¿Cuáles son tus inspiraciones para los animales?
Dejemos que los ciegos vean la luz: después de implantar diminutas retinas biónicas, tres pacientes ciegos no solo vieron puntos de luz parpadeantes o en movimiento, sino que incluso distinguieron con éxito tazas y platos con sus ojos. Este es el último avance anunciado en la reunión anual de la Academia Estadounidense de Visión y Oftalmología. Los investigadores dijeron que la lámina de retina biónica que desarrollaron mide sólo 4 por 5 milímetros, lo que equivale aproximadamente a un tercio de la retina normal del ojo humano. Está hecho de silicona y platino y tiene 16 electrodos. Después de la implantación, se puede adherir a la retina natural. Su principio de funcionamiento es utilizar señales eléctricas para estimular las células de la retina del paciente que no han perdido por completo sus funciones y transmitir información visual al cerebro a través del nervio óptico, restaurando así parcialmente la visión. La retina biónica se utiliza principalmente para tratar pacientes con retinitis pigmentosa. Pero los investigadores estiman que esta tecnología mejorada podría beneficiar a las personas ciegas de nacimiento en el futuro.
Seda de araña sintética: si alguna vez has tocado una telaraña, sentirás que se arrastra y se estira antes de romperse. Es a través de este proceso de estiramiento que la seda de araña absorbe grandes cantidades de energía, lo que la convierte en uno de los materiales más maleables del mundo. Durante años, la gente ha fantaseado con poder hacer ropa con seda de araña, y ahora esta fantasía se está convirtiendo poco a poco en realidad. La seda de araña contiene una proteína fibrosa similar a la queratina que se encuentra en el cabello y los cuernos. Una vez secretada esta proteína, se vuelve dura. Al equilibrar cuidadosamente los niveles de humedad, las arañas y los gusanos de seda pueden evitar que la fibrina se solidifique demasiado rápido. En un futuro próximo, la seda de araña artificial se utilizará para fabricar ropa o cuerdas superresistentes.
Simulador de función neuronal para reconocimiento de dirección de movimiento
Máquina automática de notificación de objetivos
Lente ocular compuesta plana
TV con supresión de luz lateral
/c/sites/10045/12/Introduction03.html
Materiales de referencia:
Fuente: Conferencia de Ciencias de Xiangshan, Academia de Ciencias de China
Entrevistado: Hay un asistente nivel 6 2-18 13:50.
-
La biónica es una nueva ciencia en rápido desarrollo. La biomímesis es una ciencia que utiliza principalmente las características y hábitos de los animales naturales para estudiar sus características y aplicaciones. Los animales que viven en el océano son uno de los animales importantes para que los científicos estudien las aplicaciones biónicas. Ahora presente varios animales marinos y sus aplicaciones biónicas.
Atún El atún es uno de los animales que se mueven más rápido en el océano. El atún puede alcanzar velocidades de presa de unos 80 kilómetros por hora. En el Instituto Tecnológico de Massachusetts, los científicos utilizaron el atún como modelo para crear un pez robótico de 1,2 metros de largo llamado "Charlie" y comenzaron a probarlo en un tanque. Los científicos han llevado este descubrimiento a aplicaciones tecnológicas.
La aleta caudal de un pez puede utilizarse como propulsión y guía. Teniendo en cuenta esta característica, se analizó la forma del atún en una computadora y los resultados proporcionaron un método de propulsión con aletas para barcos de superficie. Además, también se ha mejorado el movimiento de las aletas del robot, permitiéndole nadar libremente en las esquinas. Los científicos también están estudiando la piel del atún con la esperanza de mejorar sus características.
Salmón El salmón puede vivir en aguas en rápido movimiento. Aunque su sistema locomotor es similar al del atún, existen diferencias. El salmón no sólo puede controlarse libremente, sino que también puede arrancar a la velocidad del rayo y alcanzar velocidades de 14 km/h sin moverse. ¿Por qué pueden hacer esto? Además de la frecuencia con la que mueve la cola, generalmente cuanto más grande y largo es el pez, más rápido nada. Los científicos han descubierto que el salmón puede mover la cola 15 veces por segundo cuando acelera. Por tanto, su valor biónico es altísimo.
Pingüinos Los pingüinos pueden parecer torpes en tierra, pero son extremadamente ágiles en el agua.
Para encontrar un modelo aerodinámico ideal, los científicos colocaron un pequeño dispositivo de medición en la espalda del pingüino para registrar la distancia, profundidad y velocidad de su movimiento diario. Para poder tomar fotografías, los científicos también instalaron un canal de agua especial en la Antártida. A través de experimentos adicionales, se descubrió que el movimiento de los pingüinos es diferente al de los peces. Casi solo depende de sus aletas para impulsarse, lo que demuestra que el cuerpo del pingüino ha evolucionado hacia un modelo optimizado con gran volumen y baja resistencia. Además, su cuerpo apenas cambia de forma en el agua, lo que hace que los experimentos con modelos sean muy sencillos.
