بیونیک

بیونیک، ترکیب علم زیست شناسی و الکترونیک است. علم بیونیک از دانش نحوه عملکرد سیستم های بیولوژیکی برای کمک به حل مشکلات مهندسی استفاده می کند. همینطور بیونیک شامل استفاده از وسایل الکترونیکی و قطعات مکانیکی برای کمک به انسان در انجام کارهای دشوار، خطرناک یا پیچیده، مانند تکمیل یا تکثیر قسمت‌های بدن می شود.

 این رشته به عنوان یک دانش میان‌رشته‌ای و یک روش‌شناسی حل خلاق مسئله، از شاخه‌ها یا گرایش‌های تخصصی خلاقیت نوآوری‌شناسی به‌شمار می‌رود. به عبارتی می‌توان گفت بیونیک هنر به‌کارگیری دانش سیستم‌های زنده در حل مسائل فنی است. 

واژه بیونیک برای اولین بار توسط جک ای. استیل در سال ۱۹۵۸ ابداع شد که احتمالا از واژه فنی بیون (bion) از یونان قدیم به معنی زندگی و پسوند ایک (-ic) به معنی مشابه تشکیل شده است. بدین ترتیب بیونیک را می‌توان مانند زندگی معنا کرد. برخی لغت‌نامه‌ها نیز این واژه را ترکیبی از بیو در واژه‌ی بیولوژی و نیک در واژه‌ی الکترونیک تعریف کرده‌اند.

بیونیک در لغت به معنای ( زیستار شناختی) یا  به کار گیری اندام های  ساختگی  طبیعت  است. در ابتدا بیونیک به بررسی ماشین هایی که براساس سیستم های زنده طراحی و ساخته شده بودند می پرداخت؛ به عبارتی می توان گفت بیونیک هنر به کارگیری دانش سیستم های زنده در حل مسائل فنی است. یکی از بهترین طرحهای شناخته شده از علم بیونیک اثر لئوناردو داوینچی نقاش معروف بود که ماشین پرنده را براساس ساختمان بدن خفاش طراحی کرد و استدلالش این بود که خفاش دارای بال کاملا پوشیده ای است که هوا را از خود عبور نمی دهد و بال خفاش را پوستی پرده مانند پوشانده است که آن را تقویت می کند.

طبق گفته طرفداران فناوری بیونیک، انتقال فناوری بین اشکال حیات و اشیاء ساخته شده مطلوب است زیرا فشار تکاملی معمولاً موجودات زنده – جانوران و گیاهان – را مجبور می‌کند تا بهینه و کارآمد شوند. به عنوان مثال، رنگ (پوشش) دافع خاک و آب از این مشاهده که عملاً هیچ چیز به سطح گیاه گل نیلوفر آبی نمی چسبد (اثر نیلوفر آبی) ایجاد شد.

مطالعه بیونیک اغلب بر اجرای یک عملکرد موجود در طبیعت به جای تقلید از ساختارهای بیولوژیکی تأکید دارد. به عنوان مثال، در علوم کامپیوتر، سایبرنتیک سعی می‌کند مکانیسم‌های بازخورد و کنترلی را که ذاتی رفتار هوشمند هستند مدل‌سازی کند، در حالی که هوش مصنوعی سعی می‌کند عملکرد هوشمند را بدون توجه به روش خاصی که می‌توان به آن دست یافت، مدل‌سازی کند.

سبک معماری بیونیک، سبکی است که در آن معماران از طبیعت الهام می‌گیرند و سازه های منحصر زیبایی در آن خلق می‌کنند. در طراحی و ساخت پروژه معماری بیونیک یا بیودیزاین، سعی بر آن است که هرچه بیشتر و بهتر از طبیعت الهام گرفته شود. این معماری در راستای حمایت و تحسین طبیعت پایه‌گذاری شده است و در طراحی‌های مربوط به آن از معماری‌های نوین در کنار مواد اولیه‌ای استفاده شده است که کمترین آسیب را به طبیعت برساند. 

