바이오닉스

Bionics
다른 용도는 생체 공학(동음이의)을 참조하십시오.
바퀴벌레(위)와 도마뱀붙이(가운데)를 본뜬 로봇 동작(아래)입니다.

바이오닉스 또는 생물학적으로 영감을 받은 공학은 자연에서 발견된 생물학적 방법과 시스템을 공학 시스템과 현대 [1]기술의 연구와 설계에 적용하는 것입니다.

바이오닉이라는 단어는 잭 E가 만든 거야 1958년 8월의 스틸은 1970년대 미국 TV 시리즈 "The Six Million Dollar Man"과 "The Bionic Woman"에 의해 대중화된 생물과 전자제품의[2] 합성어로, 둘 다 마틴 카이딘의 소설 "Cybog"에 바탕을 두고 있다.이 세 이야기 모두 전기 기계식 이식물에 의해 인간이 다양한 초인적인 힘을 부여받는 것을 다루고 있다.

바이오닉 기술의 지지자들에 따르면, 진화 압력은 전형적으로 살아있는 유기체(동식물)가 최적화되고 효율적으로 되도록 강요하기 때문에 생물 형태와 제조 물체 사이의 기술 이전이 바람직하다.예를 들어, 연꽃의 표면에 달라붙는 것이 거의 없다는 관찰(연꽃 효과)[3]을 통해 발수성 페인트(코팅)가 발전했다.

"생물모티브"라는 용어는 화학이 훨씬 더 작은 분자를 사용하여 체외에서 복제할 수 있는 생물학적 고분자(예: 효소 또는 핵산)를 포함하는 반응과 같은 [citation needed]화학 반응에 대한 언급으로 선호된다.

공학에서 바이오닉의 예로는 돌고래의 두꺼운 피부를 모방한 보트의 선체, 동물의 반향 위치를 모방한 음파탐지기, 레이더, 의료용 초음파 영상 등이 있습니다.

컴퓨터 과학 분야에서, 바이오닉 연구는 인공 뉴런, 인공 신경망,[4] 그리고 군집 지능을 만들어냈다.바이오닉스는 또한 진화 계산의 발전에도 동기부여를 했지만, 실리코에서 진화를 시뮬레이션하고 자연에 나타난 적이 없는 최적화된 솔루션을 만들어냄으로써 아이디어를 더욱 발전시켰습니다.

2006년 한 연구 기사는 "현재 사용되는 메커니즘의 측면에서 생물학과 기술 사이의 중복은 12%에 불과하다"고 추정했다.[5][clarification needed]

역사

"생물측정학"이라는 이름은 1950년대에 오토 슈미트에 의해 만들어졌습니다."바이오닉스"라는 용어는 잭 E에 의해 만들어졌다. 1958년 8월 오하이오주 [6]데이튼에 있는 라이트 패터슨 공군 기지의 항공 사단 하우스에서 근무하던 중 스틸.하지만, 의학 용어 "바이오닉스" 사이의 혼동을 피하기 위해 생체모방이나 생체모방학과 같은 용어들이 선호된다.공교롭게도 마틴 카이딘은 그의 1972년 소설 '사이보그'에 이 단어를 사용했는데, 이는 6백만 달러의 사나이 시리즈에 영감을 주었다. 카이딘은 오랜 기간 항공 산업 작가였으며, 이후 전업 소설로 전향했다.

방법들

벨크로는 버의 표면에 있는 작은 갈고리에서 영감을 얻었다.

생체 공학 연구는 종종 생물학적 구조를 모방하기 보다는 자연에서 발견되는 기능을 실행하는 것을 강조한다.예를 들어, 컴퓨터 과학에서, 사이버네틱스는 지능적인 행동에 내재된 피드백과 제어 메커니즘을 모형화하려고 하는 반면, 인공지능은 성취될 수 있는 특정한 방법에 상관없이 지능적인 기능을 모형화하려고 한다.

