا أن نطلق على هذه التكنولوجيا اكتشافًا حقيقيًا.

تعتمد جميع الأبحاث في هذا الاتجاه بالكامل على نسخ العمليات والآليات الطبيعية وتنفيذها الفني. هذه هي الإلكترونيات الطبية. تشير آراء العلماء إلى أن عملهم سيجعل من الممكن قريبًا استبدال الأعضاء البشرية الحية البالية واستخدام النماذج الأولية الميكانيكية بدلاً من ذلك. سيكون هذا حقًا أعظم إنجاز في الطب.

الكترونيات في الهندسة المعمارية

تعد الإلكترونيات المعمارية والإنشائية فرعًا خاصًا من العلوم الإلكترونية، وتتمثل مهمتها في إعادة التوحيد العضوي بين الهندسة المعمارية والطبيعة. في الآونة الأخيرة، في كثير من الأحيان، عند تصميم الهياكل الحديثة، يلجأون إلى المبادئ الإلكترونية المستعارة من الكائنات الحية.

اليوم، أصبحت الإلكترونيات المعمارية أسلوبًا معماريًا منفصلاً. لقد ولد من نسخ بسيط للأشكال، والآن أصبحت مهمة هذا العلم هي اعتماد المبادئ والسمات التنظيمية وتنفيذها تقنيًا.

في بعض الأحيان يسمى هذا النمط المعماري بالنمط البيئي. وذلك لأن القواعد الأساسية للإلكترونيات هي:

• البحث عن الحلول المثلى.
• مبدأ توفير المواد.
• مبدأ أقصى قدر من الصداقة البيئية.
• مبدأ توفير الطاقة.

كما ترون، فإن الإلكترونيات الإلكترونية في الهندسة المعمارية ليست مجرد أشكال مثيرة للإعجاب، ولكنها أيضًا تقنيات تقدمية تجعل من الممكن إنشاء هيكل يلبي المتطلبات الحديثة.

خصائص المباني الإلكترونية المعمارية

واستنادا إلى التجارب السابقة في الهندسة المعمارية والبناء، يمكننا القول أن جميع الهياكل البشرية هشة وقصيرة العمر إذا لم تستخدم قوانين الطبيعة. تتميز المباني الإلكترونية، بالإضافة إلى الأشكال المذهلة والحلول المعمارية الجريئة، بالمرونة والقدرة على تحمل الظواهر الطبيعية والكوارث المعاكسة.

في الجزء الخارجي من المباني المبنية على هذا النمط، يمكن للمرء أن يرى عناصر النقوش والأشكال والخطوط الكنتورية، التي تم نسخها بمهارة من قبل مهندسي التصميم من الكائنات الحية والطبيعية وتم تجسيدها ببراعة من قبل مهندسي البناء.

إذا بدا فجأة، عند التفكير في كائن معماري، أنك تنظر إلى عمل فني، فهناك احتمال كبير أن يكون أمامك مبنى على الطراز الإلكتروني. يمكن رؤية أمثلة على هذه الهياكل في جميع عواصم البلدان تقريبًا والمدن الكبيرة المتقدمة تقنيًا في العالم.

تصميم للألفية الجديدة

في التسعينيات، قام فريق من المهندسين المعماريين الإسبان بإنشاء مشروع بناء يعتمد على مفهوم جديد تمامًا. وهو عبارة عن مبنى مكون من 300 طابق سيتجاوز ارتفاعه 1200 متر، ومن المخطط أن تتم الحركة على طول هذا البرج باستخدام أربعمائة مصعد رأسي وأفقي تبلغ سرعته 15 م/ث. والدولة التي وافقت على رعاية هذا المشروع هي الصين. تم اختيار المدينة الأكثر اكتظاظا بالسكان، شنغهاي، للبناء. سيؤدي تنفيذ المشروع إلى حل المشكلة الديموغرافية للمنطقة.

سيكون للبرج هيكل إلكتروني بالكامل. يعتقد المهندسون المعماريون أن هذا فقط هو الذي يمكن أن يضمن قوة ومتانة الهيكل. النموذج الأولي للهيكل هو شجرة السرو. لن يكون للتركيب المعماري شكل أسطواني يشبه جذع الشجرة فحسب، بل سيكون له أيضًا "جذور" - وهو نوع جديد من الأساس الإلكتروني.

الغلاف الخارجي للمبنى عبارة عن مادة بلاستيكية قابلة للتنفس تقلد لحاء الشجر. سيكون نظام تكييف الهواء في هذه المدينة العمودية مشابهًا لوظيفة تنظيم الحرارة للجلد.

ووفقا للعلماء والمهندسين المعماريين، فإن مثل هذا المبنى لن يظل الوحيد من نوعه. بعد التنفيذ الناجح، سيزداد عدد المباني الإلكترونية في بنية الكوكب.

المباني الإلكترونية من حولنا

ما هي الإبداعات الشهيرة التي استخدمت علم الالكترونيات؟ من السهل العثور على أمثلة لهذه الهياكل. خذ على سبيل المثال عملية إنشاء برج إيفل. لفترة طويلة كانت هناك شائعات بأن هذا الرمز الفرنسي الذي يبلغ طوله 300 متر تم بناؤه وفقًا لرسومات مهندس عربي غير معروف. وفي وقت لاحق، تم الكشف عن تشابهه الكامل مع بنية الساق البشرية.

بالإضافة إلى برج إيفل، يمكنك العثور على العديد من الأمثلة على الهياكل الإلكترونية في جميع أنحاء العالم:

• تم تشييده قياسا على زهرة اللوتس.
• دار الأوبرا الوطنية في بكين - تقليد قطرة الماء.
• مجمع السباحة في بكين. خارجيًا يكرر البنية البلورية لشبكة الماء. يجمع حل التصميم المذهل أيضًا بين القدرة المفيدة للهيكل على تجميع الطاقة الشمسية واستخدامها لاحقًا لتشغيل جميع الأجهزة الكهربائية العاملة في المبنى.
• تبدو ناطحة سحاب أكوا وكأنها تيار من المياه المتساقطة. تقع في شيكاغو.
• يعد منزل مؤسس الإلكترونيات الإلكترونية المعمارية، أنطونيو غاودي، واحدًا من أولى الهياكل الإلكترونية. وقد احتفظت حتى يومنا هذا بقيمتها الجمالية وتبقى واحدة من أشهر المواقع السياحية في برشلونة.