نمونه هایی از بیونیک در مهندسی شامل بدنه قایق هایی است که از پوست ضخیم دلفین ها تقلید می کنند. سونار، رادار، و تصویربرداری اولتراسوند پزشکی با تقلید از اکولوکاسیون خفاش ها. در زمینه علوم کامپیوتر، مطالعه بیونیک نورون های مصنوعی، شبکه های عصبی مصنوعی و هوش ازدحامی را تولید کرده است. محاسبات تکاملی نیز با انگیزه ایده‌های بیونیک بود، اما با شبیه‌سازی تکامل در سیلیکو و تولید راه‌حل‌های بهینه‌سازی شده که هرگز در طبیعت ظاهر نشده بودند، این ایده را فراتر برد.

موجودات زنده را می توان از چند دیدگاه بررسی کرد. ماهیچه حیوان یک موتور مکانیکی کارآمد است. انرژی خورشیدی به شکل شیمیایی توسط گیاهان با بازده تقریبا 100 درصد ذخیره می شود. انتقال اطلاعات در سیستم عصبی پیچیده تر از بزرگترین مبادلات تلفنی است. حل مسئله توسط مغز انسان بسیار فراتر از ظرفیت قدرتمندترین ابررایانه هاست. این دو زمینه اصلی تحقیقات بیونیک – پردازش اطلاعات و تبدیل و ذخیره انرژی – را نشان می دهد.

سوال دیگری که برای بیونیک مورد توجه است این است که چگونه یک سیستم زنده از اطلاعات استفاده می کند. در شرایط در حال تغییر، انسان ها روش های عمل جایگزین را ارزیابی می کنند. هر موقعیتی به نوعی شبیه موقعیتی است که قبلا تجربه شده است. “تشخیص الگو”، یک عنصر مهم در کنش انسان، پیامدهایی برای بیونیک دارد. یکی از راه‌های طراحی یک ماشین مصنوعی با قابلیت تشخیص الگو، استفاده از فرآیندهای یادگیری است. نسخه های آزمایشی چنین ماشینی توسعه یافته است. آنها با ایجاد و اصلاح ارتباطات بین تعداد زیادی از مسیرهای جایگزین ممکن در شبکه ای از مسیرها یاد می گیرند. اما این یادگیری هنوز ابتدایی و دور از انسان است.

بیونیک در معماری، پزشکی، طراحی صنعتی و علم مواد و غیره کاربرد دارد. در پزشکی، بیونیک به معنای جایگزینی یا تقویت اندام ها یا سایر قسمت های بدن با استفاده از نسخه های مکانیکی است. آنها با اندام بیونیک، چشم بیونیک و کاشت حلزون تشکیل خواهند شد. چنین پیشرفت‌هایی این اندام مصنوعی را کاربردی‌تر و شهودی‌تر کرده است، اما حتی پیشرفته‌ترین پروتزها هنوز نمی‌توانند عملکرد کامل اندام‌های طبیعی را تکرار کنند.

اگر دقیق‌تر به اطراف خود بنگریم، رگه‌های بسیار بیشتری از طبیعت را در معماری ساختمان‌ها، خودروها، ابزار آلات و حتی روش‌های استفاده و نگهداری از داشته‌‌های خود، از ایده گرفتن از لانه‌ی مورچه‌ها در خنک سازی نیروگاه‌ها گرفته تا بسته‌بندی‌هایی شبیه پوست موز می‌توانیم ببینیم.

از کندو سازی زنبورهای عسل گرفته تا پرواز دست جمعی مرغ های مهاجر و حتی شکل و عملکرد تصویر برداری یک ماهی مرکب، مکش پاهای یک هشت پا، همه و همه دارای نشانه ها و ویژگی هایی هستند که می توانند به ما در الهام از این ساختار طبیعی و اصلاح محصولاتمان کمک کنند. با توجه به بی نهایت بودن طبیعت و هستی، آینده رشد و پیشرفت دانش بیونیک بی شمار بوده و انتهایی برای آن متصور نیست.