Вступ

Біоніка – це новий напрямок досліджень, який виник в середині ХХ століття і викликаний ходом розвитку науки, техніки, виробництва. Задачі нової науки пов`язані з відтворенням в штучних умовах особливо технічних системах окремих властивостей і закономірностей самої складної в природі – біологічної форми руху матерії. Виходячи з цього, для біонічних досліджень і розробок необхідні спеціалісти широкого профілю, які знайомі з принципами будови, функціонування і розвитку живих організмів, які мають інженерні навички, і можуть втілити всі свої званння в науковії творчості при створенні нової техніки і технологій, в питаннях сучасного виробництва.

Біоніка в наш час одержала значне поширення. За останні роки біоніка стала окремим предметом в циклі дисциплін для біологічних факультетів. Значний інтерес до біоніки зумовлений значною практичною спрямованістю цієї науки, яка вивчає принципи будови і функціонування біологічних систем перш за все з метою створення нових машин, пристроїв, механізмів, будівельних конструкцій і технологічних процесів, характеристики для яких дули б настільки досконалі і високоефективні, як і для живих систем.

1. Нейробіоніка

У мозку, поряд з послідовним виконанням окремих етапів рішення, відбувається рівнобіжна обробка інформації. При цьому кожний з мільйонів нейронів є автономним обчислювальним пристроєм, і усі вони можуть працювати одночасно. Якщо нейрони зв'язані між собою в складну багаторівневу мережу, як це має місце в живих організмах, процес вироблення кінцевого стану мережі у відповідь на вхідний сигнал відбувається одночасно у всіх елементах мережі і тому завершується швидко незважаючи на те, що швидкість поширення сигналу (визначальна швидкодію) у мозку виміряється сантиметрами в секунду, а в електронній обчислювальній машині наближається до швидкості світла.

Похожий материал - Реферат: Методы генной инженерии

Створення електронних машин з паралельно-послідовною обробкою інформації дозволить істотно поліпшити швидкість рішення задач, пов'язаних з керуванням складними системами і з розпізнаванням. У машинах з паралельно-послідовною обробкою інформації кожний елемент машини повинен бути обчислювальним пристроєм. Для розробки таких машин доцільно звернутися до принципів роботи їхнього біологічного прототипу — мозку.

Фізіологічне дослідження нейронних мереж основано на встановленні природи зв'язків між нейронами Для цього використовуються різноманітні методики.

Важливі дані дають морфологічні методи. Анатомічні і мікроскопічні дослідження дозволяють установити загальну картину зв'язків відділів мозку і зв'язків окремих нейронів. Електронно-мікроскопічне і гістохімічне вивчення синаптичних зон дає можливість судити про напрямок проведення збудження і про природу медіаторів.

Дослідження роботи нейронів у процесі обробки сигналу на різних рівнях нервової системи дозволяє створювати моделі можливих нервових зв'язків у мережах. Важливу інформацію про зв'язки нейронів дає внутрішньоклітинна реєстрація постсинаптичних потенціалів, що виникають у відповідь на подразнення певних нейронів і провідних шляхів. Вона доповнює інформацію про зв'язки нейронів, отриману при статистичній обробці записів імпульсної активності декількох одночасно працюючих нейронів.

Фізіологічні і морфологічні дані свідчать про надзвичайну множинність прямих і непрямих зв'язків нейронів у центральній нервовій системі. Досліджувана фізіологом нейронна мережа представляє в дійсності тільки штучно ізольовану функціональну частину величезного цілісного апарата центральної нервової системи. Треба відзначити, що одночасна реєстрація електричних процесів у багатьох нейронах сполучена із серйозними технічними труднощями. Установлення картини роботи сотень або тисяч нейронів у реальних нейронних мережах мозку технічно навряд чи можна здійснити. Для вироблення гіпотез про роботу складних нервових мереж важливого значення набуває метод моделювання.

Очень интересно - Реферат: Методы дозиметрии

Вивчення адаптивних властивостей біологічних об'єктів сприяло створенню теорії систем. Здатністю до навчання повинні володіти пристрою розпізнавання образів, пристрою визначення характеристик невідомих процесів, об'єктів і середовищ, пристрої керування цими процесами й об'єктами, а також цілий ряд інших систем. Вивчення нейронних мереж біологічних систем, які володіють цим комплексом властивостей і особливостей, безсумнівно істотно просунуло б вирішення проблеми адаптивності технічних пристроїв і систем, здатних накопичувати інформацію про нові властивості середовища і тим самим поліпшувати свої характеристики.

У біологічних нейронних структурах важливими, з технічної точки зору, є принципи кодування інформації про зовнішнє середовище. Істотним принципом кодування сенсорної інформації є принцип новизни повідомлення, що полягає в тому, що сенсорні канали пропускають тільки нову інформацію (зміна положення тіла, зміна температури або тиску на шкіру, появу нового предмета в полі зору, зміна характеристик звукового подразника і т.д.). Кодування тільки змінюючоїся інформації, а також добре відомі реакції нейронів типу «оn» — «off» і їх комбінації свідчать про зв'язок принципів кодування з похідними сенсорних сигналів.