المعرفة التي يحتاجها الجميع

بإيجاز، يمكننا أن نقول بأمان: كل ما تدرسه الإلكترونيات الإلكترونية مناسب وضروري لتنمية المجتمع الحديث. يجب أن يصبح الجميع على دراية بالمبادئ العلمية للإلكترونيات. وبدون هذا العلم من المستحيل تصور التقدم التقني في العديد من مجالات النشاط البشري. الإلكترونيات هي مستقبلنا في انسجام تام مع الطبيعة.

Bionics (من الكلمة اليونانية biōn - عنصر الحياة، حرفيًا - العيش)، علم يحد من علم الأحياء والتكنولوجيا، ويحل المشكلات الهندسية بناءً على تحليل البنية والنشاط الحيوي للكائنات الحية. يرتبط علم الأحياء ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا، والفيزياء، والكيمياء، وعلم التحكم الآلي، والعلوم الهندسية - الإلكترونيات، والملاحة، والاتصالات، والشؤون البحرية، وما إلى ذلك.

تعود فكرة استخدام المعرفة بالطبيعة الحية لحل المشكلات الهندسية إلى ليوناردو دافنشي، الذي حاول بناء طائرة ذات أجنحة مرفرفة، مثل أجنحة الطيور - الأورنيثوبتر. لقد أصبح ظهور علم التحكم الآلي الذي يأخذ في الاعتبار المبادئ العامة للتحكم والاتصال في الكائنات الحية والآلات، حافزاً لإجراء دراسة أوسع لبنية ووظائف الأنظمة الحية من أجل توضيح قواسمها المشتركة مع الأنظمة التقنية، وكذلك استخدامها. المعلومات التي تم الحصول عليها عن الكائنات الحية لإنشاء أجهزة وآليات ومواد جديدة وما إلى ذلك. في عام 1960، عُقدت أول ندوة حول الكيمياء الحيوية في دايتونا (الولايات المتحدة الأمريكية)، والتي شكلت ولادة علم جديد.

تغطي مجالات العمل الرئيسية في علم الأحياء المشكلات التالية: دراسة الجهاز العصبي للإنسان والحيوان ونمذجة الخلايا العصبية - الخلايا العصبية - والشبكات العصبية لمزيد من التحسين في تكنولوجيا الكمبيوتر وتطوير عناصر وأجهزة جديدة للأتمتة والميكانيكا عن بعد (الإلكترونيات العصبية)؛ البحث في أعضاء الحس والأنظمة الإدراكية الأخرى للكائنات الحية من أجل تطوير أجهزة استشعار وأنظمة كشف جديدة؛ دراسة مبادئ التوجيه والموقع والملاحة في الحيوانات المختلفة لاستخدام هذه المبادئ في التكنولوجيا؛ دراسة الخصائص المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية للكائنات الحية لطرح أفكار تقنية وعلمية جديدة.

أظهرت دراسات الجهاز العصبي أنه يتمتع بعدد من الميزات والمزايا المهمة والقيمة مقارنة بجميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة. هذه الميزات، التي تعد دراستها مهمة جدًا لمزيد من تحسين أنظمة الحوسبة الإلكترونية، هي كما يلي: 1) إدراك مثالي ومرن للغاية للمعلومات الخارجية، بغض النظر عن الشكل الذي تصل به (على سبيل المثال، الكتابة اليدوية، الخط، لون النص والرسومات والجرس والميزات الصوتية الأخرى، وما إلى ذلك). 2) موثوقية عالية، تتجاوز بشكل كبير موثوقية الأنظمة التقنية (تفشل هذه الأخيرة عندما ينكسر جزء أو أكثر من أجزاء الدائرة؛ وإذا ماتت ملايين الخلايا العصبية من المليارات التي يتكون منها الدماغ، يتم الحفاظ على وظائف النظام). 3) مصغر لعناصر الجهاز العصبي: بعدد العناصر 1010-1011 يبلغ حجم المخ البشري 1.5 ديسيمتر مكعب. سيشغل جهاز الترانزستور الذي يحتوي على نفس العدد من العناصر حجمًا يبلغ عدة مئات أو حتى آلاف المتر المكعب. 4) التشغيل الاقتصادي: استهلاك الدماغ البشري للطاقة لا يتجاوز عدة عشرات من الواط. 5) درجة عالية من التنظيم الذاتي للجهاز العصبي، والتكيف السريع مع المواقف الجديدة، مع التغييرات في برامج النشاط.

بدأت محاولات نمذجة الجهاز العصبي للإنسان والحيوان ببناء نظائرها من الخلايا العصبية وشبكاتها. تم تطوير أنواع مختلفة من الخلايا العصبية الاصطناعية (الشكل 1). لقد تم إنشاء "شبكات عصبية" اصطناعية قادرة على التنظيم الذاتي، أي العودة إلى الحالات المستقرة عندما تخرج عن التوازن. تعد دراسة الذاكرة وخصائص الجهاز العصبي الأخرى هي الطريقة الرئيسية لإنشاء آلات "تفكير" لأتمتة عمليات الإنتاج والإدارة المعقدة. تعتبر دراسة الآليات التي تضمن موثوقية الجهاز العصبي مهمة جدًا للتكنولوجيا، لأنها إن حل هذه المشكلة التقنية الأساسية سيوفر المفتاح لضمان موثوقية عدد من الأنظمة التقنية (على سبيل المثال، معدات الطائرات التي تحتوي على 105 عناصر إلكترونية).

بحث في أنظمة التحليل. يتكون كل محلل للحيوانات والبشر، الذي يدرك المحفزات المختلفة (الضوء والصوت وما إلى ذلك)، من مستقبل (أو عضو حسي)، ومسارات ومركز دماغي. هذه تشكيلات معقدة وحساسة للغاية ولا مثيل لها بين الأجهزة التقنية. أجهزة استشعار مصغرة وموثوقة، ليست أقل شأنا من حيث الحساسية، على سبيل المثال، العين، التي تتفاعل مع كمية واحدة من الضوء، أو العضو الحساس للحرارة في الأفعى الجرسية، الذي يميز التغيرات في درجات الحرارة بمقدار 0.001 درجة مئوية، أو العضو الكهربائي للأسماك، الذي يدرك الإمكانات في أجزاء من ميكروفولت، يمكن أن يسرع بشكل كبير عملية التقدم التكنولوجي والبحث العلمي.