Tiburones Los tiburones viven en el océano desde hace 350 millones de años y pueden alcanzar altas velocidades de más de 70 kilómetros por hora. Cuando los científicos examinaron la piel de los tiburones de aguas profundas bajo un microscopio, descubrieron accidentalmente que las escamas del tiburón tenían forma de abanico y tenían pequeños surcos. Sin embargo, en el pensamiento tradicional, cuanto más lisa es la superficie, menor es la resistencia. Así, los científicos ensamblaron cientos de modelos a escala desde diferentes ángulos para formar una superficie de prueba artificial. Los resultados de las pruebas mostraron que las pérdidas por fricción eran un 10% menores que en superficies lisas, y este nuevo descubrimiento encontró inmediatamente aplicaciones técnicas. Esta piel biónica se utiliza para envolver la superficie exterior de los aviones Airbus, reduciendo el consumo anual de combustible de cada avión en 350 toneladas. Si tales revestimientos se instalaran en aviones que vuelan alrededor del mundo cada año, el ahorro de combustible podría valer miles de millones de dólares, y el dióxido de carbono y los óxidos de nitrógeno que contribuyen al efecto invernadero también se reducirían considerablemente.
La imitación animal de un gran número de movimientos en el Boxeo Shaolin muestra que el Boxeo Shaolin ha heredado la tradición biónica del antepasado chino ""The Bear's Restaurant"" y la imitación de Hua Tuo de las cinco especialidades animales del tigre. , ciervo, oso, mono y pájaro Crea la tradición de Wu Qin Xi. Los movimientos biónicos naturales y biónicos de vida en el boxeo Shaolin también reflejan fuertemente la atmósfera cultural simple local, revelando el principio de las "cosas naturales".
Seda de araña sintética
Las arañas se han convertido en el foco de atención de los científicos porque pueden fabricar varias cosas muy útiles, incluida la seda de araña, uno de los materiales más resistentes del mundo. "Si alguna vez has empujado una telaraña, puedes sentir cómo se arrastra y se estira antes de romperse", dijo Paula Hammond, profesora de ingeniería química en el MIT. "Es así. Durante el proceso de estiramiento, la seda de araña absorbe una gran cantidad de telaraña. energía, convirtiéndolo en uno de los materiales más elásticos del mundo."
Durante muchos años, la gente ha soñado con hacer ropa con seda de araña, y ahora esta fantasía. Poco a poco se está convirtiendo en una realidad. Los investigadores primero deben comprender cómo las arañas tejen la seda, que también es la clave para sintetizar la seda de araña. La seda de araña contiene una proteína fibrosa similar a la queratina que se encuentra en el cabello y los cuernos. Una vez secretada esta proteína, se vuelve dura. Los científicos no entendían previamente este proceso, por lo que era imposible crear fibras tan fuertes como la seda de araña. Pero investigadores de la Universidad de Tufts, en Estados Unidos, descubrieron recientemente el secreto de cómo las arañas y los gusanos de seda producen esta fibra. Sorprendentemente, todo el proceso está controlado por el contenido de humedad. Al equilibrar cuidadosamente los niveles de humedad, las arañas y los gusanos de seda pueden evitar que la fibrina se solidifique demasiado rápido. El Dr. Kaplan ha podido simular este proceso en el laboratorio. En un futuro próximo, la seda de araña artificial se utilizará para fabricar ropa o cuerdas superresistentes. Para entonces, todos podrán ser Spider-Man con seda de araña en las manos.
El veneno de araña se puede utilizar como insecticida.
Los científicos también esperan crear un insecticida ideal con la ayuda de las arañas. Un pesticida que mata plagas pero que no es tóxico para otros insectos, personas y animales. El veneno secretado por la araña de embudo australiana se compone de más de 100 compuestos, y se ha descubierto que varios de ellos matan sólo a ciertos insectos. Glenn King, científico de la Universidad de Connecticut, dijo: "Estos compuestos se aíslan del veneno y luego se introducen en los virus de una manera especial. Estos virus sólo están interesados en ciertos insectos. Esto permite que el virus entregue los compuestos a las plagas y matarlas "Si los científicos pudieran sintetizar estos compuestos en el laboratorio, podrían crear pesticidas que sean completamente inofensivos para el medio ambiente.
