60 anni fa, il mondo scientifico proclamò la nascita di una nuova scienza – la bionica, che iniziò a studiare le caratteristiche della struttura e del funzionamento degli organismi viventi per lo sviluppo di nuove dispositivi tecnici.
Nel corso di milioni di anni di evoluzione, la Natura ha creato un gran numero di sorprendenti sistemi di perfezione: i sensi, il cervello, il sistema digestivo, la circolazione del sangue ed altri,che hanno superato milioni di anni di test pratici. Nel corso della storia dello sviluppo umano fino ad oggi, la fauna selvatica è stata per gli esseri umani il primo insegnante e fonte di imitazione. Nei tempi antichi, le persone cercavano di imitare gli animali maggiormente forti ed astuti, prendendo ad esempio i loro metodi di caccia e metodi di protezione contro i predatori.
Durante i tempi del paganesimo nella costruzione di colonne e templi, l`umanità copiò le forme digli steli dei fiori, tronchi e chiome degli alberi , prendendo in prestito la forma di un uovo e un teschio creando una cupola e una volta. Nel Rinascimento (15-16 secoli) L.Albert e L.da Vinci nello studio di meccanismi di sollevamento, ingranaggi, macchine militari e minerarie presero ad esempio i movimenti delle creature viventi e i loro metodi di spostamento. Lo studio della struttura dell’occhio ha permesso di creare una lente. L.Galvani e A.Volta, studiando le bio-correnti nei corpi viventi, scoprirono l`elettricità e le fonti di energia elettrica per l’umanità, questo fu l’inizio dello sviluppo dell’ingegneria elettrica. Lo studio delle articolazioni e degli scheletri di animali e umani (biomeccanica) ha reso possibile creare molti meccanismi automatici intelligenti: uccelli che cantano e sbattono le ali, che animali camminano, e piccoli uomini che ballano. Tuttavia, copiare solo la somiglianza esteriore degli esseri viventi non sempre ha portato al successo.Ad esempio, gli inventori hanno fornito le prime locomotive con “gambe”, che alternativamente si alzavano come quelle di un cavallo. Tali fallimenti in una certa misura hanno reso inutile la fauna selvatica come fonte di imitazione.
Tuttavia, nel 19 ° secolo, gli inventori hanno continuato a trarre nuove invenzioni dagli animali selvatici. J.Puazeil, esplorando il flusso sanguigno nei vasi, ha scoperto le leggi fondamentali dell’idraulica, J. Meyer, studiando i processi energetici negli organismi viventi, stabilendo la legge di conservazione e trasformazione dell’energia. P. Chebyshev, che ha studiato la biomeccanica degli animali, ha costruito una macchina per camminare. N. Zhukovsky, studiando il volo degli uccelli, gettò le basi del volo degli aerei. N. Umov, confrontando la struttura degli organismi animali e umani, ha sviluppato i principi per la costruzione di sistemi organizzati, paragonandoli a dispositivi meccanici. Nel 20 ° secolo, N. Wiener riunì un gruppo di scienziati – fisici, matematici e medici, che identificarono schemi comuni nei processi che avvengono negli organismi viventi e nei sistemi di controllo delle macchine. La generalizzazione delle conoscenze acquisite ha portato all’emergere nel 1936 della cibernetica – una nuova scienza sulla gestione di sistemi dinamici complessi.Dopo la seconda guerra mondiale , la costruzione di strumenti, e la tecnologia informatica con strumenti automatici iniziarono a svilupparsi. Gli ingegneri hanno creato molti nuovi strumenti e sistemi di misurazione.
Tutte queste invenzioni sono state create, senza chiedere aiuto alla fauna selvatica. Tuttavia, si è scoperto che in natura tutti questi dispositivi sono per molto tempo più efficaci, più compatti, più affidabili e perfetti. Ad esempio, il sistema inerziale – “l’apparato vestibolare” di un aereo per volume occupa un’intera valigia, e per un essere umano – solo 1 cm cubico. In questa fase dello sviluppo della tecnologia, si comprende che la creatività umana e la creatività della natura hanno molto in comune. I neuroni del cervello sono identici ai moduli logici nei computer digitali.Lo sviluppo del velivolo ripete l’evoluzione degli insetti. L’evoluzione delle apparecchiature di navigazione aerea corrisponde alle fasi di sviluppo dei sensi degli animali volanti.Di conseguenza, la bionica si è spostata nel prendere in prestito alcune idee – copiando il dispositivo dell’occhio della rana o dei muscoli dello scarafaggio, per lo sviluppo di metodi speciali per lo studio degli organismi viventi, consentendo agli ingegneri di studiare e apprendere i “segreti” della fauna selvatica.