من خلال أهم محلل - البصري - تدخل غالبية المعلومات إلى الدماغ البشري. من وجهة نظر هندسية، فإن الميزات التالية للمحلل البصري مثيرة للاهتمام: مجموعة واسعة من الحساسية - من الكميات الفردية إلى تدفقات الضوء المكثفة؛ تغير في وضوح الرؤية من المركز إلى المحيط. التتبع المستمر للأجسام المتحركة. التكيف مع صورة ثابتة (لعرض جسم ثابت، تقوم العين بحركات تذبذبية صغيرة بتردد 1-150 هرتز). ولأغراض تقنية، فإن تطوير شبكية اصطناعية أمر مهم. (الشبكية هي تكوين معقد للغاية؛ على سبيل المثال، تحتوي العين البشرية على 108 مستقبلات ضوئية، وهي متصلة بالدماغ باستخدام 106 خلية عقدية.) وتتكون إحدى نسخ الشبكية الاصطناعية (المشابهة لشبكية عين الضفدع) من 3 الطبقات: الأولى تتضمن 1800 خلية مستقبلة للضوء، والثانية - "الخلايا العصبية" التي تستقبل الإشارات الإيجابية والمثبطة من المستقبلات الضوئية وتحدد تباين الصورة؛ يوجد في الطبقة الثالثة 650 "خلية" من خمسة أنواع مختلفة. تتيح هذه الدراسات إمكانية إنشاء أجهزة تتبع التعرف التلقائي. أتاحت دراسة الإحساس بالعمق المكاني عند الرؤية بعين واحدة (الرؤية الأحادية) إنشاء مقياس عمق مكاني لتحليل الصور الجوية.

ويجري العمل على تقليد المحلل السمعي للإنسان والحيوان. هذا المحلل أيضًا حساس جدًا - فالأشخاص الذين يعانون من ضعف السمع يدركون الصوت عندما يتقلب الضغط في قناة الأذن بحوالي 10 ميكرون/م2 (0.0001 داين/سم2). ومن المثير للاهتمام تقنيًا أيضًا دراسة آلية نقل المعلومات من الأذن إلى المنطقة السمعية في الدماغ. تتم دراسة الأعضاء الشمية للحيوانات من أجل إنشاء "أنف اصطناعي" - جهاز إلكتروني لتحليل تركيزات صغيرة من المواد ذات الرائحة في الهواء أو الماء [تشعر بعض الأسماك بتركيز مادة يبلغ عدة ملجم / م 3 (ميكروجرام / لتر) )]. تمتلك العديد من الكائنات الحية أنظمة تحليلية لا يمتلكها البشر. على سبيل المثال، لدى الجندب حديبة في الجزء الثاني عشر من قرون الاستشعار التي تستقبل الأشعة تحت الحمراء، وأسماك القرش والشفنينيات لديها قنوات على الرأس وفي الجزء الأمامي من الجسم يمكنها إدراك تغيرات درجة الحرارة بمقدار 0.1 درجة مئوية. القواقع والنمل حساسة للإشعاع المشع. يبدو أن الأسماك ترى تيارات طائشة ناجمة عن كهربة الهواء (ويتضح ذلك من تحرك الأسماك إلى الأعماق قبل حدوث عاصفة رعدية). يتحرك البعوض في مسارات مغلقة داخل مجال مغناطيسي اصطناعي. تستشعر بعض الحيوانات الاهتزازات تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية جيدًا. تستجيب بعض قناديل البحر للاهتزازات تحت الصوتية التي تحدث قبل العاصفة. تصدر الخفافيش اهتزازات فوق صوتية تتراوح بين 45-90 كيلو هرتز، والفراشات التي تتغذى عليها لها أعضاء حساسة لهذه الموجات. البوم لديها أيضًا "جهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية" لاكتشاف الخفافيش.

ربما يكون من الواعد تصميم ليس فقط نظائر تقنية لأعضاء الحواس الحيوانية، بل أيضًا أنظمة تقنية ذات عناصر حساسة بيولوجيًا (على سبيل المثال، عيون النحلة للكشف عن الأشعة فوق البنفسجية وعيون الصرصور للكشف عن الأشعة تحت الحمراء).

ذات أهمية كبيرة في التصميم الفني ما يسمى. Perceptrons هي أنظمة "التعلم الذاتي" التي تؤدي وظائف منطقية للتعرف والتصنيف. وهي تتوافق مع مراكز الدماغ حيث تتم معالجة المعلومات الواردة. تُخصص معظم الأبحاث للتعرف على الصور المرئية أو الصوتية أو غيرها من الصور، أي تكوين إشارة أو رمز يتوافق بشكل فريد مع كائن ما. يجب أن يتم التعرف بغض النظر عن التغييرات في الصورة (على سبيل المثال، سطوعها ولونها وما إلى ذلك) مع الحفاظ على معناها الأساسي. تعمل هذه الأجهزة المعرفية ذاتية التنظيم دون برمجة مسبقة مع تدريب تدريجي يقوم به مشغل بشري؛ فهو يعرض الصور، ويشير إلى الأخطاء، ويعزز الاستجابات الصحيحة. جهاز الإدخال للإدراك الحسي هو مجال الاستقبال الإدراكي الخاص به. عند التعرف على الأشياء المرئية، فهي عبارة عن مجموعة من الخلايا الضوئية.

بعد فترة من "التدريب" يستطيع الإدراك الحسي اتخاذ قرارات مستقلة. استنادًا إلى الإدراك الحسي، يتم إنشاء أجهزة لقراءة النصوص والرسومات والتعرف عليها وتحليل مخططات الذبذبات والصور الشعاعية وما إلى ذلك.