Detergente elaborado con veneno de serpiente
Otro tipo de veneno de serpiente ayudará a los científicos a crear un mejor limpiador. Devon Ibamoto, un químico japonés del Whitaker College en California, y sus estudiantes extrajeron una enzima del veneno de la serpiente de agua de Florida que puede eliminar las manchas de sangre de la ropa. La gente ya utiliza enzimas producidas por bacterias para producir detergentes, pero utilizar enzimas animales para producir detergentes es algo nuevo. Esta enzima derivada de serpiente rompe los enlaces entre la sangre seca y las fibras de la ropa. Esta investigación aún se encuentra en la etapa experimental y ninguna empresa ha oído hablar de agregar enzimas de veneno de serpiente al jabón para platos.
Los mejillones ofrecen nuevas ideas para adhesivos.
Otros animales también pueden proporcionar buenos materiales para que los humanos inventen nuevos productos. Por ejemplo, los mejillones pueden aferrarse firmemente a rocas o montones de cemento. Si miras de cerca, puedes ver decenas de pequeñas fibras que sobresalen del mejillón. Los mejillones tienen un órgano llamado "pie" que puede unir cada fibra a la superficie de un objeto fijo. Investigadores de la Universidad Purdue han descubierto que la formación de sustancias adhesivas de mejillón requiere hierro, un elemento metálico que nunca antes se había encontrado en bioadhesivos. La mayoría de los bioadhesivos están basados en proteínas. Cuando se agrega hierro, esta sustancia gelatinosa se vuelve dura. Parece que el hierro es necesario porque otros metales que pueden ser procesados por células vegetales y animales no pueden producir este proceso "duro". El descubrimiento podría ayudar a los científicos a producir mejores adhesivos, materiales de acero inoxidable y revestimientos antiincrustantes.
La leche de cabra produce seda de araña
Por supuesto, fabricar un producto en un laboratorio es muy diferente a producirlo en masa en una fábrica. Por ejemplo, si una fábrica produce detergente con enzimas para serpientes, primero debe obtener veneno. Pero no es fácil atrapar serpientes, criarlas en cautiverio o recolectar su veneno. Por eso los científicos están cultivando células en el laboratorio que pueden producir veneno de serpiente. La seda de araña puede optar por la vía sintética porque las arañas no pueden criarse como los gusanos de seda. Si pones dos arañas en una jaula, una araña siempre se comerá a la otra. El grupo de investigación de Hammond comenzó a utilizar poliuretano para sintetizar fibras y ahora pueden producir fibras que son a la vez suaves y resistentes. Están estudiando el proceso de utilizar partículas ultrafinas para reforzar las fibras. Otros investigadores han aplicado la biotecnología moderna.
Investigadores de una empresa de biotecnología en Quebec, Canadá, han transferido genes para producir seda de araña a cabras de Nueva Zelanda. Estas cabras pueden producir entre 2 y 15 g de seda de araña por litro de leche. La empresa tiene bases de cría en Fort Prats, Nueva York, y Saint Telesphore, Quebec, y espera producir 5 toneladas de seda de araña al año.
La forma biónica es una forma de forma funcional. La forma biónica no sólo tiene la estructura organizativa y los elementos funcionales de la forma general, sino que también es diferente de la forma general. Proviene de la aplicación simulada de formas y estructuras biológicas por parte del diseñador, y es el resultado de la inspiración de la naturaleza. Los seres humanos viven en la naturaleza y son "vecinos" de las criaturas que los rodean. Estas criaturas han atraído a la gente a imaginar e imitar, fabricar herramientas de producción sencillas y construir casas desde la antigüedad. Por ejemplo, durante el Período de Primavera y Otoño y el Período de los Reinos Combatientes, Lu Ban "realizó" el principio de cortar hojas de hierba dentadas. Las patas de algunos insectos tienen forma de pinzas, que se utilizan para atrapar presas. También son muy utilizadas en la vida actual y como herramientas de producción. ?
La creación mediante simulación de formas biónicas tiene una larga historia, pero como disciplina independiente, sólo se produjo después de la década de 1960. El mayor J. E. Steele, oficial de la Fuerza Aérea de los EE. UU., inició la biónica en 1958. La biomímesis es el estudio de cómo crear sistemas artificiales con características biológicas. La imitación es la base de la biónica. El fruto del arce gira hacia abajo, volando a lo lejos con su silueta en forma de ala. Inspirado por esto, apareció el juguete de ala voladora giroscópica, que es el prototipo de la hélice actual. El prototipo biónico de los aviones modernos proviene de los pájaros del cielo. ?
1? La función de las alas de los pájaros: sustentación y fuerza motriz. La función de las alas de los aviones: la sustentación y la fuerza motriz requieren dispositivos de motor. ?
2. La estructura ósea hueca de las aves reduce el peso del cuerpo y es apta para volar en el aire. Para reducir el peso del fuselaje de la aeronave, se utilizan materiales livianos como aleaciones de aluminio y plásticos de ingeniería ABS. ?
