1

БИОНИКАБИОНИКАУУ ДИЗАЈНУДИЗАЈНУ

ПрофПроф. . ДрДр БошкоБошко РашуоРашуо

ПоделаПодела бионикебионике ии бионичкихбионичких системасистема

БионикаБионика

ЕволуцијаЕволуција

2

Charles DarwinCharles Darwin(1809 (1809 –– 1892)1892)

Еволуц

ија

Еволуц

ија

ПродуктиПродукти еволуцијееволуције

3

БионикаБионика значизначи учитиучити одод природеприроде ии тото примењиватипримењивати уу техницитехници. .

ОнаОна представљапредставља истраживачкуистраживачку дисциплинудисциплину ии начинначин гледањагледања, , алиали препре свегасвега алаталат..

ТоТо значизначи дада сесе бионикабионика можеможе различиторазличито примењиватипримењивати, , алиали каокаоии припри употребиупотреби билобило којегкојег другогдругог алатаалата, , коначниконачни резултатрезултат зависизависиоодд тогатога дада лили јеје алаталат правилноправилно употребљенупотребљен. .

УУ многиммногим својимсвојим деловимаделовима бионикабионика свесве вишевише представљапредстављастратегијустратегију преживљавањапреживљавања заза будућибудући развојразвој човечанствачовечанства..

УчитиУчити одод природеприроде значизначи пренетипренети знањазнања оо конструисањуконструисању иипоступцимапоступцима изиз природеприроде уу техникутехнику. .

ИИ туту сесе јављајавља темељнитемељни проблемпроблем, , јерјер јеје одлучујућеодлучујуће какокако сесе тоторадиради, , спроводиспроводи ии какокако сесе научнимнаучним методамаметодама можеможе одмаћиодмаћи ододобичногобичног опонашањаопонашања природеприроде ии учинитиучинити бесконачнобесконачно царствоцарство""природнихприродних конструкцијаконструкција" " употребљивимупотребљивим заза техникутехнику..

НајчешћеНајчешће, , пукопуко опонашањеопонашање природеприроде водиводи обичнообично уу слепуслепу улицуулицу..

ПриродаПрирода својимсвојим решењимарешењима даједаје подстицајеподстицаје заза њиховоњиховопреношењепреношење уу техникутехнику ии тете могућностимогућности требатреба истражитиистражити. .

ТоТо могумогу постатипостати одлучујућиодлучујући моментимоменти заза техничкотехничко обликовањеобликовање, , којекоје требатреба спровестиспровести, , премапрема поставкамапоставкама техничкихтехничких науканаука. .

ЈеданЈедан одод првихпрвих ии уу науцинауци најпознатијихнајпознатијих подстицајаподстицаја водиводи свесве додоЛеонардаЛеонарда дада ВинчијаВинчија. .

ОнОн јеје истраживаоистраживао кретањекретање крилакрила птицаптица средствимасредствима доступнимдоступнимуу његовоњегово времевреме ии нана темељутемељу тогатога предложиопредложио јеје крилакрила заза летењелетење. .

ТоТо јеје биобио почетакпочетак техничкетехничке биологијебиологије ((основнаосновна истраживањаистраживањабиологијебиологије сс физичкогфизичког становиштастановишта) ) ии бионикебионике ((преносапреноса спознајаспознајауу техникутехнику).).

4

ТехничкаТехничка биологијабиологија каокао основнаосновна науканаукаБавитиБавити сесе техничкомтехничком биологијомбиологијом значизначи истраживатиистраживати ии описиватиописивати

природуприроду узуз уношањеуношање основаоснова техничкихтехничких науканаука, , каокао ии физикефизике. .

КадКад сесе, , ннаа примерпример, , желижели истраживатиистраживати какокако летилети птицаптица, , каокао нанапримерупримеру ЛеонардаЛеонарда дада ВинчијаВинчија, , човекчовек сесе служислужи углавномуглавном техничкимтехничкимспознајамаспознајама аеродинамикеаеродинамике. .

НаНа примерпример, , аанализиранализира лили сесе, , заштозашто припри замахивањузамахивању крилимакрилима ненедолазидолази додо ломалома костикости надлактиценадлактице, , ваљаваља посматратипосматрати расподелурасподелусиласила уу костимакостима, , аа заза тото сусу потребнапотребна знањазнања техничкетехничке механикемеханике. .