자연 유기체와 생태학에서 예시와 메커니즘을 의식적으로 베끼는 것은 응용 사례 기반 추론의 한 형태이며, 자연 자체를 이미 효과가 있는 솔루션의 데이터베이스로 간주합니다.찬성론자들은 모든 자연 생명체에 가해지는 선택적 압력이 실패를 최소화하고 제거한다고 주장한다.

비록 거의 모든 공학이 생체모방의 한 형태라고 말할 수 있지만, 이 분야의 현대적 기원은 보통 벅민스터 풀러와 나중에 재닌 베니우스의 집이나 연구 분야로서의 성문화에 기인한다.

동식물에는 일반적으로 세 가지 생물학적 레벨이 있으며, 그 이후에 기술을 모델링할 수 있습니다.

예

  • 로봇 공학에서, 바이오닉과 생체모방은 동물들이 움직이는 방식을 로봇의 디자인에 적용하기 위해 사용된다.바이오닉 캥거루는 캥거루의 움직임과 생리를 바탕으로 만들어졌다.
  • 벨크로가 생체모방의 가장 유명한 예이다.1948년, 스위스 엔지니어 조지 드 메스트랄은 산책 중에 주운 그의 개의 버를 청소하고 있었는데 버의 갈고리가 털에 어떻게 달라붙는지를 깨달았다.
  • 19세기 초에 나무를 자르는 데 사용된 나무꾼용 뿔 모양의 톱니 디자인은 나무를 베는 딱정벌레를 본떠 만든 것입니다.칼날은 훨씬 더 효율적이였고, 따라서 목재 산업에 혁명을 일으켰습니다.
  • 고양이 눈의 반사경은 1935년 퍼시 쇼에 의해 고양이 눈의 메커니즘을 연구한 후 발명되었다.그는 고양이들이 아주 작은 빛을 반사할 수 있는 태피텀 루시덤이라고 알려진 세포들을 반사하는 시스템을 가지고 있다는 것을 알아냈다.
  • 레오나르도 다빈치의 비행 기계와 배는 공학에서 자연으로부터 끌어낸 초기 사례들이다.
  • 리솔린은 절지동물에서도 볼 수 있는 소재를 연구하여 만든 고무 대체제입니다.
  • 줄리안 빈센트는 2004년 온도 변화에 적응하는 "스마트"한 옷을 개발하면서 파인콘에 대한 연구를 인용했다."저는 모양을 바꾸면서 습기의 변화에 반응하는 무생물 시스템을 원했습니다,"라고 그는 말했다."플랜트에는 이러한 시스템이 몇 가지 있지만 대부분은 매우 작습니다. 파인콘이 가장 크고, 따라서 작업하기 가장 쉽습니다.솔방울은 비늘을 열어 높은 습도에 반응한다."똑똑한" 천은 같은 일을 하는데, 착용자가 따뜻할 때 열리고 땀을 흘릴 때 열리고 추울 때 꽉 닫힙니다.
  • 비행 속도와 지속 시간에 따라 모양이 변하는 '모핑 항공기 날개'는 2004년 펜 주립대 생체모방과학자들에 의해 고안됐다.모핑 날개는 날아다니는 속도에 따라 다른 모양의 날개를 가진 여러 종류의 새들로부터 영감을 받았다.항공기 날개의 모양과 기본 구조를 바꾸기 위해, 연구원들은 그들의 디자인이 서로 미끄러질 수 있는 물고기에서 영감을 받은 비늘로 날개를 덮음으로써, 위에 있는 피부도 바꿀 수 있도록 해야 했다.어떤 면에서는 이것은 스윙윙 디자인을 개량한 것이다.
연잎 표면, 렌더링: 현미경 보기
  • 일부 페인트와 기와들은 넬럼보 [7]연꽃의 메커니즘을 모방하여 자동 청소가 가능하도록 설계되어 있습니다.
  • 콜레스트릭 액정(CLC)은 어항 온도계나 무드링을 제작하는 데 자주 사용되는 박막 재료이며 온도 변화에 따라 색이 변합니다.분자가 나선 또는 키랄 배열로 배열되어 있고 온도에 따라 나선 구조의 피치가 변화하여 빛의 다른 파장을 반사하기 때문입니다.Chiral Photonics, Inc.는 유기 CLC의 자체 조립 구조를 추상화하여 아주 작은 길이의 무기 연선 유리 섬유를 사용하여 유사한 광학 장치를 생산했습니다.