3. La apariencia fluida del ave reduce la resistencia, y el avión aerodinámico imita la forma de carrera del ave. ?
El diseño de formas biónicas es una forma más excelente y diversificada creada por personas que seleccionan y mejoran sus funciones y formas en el proceso de aprendizaje a largo plazo de la naturaleza y acumulación de experiencia. Por tanto, las fuentes de información creadas por los humanos son creaciones de simulación biónica de la naturaleza. Especialmente en la era de la información actual, los requisitos de las personas para el diseño de productos son diferentes a los del pasado. Solo se centran en funciones excelentes, pero buscan la frescura y la simplicidad, se centran en volver a la naturaleza y exploran la autodisciplina de la personalidad. Defender el diseño biónico, devolver el diseño al estado natural y darle a las formas del diseño un símbolo de vida es el mejor conocimiento para las necesidades espirituales humanas. ?
1. ¿Es la forma biónica la fuente de la innovación en el diseño?
El famoso maestro del diseño alemán Luigi Colani dijo una vez: “La base del diseño debe provenir de la verdad presentada por la vida nacida en la naturaleza.
"Esta frase revela los secretos de la naturaleza, que contiene infinitos tesoros de diseño. Las condiciones para la creación y el diseño de formas biónicas son tener la forma correcta de entender las cosas y captar las leyes esenciales, y moderar la capacidad de pensamiento de autoinnovación. El segundo es tener una base sólida basada en los conceptos básicos de la vida, buscamos inspiración para el diseño en la naturaleza y las condiciones originales de la sociedad humana, incluida la formación del pensamiento de diseño biónico. El pensamiento tradicional de las personas a menudo se limita a los métodos y sistemas existentes. y el alcance del pensamiento no puede alcanzar las cosas. Origen La inspiración para la "ley de la gravitación universal" no fue una teoría clásica nacida en el laboratorio y concluida, sino que Newton se inspiró en el hecho de que una manzana cayó debajo de un manzano y se desintegró. conectado con el movimiento del sistema solar y la tierra.
La investigación científica muestra que muchas características sensoriales que los humanos no tienen existen en muchos animales en el mundo biológico. Por ejemplo, las medusas pueden sentir las ondas sonoras del hielo. y predecir con precisión las tormentas; los murciélagos pueden sentirlas; las ondas ultrasónicas pueden detectar con precisión pequeños animales que se mueven en el suelo desde una altitud de tres mil metros; los ojos de rana pueden determinar rápidamente la posición, la dirección y la velocidad del objetivo, y pueden elegir el mejor. postura de ataque y tiempo. Los misterios de la naturaleza son infinitos. Cada vez que descubrimos un misterio biológico, puede convertirse en una nueva posibilidad para nuestro diseño, y también puede traernos una nueva forma de vida. de formas biónicas es inagotable para nuestro diseño innovador.
2. La forma biónica: la ecuación del problema del diseño
En realidad, es necesario transformar muchos logros técnicos excelentes. en productos, y los diseñadores a menudo luchan por encontrar una buena forma con buenos inventos, lo que a menudo se convierte en un problema. Si pensamos en los requisitos como si fueran preguntas, entonces el pensamiento biónico busca ecuaciones para resolver problemas en la naturaleza. Cuando los aviones supersónicos vuelan, debido a su alta velocidad, las alas se agitan, dificultan el movimiento e incluso hacen que las alas se rompan y el avión se destruya. Este problema una vez hizo que los diseñadores se devanaran los sesos y finalmente colocaron un dispositivo de pesaje. El borde de ataque del ala, que luego se resolvió de manera efectiva. Se sabe por zoología que hay un área de engrosamiento de queratina oscura en el borde de ataque de las alas de la pequeña libélula. El nevo del ala es el eliminador del aleteo de la libélula. controlado por el nevo del ala. Para darse cuenta.
La forma espacial, la estructura y las características de todas las cosas en la naturaleza son el resultado de la adaptación instintiva de la vida al entorno de crecimiento y evolución en el estudio y la investigación. formas, se exploran los siguientes aspectos: Formas de resolver problemas de diseño de productos
1. Establecer un modelo de morfología funcional biológica, estudiar las funciones de la morfología biónica, encontrar los principios físicos correspondientes a partir de prototipos biológicos y formar una comprensión. de organismos biológicos a través de la percepción. Comprensión perceptiva del cuerpo. Este artículo parte de la función, estudia la estructura y forma del organismo, elimina factores irrelevantes, establece un análisis cualitativo del prototipo y utiliza el modelo para simular el principio de estructura biológica.