تعد دراسة أنظمة الكشف والملاحة والتوجيه في الطيور والأسماك والحيوانات الأخرى أيضًا إحدى المهام المهمة في علم الأحياء، لأن يمكن لأنظمة الإدراك والتحليل المصغرة والدقيقة التي تساعد الحيوانات على التنقل والعثور على الفريسة والهجرة لآلاف الكيلومترات (انظر هجرات الحيوانات) أن تساعد في تحسين الأدوات المستخدمة في الطيران والشؤون البحرية وما إلى ذلك. وقد تم اكتشاف موقع الموجات فوق الصوتية في الخفافيش وعدد من الكائنات البحرية. الحيوانات (الأسماك والدلافين). ومن المعروف أن السلاحف البحرية تسبح عدة آلاف من الكيلومترات في البحر وتعود دائمًا إلى نفس المكان على الشاطئ لتضع بيضها. ويعتقد أن لديهم نظامين: التوجه بعيد المدى عن طريق النجوم والتوجيه قصير المدى عن طريق الرائحة (كيمياء المياه الساحلية). يبحث ذكر فراشة الطاووس الليلي عن الأنثى على مسافة تصل إلى 10 كم. يتنقل النحل والدبابير بشكل جيد تحت أشعة الشمس. إن البحث في أنظمة الكشف العديدة والمتنوعة هذه لديه الكثير ليقدمه من الناحية التكنولوجية.

توفر دراسة السمات المورفولوجية للكائنات الحية أيضًا أفكارًا جديدة للتصميم الفني. وهكذا فإن دراسة بنية جلد الحيوانات المائية عالية السرعة (على سبيل المثال، جلد الدلفين غير مبلل وله بنية مرنة مرنة، مما يضمن القضاء على الاضطراب المضطرب والانزلاق بأقل قدر من المقاومة) جعله من الممكن زيادة سرعة السفن. تم إنشاء غطاء خاص - جلد صناعي "لامينفلو" (الشكل 2)، مما جعل من الممكن زيادة سرعة السفن البحرية بنسبة 15-20٪. تحتوي حشرات ثنائيات الأجنحة على زوائد - أربطة، تهتز باستمرار مع الأجنحة. عندما يتغير اتجاه الطيران، لا يتغير اتجاه حركة الرسن، ويمتد السويقات التي تربطهم بالجسم، وتتلقى الحشرة إشارة لتغيير اتجاه الطيران. تم بناء الجيروترون (الشكل 3) على هذا المبدأ - وهو هزاز شوكي يوفر ثباتًا عاليًا لاتجاه طيران الطائرة بسرعات عالية. يمكن استعادة الطائرة المزودة بجيروترون تلقائيًا من الدوران. يصاحب هروب الحشرات انخفاض استهلاك الطاقة. أحد أسباب ذلك هو الشكل الخاص لحركة الجناح، والذي يشبه الرقم ثمانية.

تعتبر طواحين الهواء ذات الشفرات المتحركة التي تم تطويرها على هذا المبدأ اقتصادية للغاية ويمكن أن تعمل بسرعات رياح منخفضة. مبادئ جديدة للطيران، والحركة بدون عجلات، وبناء المحامل، والمتلاعبين المختلفين، وما إلى ذلك. تم تطويرها بناءً على دراسة هروب الطيور والحشرات، وحركة الحيوانات القافزة، وبنية المفاصل، وما إلى ذلك. إن تحليل بنية العظام، والذي يضمن خفة أكبر وفي نفس الوقت قوتها، يمكن أن يفتح إمكانيات جديدة في البناء، وما إلى ذلك.

التكنولوجيا الجديدة القائمة على العمليات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الكائنات الحية هي أيضًا، في الأساس، المشكلة ب. وفي هذا الصدد، فإن دراسة عمليات التخليق الحيوي والطاقة الحيوية لها أهمية كبيرة، لأن تعتبر العمليات البيولوجية النشطة (على سبيل المثال، تقلص العضلات) اقتصادية للغاية. بالتزامن مع التقدم التكنولوجي، الذي تضمنه نجاحات علم الأحياء، فإنه يفيد أيضًا علم الأحياء نفسه، لأنه يساعد على فهم ونمذجة بعض الظواهر أو الهياكل البيولوجية بشكل فعال.

ما هي الإلكترونيات؟

الإلكترونيات الحيوية... الكلمة غير مألوفة، ومع ذلك فهي تثير ارتباطات معينة بالنسبة للكثيرين. هل هو مزيج من كلمتي علم الأحياء والإلكترونيات؟

نشأ مثل هذا التخمين ليس فقط بين المبتدئين، ولكن في البداية حتى بين أولئك الذين كانوا إلى حد ما على دراية بموضوع وأساليب هذا العلم؛ إن وجودها لا يمكن تصوره حقًا بصرف النظر عن علم الأحياء والإلكترونيات. ومع ذلك، فإن كلمة "bionics" لها أصل مختلف. وهي مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة "بيون" والتي تعني خلية الحياة.

بالنسبة للإلكترونيات، مثل علم الأحياء، فهي مهتمة بالطبيعة الحية. لكن الغرض من الإلكترونيات الإلكترونية مختلف تمامًا. يرتبط العلم الجديد ارتباطًا وثيقًا بالممارسة، مع التكنولوجيا ودراسات الطبيعة الحية على وجه التحديد من أجل فهم الطرق التي تكون بها أكثر كمالا وأكثر ذكاءً وأكثر اقتصادا من التكنولوجيا الحديثة، وبعد الفهم، لإعطاء المهندسين معرفة جديدة، مبادئ وأساليب جديدة لحل أصعب المشاكل التي ظهرت الآن قبل التكنولوجيا. ولهذا السبب تعتبر الإلكترونيات علمًا وتقنية في نفس الوقت. قدم أحد المهندسين التعريف التالي للإلكترونيات الإلكترونية: "الإلكترونيات الإلكترونية هي فن تطبيق المعرفة حول الأنظمة والأساليب البيولوجية لحل المشكلات الهندسية".