  • 나비 날개의 빛나는 색을 내는 나노구조와 물리적 메커니즘은 당선자가 아닌 광자를 정보담체로 사용하는 광자학 분야의 그렉 파커 사우스햄튼대 전자컴퓨터학과 교수에 의해 실리콘코에서 재현됐다.룬
  • 파란색 모르포 나비의 날개 구조를 연구하여 빛을 반사하는 방식을 모방하여 물과 [8]금속을 통해 읽을 수 있는 RFID 태그를 만들었습니다.
  • 나비의 날개 구조는 또한 폭발물을 [9]감지하는 새로운 나노센서의 창조에 영감을 주었다.
  • 실리콘 망막 또는 달팽이관은 실제 신경망을 본뜬 배선을 가지고 있다.S.a.: 연결.
  • 테크노 생태계 또는 '에코사이보그' 시스템은 생태학적 기능을 모방하는 기술적 과정과 자연 생태학적 과정의 결합을 포함한다.그 결과 자체 조절 하이브리드 [10]시스템이 생성됩니다.이 분야에 대한 연구는 하워드 T에 의해 시작되었다. Odum은 [11]생태계의 구조와 에머지 역학을 전기 회로 구성 요소 간의 에너지 흐름과 유사하다고 인식했습니다.
  • 접착제와 작은 나노-하어를 포함하는 의료용 접착제는 도마뱀붙이의 발에서 발견되는 물리적 구조를 기반으로 개발되고 있다.
  • 컴퓨터 바이러스는 또한 자기 복제와 전파를 위한 프로그램 지향적인 정보를 억제하는 방식으로 생물학적 바이러스와 유사성을 보인다.
  • 하라레에 있는 이스트게이트 센터 건물의 냉각 시스템은 매우 효율적인 수동 냉각을 달성하기 위해 흰개미 마운드를 본떠 모델링되었습니다.
  • 홍합이 바위, 교각, 선체에 달라붙을 수 있도록 하는 접착제. [12]혈관을 위한 생체 접착 젤에서 영감을 얻었습니다.
  • 바이오닉스 분야를 통해 훨씬 더 뛰어난 민첩성과 다른 이점을 가진 새로운 항공기 설계가 만들어질 수 있다.이것은 제프 스피딩과 앤더스 헤덴스트롬에 의해 실험 생물학 저널의 기사에서 기술되었다.John Videler와 Eize Stamhuis도 그들의 책인 Avian[13] Flight와 그들이 LEV에 [14]대해 과학에 발표한 기사에서 유사한 진술을 했다.존 비델러와 아이제 스탬후이스는 생체 공학 연구를 통해 비행기 날개의 실제적인 개선점을 찾아냈다.바이오닉에 대한 이 연구는 또한 보다 효율적인 헬리콥터나 소형 무인항공기를 만드는데 사용될 수 있다.후자는 Bret Tobalke에 의해 Humbirds에 관한 Science 기사에서 언급되었다.[15]그래서 브렛 토발스케는 스파이 활동에 사용될 수 있는 소형 무인항공기를 만드는 작업을 시작했다.UC 버클리 대학과 ESA 또한 마침내 비슷한 방향으로 연구하여 로보플라이와[16] [17]엔토몹터를 만들었다.
  • 형태학적으로 정확한 새우발톱을 사용하여 캐비테이션에 의해 물속에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 생체영감 기계장치.이것은 신탕과 데이비드 스타크에 의해 과학 [18]진보지에 게재된 기사에서 자세히 설명되었습니다.

용어의 특정 용도

유도된 감각 운동 뇌 가소성은 팬텀 사지 환자의 통증을 조절합니다(ncomms13209-s2).

의학에서

바이오닉스는 생물학에서 공학으로 그리고 그 반대로 개념의 흐름을 말한다.따라서, 그 단어의 의미에 관해 두 가지 약간 다른 관점이 있다.