En segundo lugar, a partir de la estructura biológica, se estudiaron la forma, proporción y función biónicas utilizando métodos modelo para realizar análisis cuantitativos del organismo, captar la escala estructural del organismo y explorar sus funciones especiales. Movimientos desde la forma y estructura concretas. ?
En tercer lugar, las formas biónicas imitan directamente las excelentes funciones locales de los seres vivos. Por ejemplo, el caparazón del torpedo hecho de imitación de piel de delfín reduce la resistencia hacia adelante y el barco utiliza una hélice de cola de pez para obtener un mayor empuje a bajas velocidades. Sin embargo, en la investigación y aplicación de las formas biónicas, los detalles rara vez se imitan. En cambio, las leyes científicas de las formas biónicas se resumen a través del estudio de la estructura y los principios de funcionamiento de los sistemas vivos. ?
3. Forma biónica: ¿un nuevo concepto de diseño ecológico?
La forma biónica contiene un concepto de diseño ecológico muy distinto, porque "en casi todos los diseños, la naturaleza ha dado a los humanos el mensaje más poderoso" (Cockney). Las formas biónicas son sin duda un nuevo estandarte para explorar el diseño ecológico moderno. ?
El cuerpo principal de la civilización social moderna está compuesto por humanos y máquinas (forma de producto). El propósito de la invención de las máquinas por parte de la humanidad es permitir que las máquinas reemplacen la fuerza física humana y liberen a los humanos que están oprimidos por un trabajo físico intenso. Sin embargo, en la medida en que las máquinas han reemplazado el trabajo humano, la aparición de herramientas inteligentes ha hecho que la competencia individual humana se enfrente al estrangulamiento con las máquinas. Estas se deben a la propia falta de preparación psicológica del ser humano. Ante el desequilibrio ecológico provocado por esta civilización, el ser humano comenzó a reflexionar y a intentar encontrar una nueva salida.
"Construyendo una plataforma para el diálogo entre humanos, naturaleza y máquinas", * * * la filosofía exige firmemente el establecimiento de dos estructuras culturales, humanos y máquinas, naturaleza ecológica y naturaleza artificial, para remodelar el valor de la ciencia y la tecnología y el estatus de seres humanos. Es una estrategia y un nuevo concepto de diseño ecológico contemporáneo romper con la proliferación visual de símbolos de formas artificiales en la industrialización de máquinas y, en cambio, desarrollar formas de diseño a partir del estado original de la naturaleza. ?
En primer lugar, el placer de la forma biónica puede acercar a las personas a la forma de máquina. La evolución de los organismos y la reproducción de las especies en la naturaleza son ajustes y adaptaciones lógicos y regulares en el entorno de vida en constante cambio. Esto se debe a que los organismos tienen las condiciones para el crecimiento y la mutación, y pueden abandonar funciones antiguas y adaptarse a otras nuevas en cualquier momento. Los patrones funcionales fijos de las formas artificiales y los entornos espaciales inhiben la autorregulación y la relación adaptativa entre los humanos y la naturaleza. Por lo tanto, el diseño debe basarse en los atributos naturales y sociales de las personas y maximizar la flexibilidad y adaptabilidad del diseño ecológico para satisfacer las necesidades individuales. ?
En segundo lugar, las formas biónicas contienen la vitalidad de la vida. Para protegerse y resistir la mutación, la estructura morfológica de los organismos biológicos forma una sensación de expansión de poder, que hace que las personas sientan la vida y la vitalidad de la autoconciencia y despierta nuestra conciencia potencial de apreciar la vida. En esta atmósfera hermosa y armoniosa, las personas están integradas y cercanas a la naturaleza, lo que elimina la ansiedad psicológica de los oponentes y hace que las personas se sientan felices y satisfechas. ?
En tercer lugar, la singularidad de las formas biónicas enriquece el lenguaje formal del diseño de modelado. Las ricas estructuras físicas, los cambios multidimensionales, las ingeniosas decoraciones cromáticas y las organizaciones gráficas de numerosas vidas orgánicas (animales y plantas) en la naturaleza, así como sus estilos de vida, lenguaje corporal, características de la voz y habilidades de equilibrio, nos brindan nuevas ideas para el desarrollo artificial. Diseño de formas. Métodos de diseño y reglas de belleza. Las características perceptuales de la comunicación entre los organismos vivos y las personas nos brindarán nuevas revelaciones.