إذا نظرنا إلى الإلكترونيات الإلكترونية من هذا المنظور، فقد نقرر أنه لا يوجد شيء جديد فيها. بعد كل شيء، منذ الأيام الأولى، يقلد الجنس البشري الطبيعة، ويتعلم منها، ويحاول اعتماد كل ما يمكن استخدامه لصالحه. وهكذا تقول أسطورة قديمة أنه خلال العصور الوسطى، اخترع العلماء العرب، بعد أن درسوا بنية العين، عدسة، بدونها لا يمكن تصور وجود البصريات والتصوير الفوتوغرافي والسينمائي؛ والتي لولاها لما ظهرت الفيزياء الحديثة. يمكن أن يقال الكثير عن كيف ساعدت دراسة الطبيعة الحية الإنسان على الابتكار منذ العصور القديمة.

ومع ذلك، لا تزال الإلكترونيات الإلكترونية حديثة العهد. إنها تظهر أمام أعيننا. على عكس الباحثين السابقين في الطبيعة، الذين أدت اكتشافاتهم من وقت لآخر عن غير قصد إلى اختراعات تقنية، يضع علماء الأحياء دائمًا لأنفسهم هدف دراسة الطبيعة الحية من أجل اكتشاف مبادئ تقنية جديدة وإنشاء أجهزة هندسية جديدة على أساسها.

بمعنى آخر، يدرس عالم الأحياء الطبيعة الحية ليس من أجل ذاتها، ولكن بعد أن حدد مسبقًا هدفًا تقنيًا محددًا.

زمن الاكتشافات العشوائية أصبح شيئاً من الماضي. في الوقت الحاضر، يعرف علماء الأحياء، مثل ممثلي العلوم الدقيقة، في الغالب ما يريدون العثور عليه. تعرف الإلكترونيات هذا أيضًا. ولكن، على عكس علماء الأحياء، فإنهم مهتمون في المقام الأول بالمبادئ الفنية لتشغيل الأنظمة البيولوجية (الآلات البيولوجية، إذا أردت) أو الأعضاء الفردية. وهذا يعني أن الإلكترونيات الإلكترونية تركز على كيفية عمل النظام، وكيفية عمل العضو، وليس على خصائصه البيولوجية، إذا لم تكن مهمة لحل مشكلة تقنية.

وبطبيعة الحال، لم تنشأ الإلكترونيات من العدم. والعلوم التي نشأت منها معروفة للجميع. هذه هي علم الأحياء والفيزياء والكيمياء والرياضيات وبالطبع الإلكترونيات وعلم التحكم الآلي، وهذه العديد من العلوم الهندسية. تؤكد ولادة الإلكترونيات الإلكترونية القاعدة الأساسية لتطور العلوم الحديثة: تنشأ الاتجاهات الأكثر أهمية والمثمرة عند تقاطع العديد من العلوم التي لم تكن ذات صلة حتى الآن.

لدي العديد من الكتب عن الإلكترونيات الإلكترونية أمامي. هذه ليست كتبًا مدرسية (لن يتم كتابتها في أي وقت قريب)، ولا دراسات. هذه مجموعات من التقارير التي تمت قراءتها في المؤتمرات السوفيتية والأجنبية. نطاق المواضيع واسع بشكل غير عادي: هناك تقارير عن الأجهزة الإلكترونية الأولى، وتقارير عن دراسة مبادئ طيران الطيور، وعن انسيابية جسم الأسماك والثدييات المائية، وعن التلألؤ البيولوجي (توهج الكائنات الحية)، على بنية العضلات وأكثر من ذلك بكثير. بغض النظر عن مدى تنوع موضوعات الأوراق البحثية والتقارير، فإن جميعها اليوم تنتمي بنفس الحقوق إلى مجال العلوم الذي ولد أمام أعيننا ويسمى الإلكترونيات الإلكترونية.

ومع ذلك، فمن الممكن الآن تحديد الاتجاهات الرئيسية لهذا العلم بدقة في المستقبل القريب. بمقارنة تقارير المؤتمرات ومقالات المجلات، من السهل ملاحظة أن عدد الأعمال المخصصة للأعضاء الحسية للحيوانات، والعمليات في الجهاز العصبي، وقضايا الملاحة في الحيوانات يتزايد من سنة إلى أخرى. هذه ليست مصادفة. إن دراسة مبادئ عمل الحواس والجهاز العصبي وهجرة الطيور وسفر الحشرات والأسماك والحيوانات البحرية هي التي ستسمح لنا بحل أهم وأصعب المشاكل وأكثرها إلحاحًا. نشأت في مجال التكنولوجيا، وسوف تساعد المهندسين على إنشاء آلات جديدة مذهلة.

لكنني أكرر أن الإلكترونيات الإلكترونية تتعامل مع العديد من القضايا الأخرى وتجري أبحاثًا في اتجاهات مختلفة تمامًا. ومن المستحيل التنبؤ بمن سيكون أول من ينجح.

بعد كل شيء، لم يتم إثبات أي شيء في مجال الإلكترونيات الإلكترونية حتى الآن. وحتى الآن لا توجد اكتشافات أساسية أو نتائج عملية مهمة تحسب لها. في هذه الأيام هي مجرد طفلة واعدة. هناك شيء واحد مؤكد: العديد من الأبحاث الإلكترونية ستؤتي ثمارها عاجلاً أم آجلاً. لقد بدأت الإلكترونيات الإلكترونية بالفعل في التأثير على التكنولوجيا، وبحلول الوقت الذي تكمل فيه تعليمك، أي في نهاية السبعينيات تقريبًا، سيكون لهذا العلم نظريته الخاصة وسيعطي نتائج مهمة جدًا للممارسة.

كما ترون، لا توجد إجابة مختصرة ومحددة على السؤال "ما هي الإلكترونيات الإلكترونية؟" غير موجود. علاوة على ذلك، هناك الكثير من العلماء الذين يرفضون الإلكترونيات الإلكترونية. لكنني لم أقابل مهندسًا واحدًا لم يرحب بهذا العلم الجديد. لماذا يوجد بين العلماء من ينكرون الإلكترونيات الإلكترونية، ولكن بين المهندسين لا يوجد أحد، وما إذا كان هذا الإنكار مبررًا، سنرى لاحقًا. في الوقت الحالي، سأضيف أنه لا يوجد حتى الآن علماء إلكترونيات "محترفون" في العالم، ولم تقم أي مؤسسة تعليمية بإنشاء قسم للإلكترونيات الإلكترونية. الآن المتحمسون من مختلف مجالات التكنولوجيا، وخاصة الإلكترونيات، وبالطبع علماء الأحياء وعلم التحكم الآلي، يكرسون طاقتهم لهذا العلم.