의학에서 생체 공학은 장기나 다른 신체 부위를 기계적인 버전으로 대체하거나 강화하는 것을 의미한다.생체공학 임플란트는 본래의 기능을 매우 가깝게 모방하거나 심지어 그것을 능가한다는 점에서 단순한 보형물과 다르다.

바이오닉스의 독일어 동격인 바이오닉은 생물학적 모델로부터 공학적 해결책을 개발하려고 한다는 점에서 항상 더 넓은 의미를 고수한다.이 접근방식은 생물학적 솔루션이 대개 진화적 힘에 의해 최적화된다는 사실에 의해 동기 부여된다.

바이오닉 임플란트를 가능하게 하는 기술은 점차 발전하고 있지만, 몇몇 성공적인 바이오닉 장치들이 있는데, 그 중 잘 알려진 것은 청각장애인을 위한 장치인 호주 발명 다채널 달팽이관 임플란트(바이오.생체 공학 귀 이후, 많은 생체 공학 장치들이 등장했고 다른 감각 장애(예: 시력과 균형)에 대한 생체 공학 솔루션에 대한 작업이 진행되고 있습니다.생체 공학 연구는 최근 파킨슨병과 [19]뇌전증과 같은 신경 및 정신 질환과 같은 의학적 문제에 대한 치료법을 제공하고 있다.

1997년 콜롬비아의 연구원 알바로 리오스 포베다는 감각 피드백을 가진 상지와 손 보철물을 개발했다.이 기술은 절단 수술을 받은 환자들이 보다 자연스러운 방식으로 [20]의수 시스템을 다룰 수 있게 해준다.

2004년까지 완전히 기능하는 인공 심장이 개발되었다.나노 기술의 등장으로 상당한 진전이 예상된다.제안된 나노 소자의 잘 알려진 예는 Robert Freitas에 의해 디자인된 인공 적혈구인 Respirocyte입니다.

콰베나 보아헨은 펜실베이니아대 생명공학과 8년 동안 살아있는 망막과 같은 방식으로 영상을 처리할 수 있는 실리콘 망막을 개발했다.그는 실리콘 망막에서 나오는 전기 신호와 두 망막이 같은 이미지를 보는 동안 도롱뇽 눈에서 나오는 전기 신호를 비교함으로써 결과를 확인했다.

2015년 7월 21일, BBC의 의료 특파원 퍼거스 월시는 "맨체스터의 서전트가 선진국에서 가장 흔한 시력 감퇴 원인을 가진 환자에게서 최초의 생체 공학 눈 이식 수술을 했다.80세의 레이 플린은 노화로 인한 황반변성이 있어 중심 시력을 완전히 잃었습니다.그는 안경에 착용한 소형 비디오 카메라의 영상을 변환하는 망막 이식물을 사용하고 있다.그는 이제 망막 임플란트를 사용하여 컴퓨터 화면에서 흰 선의 방향을 알아낼 수 있습니다."Argus II로 알려져 있고 미국에서 Second Sight Medical Products라는 회사가 제조한 이 임플란트는 희귀 유전성 퇴행성 눈병 [21]색소성 망막염의 결과로 실명된 환자들에게 이전에 사용되었다.

2016년 틸리 로키(Tilly Lockey, 2005년 10월 7일 ~ )는 영국의 바이오닉스 기업인 오픈바이오닉스가 제조한 바이오닉 "영웅 암스"를 장착했다.Hero Arm은 팔꿈치 아래 절단 수술을 받은 성인 및 8세 이상의 어린이를 위한 경량 근전기 보철물입니다.뇌수막구균성 패혈증 B형 진단을 받은 후 15개월에 양쪽 팔을 절단한 틸리 로키는 히어로 암을 "정말 현실적이었고, 얼마나 현실적이었는지 매우 섬뜩할 정도로"라고 묘사했다.[22]

2020년 2월 17일, 참전용사 대런 풀러가 생체 공학 팔을 받은[23] 첫 번째 사람이 되었다.풀러는 2008년 박격포 탄약 사건으로 아프가니스탄에서 복역 중 오른팔 아랫부분을 잃었다.