La dialettica della conoscenza. Paradossalmente, gli ingegneri che creano le macchine sono costretti a studiare le proprietà del corpo umano, che parrebbe essere incoerente con la loro professione. Creando nuovi tipi di tecnologia, si conquistano nuovi spazi, costringendo le persone ad approfondire le proprie conoscenze sulle proprietà umane in ogni nuova fase del progresso tecnologico. Ciò porta alla necessità della congiunzione tra scienze tecniche e biomediche di nuovi campi scientifici. Tutte le innovazioni che una persona crea porta non solo i benefici ma anche i danni, in ogni fase del progresso compaiono diverse nuove direzioni di ricerca: alcuni studiano le proprietà umane necessaria per creare una nuova tecnica, altri forniscono protezione a una persona dall’impatto negativo di questa novità La prima fase del progresso tecnico di questo tipo compare nel XIX secolo con la produzione di macchine su larga scala, che richiedeva un’organizzazione razionale dell’interazione umana con le linee di trasporto. Per la prima volta, iniziò uno studio mirato alle risposte umane su specifici segnali. Per creare linee tecnologiche hanno cominciato a coinvolgere medici – fisiologi, psicologi e antropologi (ricorda il film “Nuovi tempi” con Charlie Chaplin).
Di conseguenza, all’inizio del XX secolo, tali aree scientifiche apparivano come: psicologia ingegneristica e sicurezza del lavoro . ll passo successivo fu lo sviluppo dell’aviazione ad alta velocità (cinquantesimo anno del secolo scorso), che richiedeva un nuovo approccio per la creazione di sistemi di pilotaggio: l’uomo divenne parte del circuito di controllo dell’aeromobile, e le apparecchiature di bordo dovevano tenere conto delle limitate capacità umane In questa fase, fu’ necessario studiare le proprietà degli organi della vista, dell’apparato vestibolare e muscolare e del sistema nervoso umano, nonché la sua capacità di rilevare e riconoscere gli oggetti in condizioni di volo. Ciò ha portato alla nascita della medicina aeronautica, della cibernetica medica e dell’ ergonomia . La scoperta dell’era della cosmonautica fu una nuova fase del progresso tecnico (60-70 anni del secolo scorso), che pose molti problemi ,acuti, associati alla vita umana in un’astronave. Una differenza significativa nelle condizioni di volo spaziale dalle condizioni terrestre ha rivelato nuove proprietà degli organi interni del corpo: la loro capacità di adattarsi, apprendere e migliorare se stessi. Hanno dovuto cercare diversi modi per proteggere le persone dai fattori negativi del volo spaziale, come radiazioni, assenza di gravità, sovraccarico, ipodynamia, spazio limitato.
Per studiare le specifiche della sopravvivenza umana nello spazio, è stata necessaria la creazione di biologia spaziale e medicina spaziale. La fase successiva del progresso tecnico è stato lo sviluppo della microelettronica e della tecnologia informatica (gli anni ’80 del secolo scorso), che ha portato all’emergere di strumenti di misurazione digitali e di elaborazione delle informazioni. La densità degli elementi in traccia, funzionalità e consumo energetico, i computer si sono avvicinati alla controparte biologica: il cervello umano, e in velocità e capacità di memoria – ha superato in modo significativo le capacità umane. C’è stata l’opportunità di creare macchine “intelligenti” in grado di risolvere problemi intellettuali, che hanno portato a un nuovo ciclo nello studio dell’uomo – la sua logica attività. Iniziarono studi di ingegneria intensiva sul sistema nervoso, sul cervello, sui neuroni e sulle reti neuronali.Tutte le direzioni bioniche esistenti hanno cambiato l’oggetto della ricerca: al posto di un trasportatore, un aeroplano o una nave spaziale, è apparso un computer. E ancora, sono emersi diversi nuovi campi scientifici: bio-cibernetica, neurobionica, neuroinformatica, bioinformatica e computer bionica .Negli anni ’90 è iniziata una nuova fase nello sviluppo della tecnologia informatica: la transizione verso l’informazione a banda larga e il riconoscimento di immagini informative capillari.