والآن، أيها القارئ، أريد أن أقوم باستطراد صغير. أعلم أنك تعرف بالفعل شيئًا عن "براءات الاختراع الطبيعية"، لأنها كتبت عنها أكثر من مرة في الصحف والمجلات، وتحدثت عنها كثيرًا في الراديو. وربما تتوقع أنه من الصفحة التالية، ستبدأ القصة حول الاكتشافات المثيرة والآلات الإلكترونية المذهلة وأسرار الطبيعة الغامضة - باختصار، حول كل ما سمعت عنه القليل بالفعل.

ويجب أن أخيب ظن أولئك الذين يأملون ذلك. قبل أن يتعلق الأمر بـ "براءات الاختراع الطبيعية"، سيتعين عليك قراءة العديد من الصفحات المخصصة لإلكترونيات مختلفة تمامًا وغير مثيرة، والتي لم يتم الحديث عنها أو كتابتها كثيرًا. أنا أيضًا أود، كما يقولون، أن أمسك الثور من قرنيه، لكنني أخشى أن مثل هذا الفعل المتهور سيقودني وإياك إلى نهاية حزينة للغاية: لن أتمكن من إخبارك حقًا، و لن تتمكن من فهم ماهية الإلكترونيات الإلكترونية، ولماذا هناك الكثير من الآمال، وما الذي يمكن للمرء أن يتوقعه حقًا من هذا العلم الهندسي.

لفهم الإلكترونيات الإلكترونية، عليك أن تعرف أصولها والأسباب التي جعلتها تنبض بالحياة، وبالتالي، تخيل المسار الذي وصل من خلاله العلم والتكنولوجيا إلى مدرسة الطبيعة الحية.

وسيتعين علينا، ولو باختصار شديد، أن نكرر هذا المسار: سنبدأه في إيطاليا في نهاية القرن الثامن عشر، ثم سنتعرف على بعض الاكتشافات العلمية التي تمت في وطننا في نهاية الأخير وفي البداية في قرننا سنتعرف على عالم أمريكي، وعلى طول الطريق سنتحدث عن الكهرباء وعلم التحكم الآلي ومهنة المهندس والمدخرات ومدى موثوقية التكنولوجيا الحديثة.

قد يكون الكثير مما ستواجهه في بداية الكتاب معروفًا لك. لكن الحقيقة هي أنه في الآونة الأخيرة، بدا أن كل هذا المعروف حتى للمتخصصين لم يتحد مع بعضهم البعض إلا من خلال تاريخ العلم. الآن، بعد ظهور الإلكترونيات الإلكترونية، أصبح من الواضح أن كل ما سنتحدث عنه مرتبط ارتباطًا وثيقًا في سلسلة واحدة.

في غضون ذلك، سأخبركم عن حادثة حدثت لفتاة صغيرة كانت مسافرة إلى الجنوب.

لقد سمعت الفتاة الكثير عن البحر الأسود المذهل، وعن جبال القوقاز، ولم تستطع الانتظار لرؤية كل شيء بنفسها: الجبال، وخاصة البحر. لم تكن قوية في الجغرافيا وكانت تعرف شيئًا واحدًا فقط: البحر في الجنوب. لكنها فهمت الجنوب بطريقتها الخاصة - بالنسبة لها لم يكن هذا اتجاهًا، بل بلدًا معينًا يتناثر فيه البحر الدافئ.

وعندما بدأ القطار في التحرك، ضغطت الفتاة أنفها على زجاج النافذة وشاهدت باستمرار كيف تحولت الأرض ببطء خارج النافذة، كمداخن مصنع التدخين، والمنازل، والغسيل المعلق على حبال الغسيل، والناس يمشون على مهل، والأشجار، والحقول، والمروج اقترب ثم عاد مع القطعان. المنازل والمصانع والأشجار... كان كل شيء مألوفًا، لقد رأت كل هذا أكثر من مرة، وبدا لها أن القطار أيضًا لم يكن في عجلة من أمره وكان يسير ببطء شديد؛ لقد أرادت الوصول إلى الجنوب في أسرع وقت ممكن!

ولكن مع ذلك، تغيرت الصور التي تومض خارج النوافذ تدريجيًا: تراجعت الغابات بطريقة غير محسوسة عن الطريق، ثم اختفت تمامًا، وانتشرت السهوب التي لا نهاية لها خارج النافذة. لكنه أفسح المجال تدريجياً للتلال - كان القطار يقترب من القوقاز. وفوق أفق الليل، تحولت قمم الجبال إلى اللون الوردي في آخر أشعة الشمس. ولكن بعد ذلك وضعت الفتاة في السرير.

في الصباح استيقظت الفتاة ونظرت من النافذة. لكنني لم أر شيئًا سوى الأشجار العالية ورقعة من السماء الزرقاء والعالية على نحو غير عادي. وسرعان ما أصبحت العربة أغمق مما كانت عليه في الليل - دخل القطار النفق. ثم خرج منه وغاص على الفور تقريبًا في آخر وثالث، وعندما خرج من الأخير صاح الأب: "انظر، البحر!"

بحر! حتى أنها حلمت بذلك. عرفت الفتاة أنها زرقاء، متألقة، ضخمة. وسرعان ما التفتت إلى النافذة، لكنها لم تر سوى الأشجار والعشب والسماء الزرقاء التي لا نهاية لها.

أين هي؟ - سألت الفتاة بفارغ الصبر.

نعم، أمامك مباشرة! - أجاب الأب.

لكنها لم تستطع رؤية البحر لفترة طويلة. هل هو ممكن؟

انه من الممكن. بعد كل شيء، لم تر الفتاة البحر قط وفي صباح مشمس صافٍ لم تستطع تمييزه عن السماء الجنوبية.