При кодуванні інформації в сенсорних каналах можлива перебудовачутливості до різного типу подразників. Це означає, що максимальна чутливість каналу забезпечується тільки до тих подразників, що у даний момент є життєво важливими для тварини. Таке кодування зменшує надмірність інформації про зовнішнє середовище, збільшуючи тим самим пропускну здатність сенсорних каналів для важливих повідомлень.

Ще одним важливим принципом кодування інформації є вироблення ознак, тобто обчислення за перевагою логічних функцій від вхідних величин: показань різних рецепторів або інтернейронів. Ці ознаки можуть виділятися окремими нейронами.

У нейронній мережі спостерігається фонова і викликана активність. Під фоновою активністю прийнято розуміти таку імпульсацію нейронів мережі, що має місце під час відсутності подразників. Викликанаактивність прямо зв'язана з подразненням. Фонова активність часто носить випадковий характер, хоча можливі і реверберуючі фонові розряди. Важливе функціональне значення фонової активності полягає в стабілізації порогів нейронів у мережі на необхідному рівні.

Вам будет интересно - Реферат: Методы и условия культивирования изолированных клеток и тканей растений

Розглянуті особливості біологічних нейронних мереж важливі для моделювання процесів обробки інформації в технічних системах керування, діагностики і розпізнавання образів. Сучасні системи керування складними об'єктами і процесами повинні бути тими, які навчають, і, що пристосовуються до різних умов роботи. Саме такими і є біологічні керуючі системи. Моделювання біологічних нейронних мереж викликано прагненням одержати в технічних системах швидку дію, ефективність і високу надійність функціонування. У цьому і полягає одна з найважливіших задач сучасної нейробіоніки.

2. Біоархітектура

Біоархітектура - напрям наукової і проектно-конструкторськоі діяльності, що полягає у вивченні й практичному використанні законів, закономірностей і принципів природи для створення нових прийомів архітектурної організації простору в містобудуванні й окремих спорудах, нових конструкцій і матеріалів. Біоархітектура сприяє кращій функціональній організації об'єктів, підвищенню несучої здатності конструкцій, зниженню ваги будівель тощо. У світовій практиці ця новинка вже давно застосовується, досить назвати такі країни, як Мексика, Франція, Австралія, Італія та багато інших.

Наша Україна теж поступово «зодягається» в дивовижне «вбрання» архітектурної біоніки. Це насамперед стосується столиці. Кияни вже звикли до того, що нові станції метрополітену нагадують живе суцвіття величезних квітів, до них нещодавно приєдналася і Севастопольська площа, що вражає просторим, наче живим куполом.

Тільки погляньте на цю вигнуту пелюстку тюльпана. Саме завдяки цій вигнутості, він витримує удари крапель дощу та сідаючих на нього бджіл. А чи приходилось вам зазирати в глибини моря, де живуть морські зірки чи краби, молюски, морські їжаки? Звідки вони беруть сили витримувати такий тиск води?

Жива природа - майстерний будівельник, славетний архітектор. Не дивлячись на те, що людина багато чого досягла в архітектурі, вона може надати урок мистецтва у будівництві. І не дивно!

Похожий материал - Реферат: Методы изучения клетки

Ось уже 500 мільйонів років павук плете павутиння - легку конструкцію із тонких і міцних ниток, а працелюбні бджоли збирають мед і споруджують свої домівки 50 мільйонів років. Людина же існує всього біля 2-3 мільйонів років, а її архітектурна і містобудівна діяльність почалася зовсім недавно: 6 - 7 тисяч років тому.

За три мільярди років у живій природі виникли досконалі конструкції. Дослідженням будівних досягнень живої природи і використанням їх в архітектурі став займатися новий науковий напрямок. Він отримав назву архітектурної біоніки. Біоніка у перекладі з англійської мови означає «елемент життя».

Звернітесь до живої природи. Ви рідко коли зустрінете плескаті форми. Вигнуте листя і стовбури дерев, пелюстки квітів, черепашки молюсків, стебла рослин. Таким чином, природа створює форми без зайвих витрат будівельного матеріалу. У якому напрямку в архітектурі може бути використаний цей досвід?

Зараз у світі багато будується великих за розміром споруд: криті спортивні комплекси, цирки, театри, виставкові павільйони, ангари для літаків, їм протипоказані колони, що підтримують дах Наприклад, у Парижі побудований грандіозний виставковий павільйон, покрівля якого, нагадує пелюстку квітки, перекриває простір без підпори в 216 метрів.

Реферат: Методологічні та біологічні проблеми біоніки

Вступ

1. Нейробіоніка

2. Біоархітектура