Cuando la maquinaria terrestre está en funcionamiento, la adhesión del suelo a las partes que entran en contacto con él reduce gravemente la eficiencia de la producción y se ha convertido en un problema técnico importante que debe resolverse con urgencia. Algunos organismos, especialmente los animales del suelo, tienen excelentes funciones de reducción de la viscosidad y desorción después de cientos de millones de años de evolución y optimización. El estudio en profundidad de las leyes fisiológicas y de los mecanismos de reducción y desorción de la viscosidad de los animales del suelo resolverá el problema de la adherencia al suelo de las piezas de trabajo de la maquinaria terrestre. Este proyecto ha llevado a cabo un trabajo de investigación profundo y sistemático en esta área y logró los siguientes resultados:
1. El escarabajo pelotero se cultivó con éxito en el laboratorio durante más de 30 días y se observaron muchas de sus características morfológicas. Las características fueron reveladas sistemáticamente.
2. Se estableció la estructura del modelo de adhesión del suelo y se estudió el problema de adhesión del suelo mediante análisis espectral, análisis fractal y algoritmo genético.
3. La pared de arado biónica no lisa diseñada y desarrollada puede reducir la resistencia agrícola entre un 15 % y un 18 % y ahorrar combustible entre un 5,6 % y un 12,6 %. A partir de acero ZG25Mn2 y ZG75Mn13, se prepararon dos superficies resistentes al desgaste con gradiente biónico. Después de agregar materiales de refuerzo dentro de un cierto rango (generalmente no más del 10%) de los materiales compuestos a base de polímeros desarrollados, la resistencia al desgaste abrasivo mejora significativamente y su rendimiento de desorción y reducción de arrastre mejora considerablemente en comparación con los materiales tradicionales de contacto con el suelo. acero). .
4. La topadora biónica de superficie no lisa diseñada y desarrollada puede reducir la resistencia entre un 13,1% y un 32,9% en comparación con una pala lisa para arcilla negra con un contenido de humedad del 28,3%.
5. Basada en el principio de electroósmosis biónica, la tolva de carbón por electroósmosis biónica resuelve eficazmente los problemas de adherencia y bloqueo del carbón. La tecnología de desorción biónica flexible se aplica a los camiones de carbón, lo que evita eficazmente que el carbón se adhiera y se congele.
Con las necesidades de producción y el desarrollo de la ciencia y la tecnología, desde la década de 1950, la gente se ha dado cuenta de que los sistemas biológicos son una de las principales formas de desarrollar nuevas tecnologías, y han considerado conscientemente el mundo biológico como un fuente de diversas ideas técnicas, fuente de principios de diseño e invenciones. La gente utiliza modelos químicos, físicos, matemáticos y técnicos para realizar investigaciones en profundidad sobre sistemas biológicos, lo que promueve el gran desarrollo de la biología y avanza rápidamente en el estudio de los mecanismos funcionales de los organismos. En este punto, las criaturas simuladas ya no son una fantasía fascinante, sino un hecho que se puede lograr. Los biólogos e ingenieros colaboraron activamente y comenzaron a utilizar los conocimientos adquiridos en biología para mejorar dispositivos de ingeniería antiguos o crear nuevos. La biología ha comenzado a entrar en las filas de la innovación tecnológica y la revolución en todos los ámbitos de la vida, logrando primero el éxito en sectores militares como el control automático, la aviación y la navegación. Por lo tanto, las disciplinas de la biología y la tecnología de la ingeniería se combinan y se penetran entre sí, dando lugar a una nueva ciencia: la biónica.
Como disciplina independiente, la biónica nació oficialmente en septiembre de 1960. La primera Conferencia de Biónica fue celebrada por la Administración de Aviación de la Fuerza Aérea de EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea de Dayton, Ohio.
El tema central discutido en la reunión fue "¿Se pueden aplicar los conceptos obtenidos del análisis de sistemas biológicos al diseño de sistemas artificiales de procesamiento de información?". Steele denominó a esta ciencia emergente "biónica", que significa el estudio de las funciones de los sistemas vivos en el mundo. ciencia griega. En 1963, China tradujo "biónica" como "biónica". Steele define la biónica como "la ciencia de construir sistemas técnicos que imiten los principios de los sistemas biológicos, o de hacer que los sistemas técnicos artificiales tengan o se parezcan a características biológicas". En definitiva, la biónica es la ciencia de imitar seres vivos. Para ser precisos, la biónica es una ciencia integral que estudia diversas características excelentes de los sistemas biológicos, como estructura, características, funciones, conversión de energía, control de información, etc. y aplicarlo a sistemas técnicos, mejorar los equipos de ingeniería técnica existentes y crear nuevos sistemas técnicos, como flujos de procesos, configuraciones de edificios y equipos de automatización. Desde una perspectiva biológica, la biónica es una rama de la "biología aplicada"; la biónica parte de la perspectiva de la tecnología de ingeniería y se basa en el estudio de sistemas biológicos, proporcionando nuevos principios para el diseño y construcción de nuevos métodos y nuevos equipos. aproches. La gloriosa misión de la biónica es proporcionar a la humanidad el sistema tecnológico más confiable, flexible, eficiente y económico cercano a los sistemas biológicos para beneficiar a la humanidad.