هل سيصدق أحد هذه القصة إذا لم يكن بطلها طفلاً بل بالغًا؟

لكن لنتخيل أننا لا نحتاج إلى ملاحظة البحر، بل إلى ظاهرة جديدة غير معروفة للعلم أو فكرة علمية جديدة. في بعض الأحيان يكون من الصعب للغاية التعرف عليها وتمييزها عن تلك القديمة التي عرفها العلم منذ زمن طويل. وغالبًا ما يتم الخلط بين القديم والجديد. قال أحد العلماء مازحا: "الجديد هو القديم المنسي بشدة".

ولكن عندما يتم تعلم وفهم شيء جديد، يأتي وقت البصيرة؛ جميع عمليات البحث التي تم إجراؤها كما لو كانت عمياء، كل محاولات التقدم على طول طريق المعرفة مضاءة بنور اكتشاف جديد، فكرة جديدة. ومن ثم يصبح من الواضح أن العلم كان يتجه بالتحديد نحو هذا الاكتشاف، وأنه تم إعداده من خلال المسار الكامل لتطور المجتمع البشري ولم يتم إجراؤه على الإطلاق بالصدفة، على الرغم من أنه بالطبع لا يمكن لأحد أن يتوقع مسبقًا ما هو الاكتشاف سيكون، ما ستكون عليه الفكرة الجديدة.

دعني أعطيك مثالاً من حياتي.

في الخمسينيات كان علي أن أعمل على جهاز إلكتروني معقد للغاية. ليست هناك حاجة للحديث عن ذلك بالتفصيل. سأقول فقط أنه كان من المفترض أن يراقب هذا الجهاز حركات شعاع الضوء الملقى على الشاشة بواسطة مرآة متأرجحة. أينما تحرك الأرنب، لأعلى أو لأسفل، يمينًا أو يسارًا، ومهما تغير سطوعه، كان على الجهاز اكتشاف الحركات واتجاهها وسرعتها وإصدار إشارات التحكم إلى المحركات الكهربائية.

وكان من الواضح أن هذا الجهاز يشبه إلى حد ما العين البشرية. لكن في البداية لم أعلق أي أهمية على ذلك. وبدا لي أن مثل هذا التشابه لا يلزمني كمهندس بأي شيء. صحيح أنه كان من المضحك أن نشاهد كيف قام أول نموذج مختبري أخرق للجهاز بتحويل العين الزرقاء للعدسة بعد ركض الأرنب عبر الشاشة، وكيف تجمدت العدسة وارتجفت بتردد وحيرة عندما انزلق الأرنب من مجال رؤيته . كان فيه شيء من كائن حي، في هذه الآلة الإلكترونية. تدريجيًا، وفي مواجهة صعوبات جديدة ومتجددة، بدأت أفهم أن العين أفضل بكثير من جهاز تتبع الضوء. لقد أقنعتني عيناي بهذا. وأدركت أنه يمكن تحسين الجهاز بشكل كبير إذا كان يعمل على نفس مبدأ العين.

فكرت في الأمر بشكل مستمر. بالنظر من نافذة عربة النقل إلى المارة، ومشاهدة طيران الطيور، والطائرات، ولعب التنس، ظللت أحاول أن أفهم كيف تمكنت عيناي من متابعة حركة كرة تنس سريعة، أو طائر، أو طائرة... حاولت لتحليل مشاعري، ولكن سرعان ما أدركت أنني لن أتمكن من تعلم أي شيء جديد بهذه الطريقة الحرفية. وبعد ذلك هاجمت بشراهة كتب العين والرؤية. لقد كانت مليئة بالمعلومات المثيرة للاهتمام والجديدة بالنسبة لي. لكن ما أثار اهتمامي أكثر من أي شيء آخر، لم أجده فيهم.

والجهاز، على الرغم من أنه يعمل بشكل جيد، لم يعد يرضيني. أردت أن تتناسب مع العين. وقررت اللجوء إلى علماء الفسيولوجيا للحصول على المساعدة. فكرت: "إذا لم يُكتب شيء عن هذا في الكتب، فمن المرجح أن علماء الفسيولوجيا ببساطة لم يعلقوا أهمية على كيفية تتبع العين للأجسام المتحركة. عندما أشرح سبب حاجتي لذلك، سيجرون بحثًا وبعد قليل سوف يستغرق الأمر أشهرًا لمعرفة كل ما هو ضروري. ذهبت إلى علماء الفسيولوجيا. وعلمت على الفور أن الأمر لم يكن بهذه البساطة. اتضح أن علماء الفسيولوجيا يريدون أيضًا معرفة كيفية عمل العين والدماغ عند تتبع الأجسام المتحركة، وقد أجروا أبحاثًا لفترة طويلة. إنها معقدة للغاية، هذه الدراسات، لكنها لم تأت بعد بالنتائج المتوقعة.

لذلك لم أضطر إلى الاستعانة بمساعدة علماء وظائف الأعضاء. الجهاز الذي استغرق ثلاث سنوات من العمل أنجز مهمته. ولكن بالمقارنة مع العين، كانت ضخمة للغاية وغير موثوقة. ولا أزال أتذكر شعوري بالمرارة وعجزي لأنني لم أتمكن من صنع جهاز يقترب على الأقل من العين في إمكانياته. لم أحلم أبدًا بصنع جهاز يشبه العين. وبحلول ذلك الوقت، كنت قد تعلمت الكثير عن الإنجازات التقنية للطبيعة وأدركت أن المهندسين ما زالوا بعيدين جدًا عن تحقيقها. كنت أعلم أيضًا أن العديد من الاختراعات التقنية الأكثر أهمية للطبيعة الحية لم يتم فهمها بعد، وأنه كان من الصعب للغاية فهمها، واعتقدت أن المهندسين سيتعين عليهم الاعتماد فقط على براعتهم لسنوات عديدة قادمة. كان هذا خطأي.

ولفتت انتباهي على الفور الكلمات: "تدرس الإلكترونيات وظائف ومبادئ تنظيم الأنظمة البيولوجية. الهدف من هذا العلم هو تسريع حل المشكلات الهندسية المعقدة."