정치

생체모방의 정치적 형태는 생물 지역 민주주의로, 정치적 국경은 인간의 문화나 이전의 분쟁의 결과보다는 자연 생태 지역에 부합한다.

이러한 접근방식을 비판하는 사람들은 종종 생태적 선택 자체가 제조의 복잡성이나 갈등을 최소화하는 형편없는 모델이며 자유시장은 효율성에 못지않게 의식적인 협력, 합의, 기준에 의존한다고 주장합니다. 이는 성적 선택과 더 유사합니다.찰스 다윈은 비록 그의 동시대인들이 성에 대한 솔직한 이야기나 자유 시장의 성공은 가치가 아닌 설득에 바탕을 둔 것이라는 어떠한 제안도 피했지만, 둘 다 자연 선택에서 균형을 이루고 있다고 주장했다.

특히 반세계화 운동의 지지자들은 표준화, 자금 조달 및 마케팅과 같은 짝짓기 같은 과정이 이미 급격한 진화의 예라고 주장합니다. 즉, 소비자에게는 매력적이지만 에너지와 원자재 사용에 비효율적인 시스템을 만드는 것입니다.생체모방은 기본적인 효율을 회복하는 효과적인 전략이라고 그들은 주장한다.

생체모방은 자연자본주의의 두 번째 원칙이기도 하다.

기타 용도

비즈니스 생체모방은 생체모방학의 응용분야에서 가장 최근에 개발된 것이다.구체적으로는 생물학적 시스템에서 비즈니스 전략, 프로세스, 조직 설계 및 전략적 사고에 원칙과 관행을 적용합니다.FMCG, 국방, 중앙정부, 패키징 및 비즈니스 서비스에서 다양한 산업에 성공적으로 사용되고 있습니다.배스 대학의[24] Phil Richardson의 연구를 바탕으로 2009년 5월 상원에서 접근법이 시작되었습니다.

좀 더 구체적인 의미에서는 생물학적 프로토타입을 사용하여 엔지니어링 솔루션에 대한 아이디어를 얻으려는 창의성 기법입니다.이 접근법은 생물학적 유기체와 그 장기가 진화에 의해 잘 최적화되었다는 사실에 의해 동기 부여된다.화학에서 생체모방합성은 생화학적 과정에서 영감을 얻은 화학합성이다.

바이오닉스라는 용어의 또 다른 최근 의미는 유기체와 기계의 결합을 의미한다.이 접근방식은 생물학적 부분과 공학적 부분을 결합한 하이브리드 시스템을 만들어 내는데, 이는 사이버네틱 유기체(사이보그)라고도 할 수 있다.Kevin Warwick의 임플란트 실험에서 그의 신경계를 통한 초음파 입력이 실현되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Steve Esomba 박사의 21세기 연료 부족 로드맵, 2012년 출판
  2. ^ '바이오닉스'온라인 어원 사전.
  3. ^ 자연 속 초소수성 및 초소수공포성
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원천

  • 생체 모방: 자연에서 영감을 얻은 혁신.1997년 재닌 베니우스요
  • 최적화, 제어, 자동화를 위한 생체모방, Springer-Verlag, 런던, 2005, Kevin M. Passino
  • '자연 그대로의 아이디어' (유선)
  • 바이오닉스 및 엔지니어링: 생물학과 엔지니어링의 관련성(Society of Women Engineeres Convention, 시애틀, WA, 1983, Jill E).스틸
  • 바이오닉스: 자연이 모델입니다.1993. PRO FUTURA Verlag GmbH, 뮌헨, Umweltstiftung WWF 독일
  • 리포브 A.N. "현대 바이오닉의 기원으로"인공환경에서의 생물형태학적 형성"다형증.2010년 제1-2호1장~2장. 페이지 126~136.
  • 리포브 A.N. "현대 바이오닉의 기원으로"인공환경에서의 생물형태학적 형성"다형성.제3호 2010년파트 3 페이지 80~91

외부 링크

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