Las arañas son uno de los artrópodos más comunes en la naturaleza. Hay más de 35.000 especies de arañas en el mundo, entre arañas fantasma, arañas redondas, arañas de hierba, arañas lobo y arañas de flores... Desde el cielo hasta el subsuelo, desde la tierra hasta el mar, se puede ver en todas partes. La mayoría de las arañas tejen telas. La telaraña no sólo es exquisita y compleja, sino también completamente funcional, bien equipada y llena de trampas. Hay líneas de comunicación, líneas de alarma, rutas de viaje, restaurantes, salones de bodas, salas infantiles, etc. Es como un laberinto mágico. Las arañas y los humanos están estrechamente relacionados. Las arañas que viven en los campos son "defensores" leales de los cultivos: las arañas saltadoras patrullan el suelo; las arañas de orbes y nidos tejen telas en las hojas de las plantas; las tarántulas de agua bloquean el agua; Ya sea que estén volando en el cielo, corriendo por el suelo o nadando en el agua, como saltamontes del arroz, saltamontes, barrenadores, pulgones, barrenadores, gusanos del arroz, moscas, mosquitos, etc. , incapaz de escapar del asedio impuesto por muchas arañas. El estudio de los secretos del comportamiento de las arañas tiene un importante significado práctico para la vida humana, la biónica y la alta tecnología.
El misterio de la depredación de las arañas y la navegación espacial
Después de que las arañas tejen sus telas, atrapan insectos y "simplemente esperan". Esta eficiencia de captura pasiva es bastante alta y los científicos están desconcertados. Más tarde, los biólogos de la Universidad de Yale descubrieron el secreto.
Mientras estudiaban la evolución de determinadas especies de arañas, descubrieron que las telas de araña reflejan con mucha fuerza la luz ultravioleta. ¿Es este el secreto de por qué las arañas atrapan insectos? Colocaron dos telas tejidas por la misma araña en diferentes lugares. Una red se ilumina con luz ultravioleta y la otra red se ilumina con luz visible sin luz ultravioleta. Resultó que un grupo de moscas de la fruta que habían sido colocadas deliberadamente en el interior volaron hacia la primera red. Los científicos concluyeron que las moscas de la fruta pensaron erróneamente que volaban hacia el cielo porque la primera red reflejaba suficiente luz ultravioleta.
Lo que es aún más interesante es que las arañas también ajustan las propiedades ópticas de sus telas a medida que evolucionan. Las razas con niveles evolutivos bajos están acostumbradas a construir redes en la oscuridad, y sus redes tienen la propiedad de reflejar fuertemente los rayos ultravioleta. Algunas de las arañas más evolucionadas se trasladaron de lugares oscuros a lugares más brillantes. De esta forma, surge un problema con la caza de la araña. Si la red refleja una gran cantidad de rayos ultravioleta como en el pasado, los insectos sentirán que hay algunos obstáculos en lugar del cielo azul, y no quedarán atrapados si ven las intenciones de la araña. Sin embargo, si el Tao es superior, el diablo será superior. En el caso de las arañas altamente evolucionadas, en realidad pueden formar redes que no reflejan mucha luz ultravioleta. La mayoría de este tipo de redes no reflejan los rayos ultravioleta, y los rayos ultravioleta que ya están presentes en las zonas más brillantes hacen que los insectos piensen erróneamente que el cielo todavía es azul. Milagrosamente, dependiendo de la especie de insecto, las arañas ajustan el número y la distribución de estos nodos a medida que construyen nuevas redes.
También existe un misterio en la estructura de las telas de araña. Muchas personas han visto insectos luchando desesperadamente en las telas de araña. Después de tal lanzamiento, la telaraña aún no se rompió, lo que indica que tiene alta resistencia y flexibilidad, y de dónde provienen estas propiedades también es un misterio.
Investigadores de la Universidad de Oxford han descubierto que las telas de araña están hechas de dos tipos diferentes de hilos de seda enredados entre sí. En primer lugar, la malla es un hilo lineal seco, que es la columna vertebral y soporte de la malla. Sólo se puede estirar un 20% como máximo y luego se rompe. Otro tipo de hilo en espiral adhesivo se enrolla alrededor del hilo lineal y se utiliza especialmente para atrapar insectos. Se puede estirar hasta 4 veces su tamaño original y no se hundirá incluso después de volver a su forma original en verano.
Bajo un microscopio electrónico de alta potencia, podemos ver que los hilos espirales están cubiertos por una capa de gotas coloidales. Este líquido es 80% agua y el resto es una mezcla de grasas, aminoácidos y azúcares. Cada gota contiene un hilo y, a medida que el insecto capturado lucha por estirar el hilo, el hilo de la gota se expande, aumentando la longitud del hilo. Cuando el gancho deje de luchar, la bola de seda se recuperará automáticamente.