"ها هو!" - فكرت، حتى أن فمي جف من الإثارة. لم أكن بحاجة لشرح أي شيء. حصلت عليه. بعد كل شيء، وبإرادة الظروف والفضول، أوصلتني الحياة إلى شواطئ البحر، الذي اسمه “بيونيكس”. ولكن بعد ذلك كان لا يزال بدون اسم، ولم ألاحظ ذلك. والآن كان هناك من رأوا هذا البحر وأعلنوه للعالم أجمع. وبدون توقف قرأت كل المقالات والتقارير. لقد أقنعوني بما كان لديّ فكرة غامضة عنه، وأضاءوا بالضوء الساطع الصعوبات التي نشأت في التكنولوجيا، ووحدوا عمليات البحث غير ذات الصلة سابقًا عن حلول هندسية جديدة في اتجاه تقني جديد. ولم أشك أبدًا ولو لدقيقة واحدة في المستقبل العظيم للإلكترونيات الإلكترونية. الحياة نفسها، التجربة أقنعتني بهذا.

مثلي تمامًا، جميع المهندسين الذين اضطروا مرة واحدة على الأقل للتنافس مع الطبيعة الحية في عملهم، قبلوا الإلكترونيات الإلكترونية. لكن بعض علماء الأحياء كانوا متشككين بشأن الإلكترونيات الإلكترونية. نظرًا لعدم مواجهتهم لمشاكل هندسية، لم يعرفوا شيئًا عن الصعوبات التي نشأت في مجال التكنولوجيا. لقد رأوا في الإلكترونيات الإلكترونية فقط اتجاهًا مثيرًا لنفس البيولوجيا، وبصراحة لم يفهموا ما هو الجديد فيها. ومثل كل العلماء، كانوا متشككين في الضجيج الذي أثير حول العلم الناشئ.

هل شعرت بالمرارة لأنني لم أكن أول من صرخ "يا بحر!"، لأنني لم أفكر بنفس الفكرة بنفسي؟ بصراحة تامة - لا! إن الشعور الغامض بالأفكار الجديدة الوشيكة شيء، وهو متأصل في معظم المهندسين والعلماء الأكفاء، والصياغة الدقيقة والواضحة لهذه الأفكار الجديدة شيء آخر. هذا الأخير يقع فقط على الأكثر دراية وموهبة. الأشخاص الذين صاغوا الفكرة الرئيسية للإلكترونيات بوضوح كانوا هكذا تمامًا. لقد كانوا يعرفون التكنولوجيا جيدًا وإمكانياتها وصعوباتها، وكانوا يعرفون علم الأحياء وعلم التحكم الآلي والرياضيات. لقد عرفوا جيدًا تاريخ تطور العلوم والتكنولوجيا. فقط اندماج هذه المعرفة سمح لهم بالتعبير بوضوح عما توقعه الكثيرون.

كما ترون، الإلكترونيات ليست مجرد علم وهندسة فحسب، بل تحتوي أيضًا على محتوى إنساني بحت، لأنها تلبي آمال وأحلام المهندسين حول آلات رائعة جديدة، حول توفير الموارد الطبيعية الثمينة، حول ازدهار جديد للحضارة الإنسانية. لكي نتخيل بوضوح ماهية الإلكترونيات وما تعد به للبشرية، سيتعين علينا القيام برحلة طويلة إلى حد ما على طول الطريق، وفي بدايتها توجد علامة مكتوب عليها: "Bionics". على طول هذا الطريق، علينا أن نتحرك ليس فقط نحو المستقبل، بل أيضًا إلى الماضي، وأحيانًا بعيدًا جدًا. لأن ولادة الإلكترونيات الإلكترونية، كما تعلمون بالفعل، كانت محددة سلفا من خلال الاكتشافات العلمية المهمة، والاختراعات التقنية، وليس أقل من ذلك، الصعوبات في التكنولوجيا الحديثة. فقط بعد التعرف عليها، وفهم جوهرها، يمكن للمرء أن يتخيل بوضوح ما هي الإلكترونيات الإلكترونية.

لهذا السبب أطلب منك أن تأخذ وقتك وتنتبه ليس فقط للإلكترونيات الإلكترونية الحالية، ولكن أيضًا لخلفيتها. ويبدأ الأمر بنزاع علمي كبير اندلع في إيطاليا منذ حوالي مائة وثمانين عامًا.

Bionics هو العلم التطبيقي لاستخدام الأنشطة البشرية العملية كنماذج لبناء الهياكل والآليات لأنجح تكيفات الكائنات الحية مع بيئتها.

Bionics هو اتجاه في العلوم والتكنولوجيا، والهدف منه هو استخدام المعرفة البيولوجية لحل المشاكل الهندسية وتطوير التكنولوجيا. يعتبر ليوناردو دافنشي هو الأب الروحي للإلكترونيات الإلكترونية. تعتمد رسوماته ومخططاته الخاصة بالطائرات على هيكل جناح الطائر.

مجالات العمل الرئيسية:

¨ تغطي مجالات العمل الرئيسية في مجال الإلكترونيات الإلكترونية المشكلات التالية:

¨ دراسة الجهاز العصبي للإنسان والحيوان ونمذجة الخلايا العصبية (الخلايا العصبية) والشبكات العصبية لمزيد من تحسين تكنولوجيا الكمبيوتر وتطوير عناصر وأجهزة جديدة للأتمتة والميكانيكا عن بعد (الإلكترونيات العصبية)؛

¨ البحث في الأعضاء الحسية والأنظمة الإدراكية الأخرى للكائنات الحية من أجل تطوير أجهزة استشعار وأنظمة كشف جديدة؛

¨ دراسة مبادئ التوجيه والموقع والملاحة في الحيوانات المختلفة لاستخدام هذه المبادئ في التكنولوجيا.

¨ دراسة الخصائص المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية للكائنات الحية لطرح أفكار تقنية وعلمية جديدة.

2. بيئات المعيشة الرئيسية للكائنات الحية.الموطن هو كل ما يحيط بالكائن الحي (السكان، المجتمع) ويؤثر فيه. هناك أربعة موائل على الأرض طورتها الكائنات الحية وسكنتها:

3. المهمة:

المعطى: الحمض النووي: ATG – HCG – AGC – TGA – THC

الحل: الحمض النووي الريبي (RNA): UAC – CGC – UCG – ACU – ACG؛ تحتوي منطقة الحمض النووي على خمسة توائم ثلاثية