Per creare l’intelligenza artificiale, gli ingegneri hanno iniziato a studiare le proprietà intellettuali di una persona con un’attenzione ancora maggiore, in particolare le funzioni di riconoscimento di schemi e memoria associativa. Tuttavia, l’emergere delle prime macchine intelligenti, ha mostrato come le tecnologie umane siano tutt’altro che perfette. I robot moderni sono rigidamente programmati e autonomamente possono agire solo in uno spazio limitato. Ciò è dovuto al fatto che nella memoria dei robot si conserva informazione a priori – dati necessarie per eseguire operazioni specifiche. Alla fine di sviluppare autonomamente obiettivi e limiti, impostare compiti e risolverli, è necessario avere un sistema di conoscenza. Ogni creatura vivente, dalla più semplice all’uomo, comprese le piante, ha un proprio sistema di conoscenza, che è formato sulla base di informazioni genetiche accumulate nel tempo. La presenza di un sistema di conoscenza consente a un essere vivente di evidenziare se stessi e gli altri esseri viventi dall’hambitat, percepire i cambiamenti intorno e reagire a questi cambiamenti in accordo con le proprie esigenze. È grazie al sistema di memoria che gli esseri viventi, diversamente dai robot moderni, sono in grado di apprendere, adattarsi, migliorare le loro reazioni, prendere decisioni e agire autonomamente in varie condizioni.
Come è organizzato il sistema di memoria degli esseri viventi è un segreto circondato in un mistero. Per risolvere questo enigma si svolgono intense ricerche bioniche. Inoltre, il focus di questi studi è cambiato in modo significativo: hanno iniziato a studiare non solo la mente umana, ma anche il comportamento mirato di altri esseri viventi che si trovano a diversi livelli di sviluppo evolutivo Inoltre, questi studi condotti in tre direzioni. Il primo “dall’interno”: studia la struttura del sistema nervoso degli organismi e la funzione dei suoi singoli nuclei e neuroni. La seconda direzione opera “dall’esterno” – studia l’attività mentale di una persona, cosi come il comportamento intenzionale degli animali.
La terza direzione riguarda il “complesso ” – studia la programmazione del comportamento nelle comunità (bio-programmazione). Attualmente, si studiano le comunità semplici. Gli Istituti di ricerca di tutto il mondo stanno studiando questi “semplici”. Ad esempio, negli Stati Uniti e in Cina viene investigato il “comportamento” delle molecole di DNA bio-algoritmico), in Gran Bretagna – sulle modalità di organizzazione e scambio informativo nelle colonie di batteri (programmazione di strutture auto-organizzanti), in Olanda – i meccanismi genetici di adattamento dei più semplici organismi unicellulari (programmazione infusoriale), in Belgio e in Giappone – le strategie di comportamento delle comunità di formiche (programmazione del routing intellettuale). I risultati di questi studi sono utilizzati nella tecnica di programmazione, nei sistemi di comunicazione delle reti di computer wireless e nella ricerca di soluzioni ottimali. Grazie ad intensi studi bionici, la tecnologia informatica è entrata in una nuova fase di sviluppo. Sono comparse grafiche a colori e tridimensionali, sistemi interattivi di comunicazione uomo-computer, strumenti video e audio-computer: caschi e guanti tattili che consentono di creare un effetto “realtà virtuale” in tempo reale.Anche il computer bionico è passata ad una nuova fase di sviluppo: dai chip agli impianti computerizzati, che,impiantati nel corpo di una persona o di un animale, sono in comunicazione con strutture informatiche esterne. Lo studio del comportamento intenzionale di vari tipi di esseri viventi ha dimostrato che ogni livello di organizzazione – dalle viventi semplici all’ecosistema terrestre – risolve i compiti intellettuali di un controllo mirato con l’obiettivo del supporto vitale e della sopravvivenza in condizioni ambientali instabili.
Per risolvere questi problemi, ogni livello di materia vivente (bioma, popolazione,organismo, organo separato, cellula vivente) ha un proprio sistema di conoscenza, sensori, blocchi di memoria, canali di comunicazione, centri e programmi di controllo, nonché mezzi per attuare le decisioni.Questa scoperta ha portato all’emergere nei primi anni 2000 di una nuova importante area di ricerca bionica, la nano bionica, che penetra in profondità in materia vivente per creare intelligenza artificiale. La nano bionica ha iniziato` a studiare i processi di gestione mirata che si svolgono all’interno delle cellule viventi. Lo scopo di questi studi è la creazione di robot molecolari intelligenti (nanobot) in grado di operare con atomi e molecole di sostanze viventi e non viventi. Con le direttive unane, i nanobot costruiranno materiali con determinate caratteristiche (materiali molecolari), ricostruiranno molecole di DNA e risolsero i loro stessi problemi (ingegneria genetica), assemblarono i computer, tutti gli elementi funzionali (processori, blocchi di memoria, dispositivi di controllo, sistema input-output, ecc.) sono costituiti da molecole ed enzimi (computer bio molecolari). Penetrando nel corpo, tali robot saranno in grado di monitorare le condizioni di salute, eseguire operazioni microchirurgiche, pulire vasi e organi, uccidere batteri nocivi, funghi e parassiti(medicina molecolare). Va notato che le direzioni bioniche sopra menzionate si stanno attivamente sviluppando in Russia.