El físico Donald Edmonds de la Universidad de Oxford, el biólogo Fritz Folard y el ingeniero estructural Roland Lin de Owen Arup Partners en Londres utilizaron recientemente modelos informáticos para analizar más a fondo las telas de araña y revelar el misterio de su estructura.
Si la telaraña no puede disipar la energía del movimiento del insecto en la red, el insecto romperá la red o será expulsado como un trampolín", dijo Edmonds. Usando este modelo de computadora, descubrimos inesperadamente que La amortiguación aerodinámica tiene un fuerte impacto en la captura de estos insectos, ya que toda la red rebota hacia arriba y hacia abajo en el aire y la energía del movimiento se disipa".
Para confirmar sus hallazgos con modelos por computadora, el trío. El equipo recreó el experimento de simulación en el laboratorio. Utilizaron pistolas de pequeño calibre para disparar bolitas de espuma a telas de araña reales y midieron los efectos. A la escala de este experimento, descubrieron que el aire alrededor de la telaraña parecía tener una fuerte "pegajosidad", similar a la sensación de tirar de una cuerda a través del agua.
También midieron la presión de equilibrio y la tensión de la geometría única de la telaraña y descubrieron que las fuerzas estaban distribuidas por toda la superficie de la telaraña. Creen que los principios científicos detrás de este proceso de tejido de redes son instructivos y prácticos para construir estructuras similares a tiendas de campaña a partir de muchas cuerdas.
No hace mucho, bioquímicos de la Universidad de Liverpool en Reino Unido extrajeron el veneno de una araña venenosa que vive en las orillas del río Amazonas en América del Sur. Lo extraño de este veneno es que no mata a sus presas (insectos, pájaros y roedores), sino que simplemente hace que los animales envenenados duerman durante mucho tiempo, lo que les permite tener reservas de alimento vivo durante mucho tiempo.
Ahora, bioquímicos de la Universidad de Liverpool han sintetizado una sustancia hipnótica inofensiva basada en el veneno de esta venenosa araña sudamericana. Planean usar este ingrediente en los astronautas para permitirles dormir durante los largos e inquietos viajes interestelares en el futuro, extendiendo así su vida útil y completando misiones espaciales de ultra larga distancia que actualmente son imposibles de completar solo con vida humana.
Seda de araña y fibra química multifuncional
Hay seis hileras en el extremo posterior del abdomen de la araña, que están conectadas a tres pares de husos en la superficie del cuerpo. 1.000 poros en los husos. A medida que se teje la red, se expulsa moco compuesto principalmente de fibrina. Cuando encuentra aire se convierte en un hilo resistente. Luego, la araña usa el cuarto par de pelos de peinado en el exterior de todo el pie y las garras al final para enrollarlos, peinarlos, tirarlos y trenzarlos, y convertirlos en seda para construir su red. Se pueden formar 200 gramos de moco en un alambre cuya longitud puede rodear el ecuador terrestre; se combinan más de 1.000 filamentos en un alambre cuyo diámetro es sólo 1/10 de un cabello humano. La seda de araña es de gran utilidad para los humanos. Los antiguos griegos usaban seda de araña para envolver las heridas y detener el sangrado. Según los libros de medicina chinos, la seda de araña se utiliza para tratar llagas, hemorragias y llagas venenosas. La gente también usa la seda de araña para hacer guantes, sombreros, bolsos, calcetines, etc., fuertes pero suaves. , exquisito y duradero. La seda de araña es tan delgada como cinco milésimas de milímetro y los humanos la utilizan como seda de horquilla para ayudar a apuntar las lentes de instrumentos ópticos de precisión. Inspirándose en el proceso de formación de huso de las arañas, los científicos biomiméticos han creado hileras para fibras sintéticas modernas.
Según el análisis químico, la fina y resistente seda de araña está determinada por la proporción de composición de aminoácidos de la proteína. Basándose en la composición y proporción de esta seda, los artesanos británicos están utilizando tecnología de ingeniería genética para producir seda de araña, produciendo así artificialmente materiales de seda de araña ligeros y a prueba de balas con el mismo alto rendimiento que la seda de araña natural.
Los investigadores estadounidenses también están interesados en las fibras químicas más finas de la naturaleza. Estaban interesados en la maleabilidad y resistencia únicas de la seda de araña, la estructura y función de la seda, y el hecho de que una araña puede secretar seda para seis usos diferentes (seda para hacer telarañas, seda para colgar, seda para guardería, seda para bodas). , cable de alarma de comunicación, cable de carretera).