Conclusione. Anche un elenco semplice e incompleto delle posizioni bioniche, emerse negli ultimi decenni, dimostra che la bionica ha coperto una vasta area di conoscenza scientifica. I suoi risultati sono utilizzati in quasi tutte le aree dell’ingegneria umana. Tutte le aree bioniche di ricerca sono nate spontaneamente a causa della necessità di risolvere i problemi nati durante la creazione e il funzionamento di nuove tecnologie. Ogni aria ha una sua stretta specializzazione, studia una certa funzione di un organo in un particolare tipo di essere vivente, quindi, non può percepire le leggi generali dell’esistenza della materia vivente. Risulta come nella vecchia parabola, quando i sette ciechi volevano sapere che razza di animale fosse questo – un elefante. Uno di loro sentì il suo piede, il secondo – la coda, il terzo – il tronco, il quarto – l’orecchio, il quinto – il ventre, ecc., Così ognuno sviluppò la propria comprensione di come fosse un elefante. Inoltre, molte delle scienze coinvolte nella conoscenza delle leggi dell’Universo, rifiutano la fauna selvatica come oggetto di studio.
Ad esempio, la scienza della fisica considera solo oggetti di natura inanimata. Tuttavia, gli esseri viventi sono anche soggetti alle leggi della fisica, e tutti gli effetti fisici noti alla scienza – risonanza, laser, olografica, fibra ottica e altri – sono presenti con successo negli organismi viventi. Un altro esempio, la metrologia, la scienza delle misurazioni, considera che solo i dispositivi tecnici possono misurare, orfani dei sensi non sono in grado di ottenere informazioni quantitative sulle entità fisiche. Tuttavia, senza misure di forze, distanze, velocità, accelerazioni e altre grandezze fisiche, gli esseri viventi non potrebbero esistere e, inoltre, controllano in modo mirato il loro comportamento.È impossibile mantenere una temperatura corporea di 36,6 ° C, se non viene misurata. Per fare il salto,è necessario misurare la distanza dall’obiettivo. Ovviamente, è tempo di riunire i risultati ottenuti con le diverse direzioni bioniche,riunire e sistematizzarli. Questo ti permetterà di conoscere le leggi dell’esistenza della vita. Lo scopo principale della bionica, come scienza, dovrebbe essere l’identificazione della conoscenza sistemica sull’organizzazione della vita sulla Terra, le leggi della sua esistenza e sopravvivenza, e specialmente dell’uomo, come un essere intellettualmente dominante, responsabile della conservazione della vita sulla Terra.
La conoscenza rivelata dalla bionica dovrebbe essere utilizzata non solo nella creazione di un ambiente artificiale, ma anche per fornire condizioni favorevoli per la vita e il lavoro umano, nonché per preservare la flora e la fauna della Terra. Studiando, come la Natura risolve i problemi della sopravvivenza e della coesistenza armoniosa di varie specie di esseri viventi, si può risolvere più di un problema dell’umanità. Ad esempio, lo smaltimento dei rifiuti. Nulla di ciò che vive può esistere nei suoi stessi rifiuti. La natura ha fornito “produzione” senza sprechi: tutti i rifiuti di tutte le creature sono cibo per gli altri. Ci vorrà del tempo e, avendo imparato dalla Natura, è possibile che le persone creino confezioni e contenitori alimentari che i nostri animali domestici o piante da casa assorbiranno con piacere e gusto. A differenza degli umani, la natura, creando materia vivente, agisce in modo sistemico, efficace ed efficiente. Coloro che hanno percepito volutamente dalla natura nelle loro opere hanno creato capolavori. Ad esempio, le case e i templi del grande Gaudi, che ha posto le basi della bionica architettonica o la famosa Torre Eiffel, copiando la struttura della tibia. La natura ha sempre molto da insegnare! Nonostante tutti i risultati del pensiero creativo dell`essere umano, è stata, e presente, e sarà l’insegnante principale per una persona creativa. Natalia Selesneva.