ЧитавЧитав јеје низниз биолошкихбиолошких проблемапроблема којикоји сесе могумогу одговарајућеодговарајућеуобличитиуобличити, , истражитиистражити ии описатиописати уношењемуношењем техничкотехничко--физичкихфизичкихспознајаспознаја. .

ИстраживањаИстраживања тете врстеврсте доводедоводе додо прекорачењапрекорачења границаграница. . ОвдеОвдејеје одмаходмах датдат ии одговородговор нана прекорачивањепрекорачивање границаграница измеђуизмеђудисциплинадисциплина. . ТехничкаТехничка биологијабиологија нене познајепознаје границегранице ии онаона управоуправо""живиживи" " одод прекорачењапрекорачења тихтих границаграница..

ПојамПојам ""бионикабионика" " увеоувео јеје нана конгресуконгресу уу ДејтонуДејтону//ОхајоОхајо (Dayton/Ohio) (Dayton/Ohio) 1960. 1960. америчкиамерички ваздухопловниваздухопловни официрофицир ЏЏ. . СтилСтил (J. E. Steele). (J. E. Steele). ТимТим сесе изразомизразом препре свегасвега желеложелело назначитиназначити дада требатреба""учитиучити одод природеприроде заза техникутехнику". ".

ПојамПојам јеје биобио новнов, , алиали нене ии поступакпоступак. . ОдОд 16. 16. векавека свесве додо нашегнашегдобадоба протежепротеже сесе ланацланац покушајапокушаја дада сесе идеиде управоуправо тимтим путемпутем. . РеткоРетко сусу тити покушајипокушаји довелидовели додо успехауспеха..

5

СлепоСлепо пресликавањепресликавање природеприроде уу екстремнимекстремним случајевимаслучајевима ууразмериразмери 1:1 1:1 нене можеможе функционисатифункционисати нитинити тото имаима везевезе сасанаукомнауком. .

УзмеУзме лили сесе, , међутиммеђутим, , природаприрода каокао подстицајподстицај заза техничкитехнички иитехнолошкитехнолошки развојразвој, , тото можеможе довестидовести додо запањујућихзапањујућихрезултатарезултата..

ПриПри тометоме сесе морамора водитиводити рачунарачуна оо свимсвим аспектимааспектима ииприроднимприродним законимазаконима којикоји владајувладају уу природиприроди. . ОвдеОвде сесепрвенственопрвенствено мислимисли нана ефектеефекте сличностисличности којикоји морајуморају битибитииспуњенииспуњени аа којикоји сусу многобројнимногобројни. .

НаНа следећемследећем слајдуслајду могумогу сесе видетивидети главниглавникарактеристичникарактеристични бројевибројеви сличностисличности којикоји дефинишудефинишудинамичкединамичке појавепојаве ии променепромене уу природиприроди. . НајчешћеНајчешћекорошћеникорошћени сусу свакакосвакако РејнолдсовРејнолдсов ии ФрудовФрудов бројброј, , којикојиописујуописују условеуслове ии обликоблик струјањаструјања уу механицимеханици флуидафлуида: :

КарактеристичниКарактеристични бројевибројеви којикоји дефинишудефинишу динамичкудинамичкусличностсличност::

Cauchy-Бројρ/

CaEv= (Инерцијална сила – Еластична сила)

Froude-Број gv⋅=l

2Fr (Инерцијална сила – Сила земљине теже)

Eötvös-Број σρ 2

Eo l⋅⋅= g (Сила земљине теже – Површински напон)

Reynolds-Број ρμ /Re l⋅= v (Инерцијална сила – Сила трења)

(Инерцијална сила – Површински напон)Weber-Број σρ l⋅⋅=2

We v

ОсталиОстали карактеристичникарактеристични бројевибројеви којикоји дефинишудефинишу сличностсличност природнихприроднихпојавапојава сесе могумогу видетивидети нана следећемследећем слајдуслајду::

6

Abbesche-Broj (V) Archimedes-Broj (Ar) Arrhenius-Broj (γ) Atwood-Broj (At) Begasungs-Broj (NB) Biot-Broj (Bi) Bodenstein-Broj (Bo) Bond-Broj (Bo) Brinkmann-Broj (Br) Cauchy-Broj (Ca) Colburn-Broj (J) Damköhler-Broj (Da) Dean-Broj (De) Deborah-Broj (De) Eckert-Broj (Ec) Ekman-Broj (Ek) Elsasser-BrojEötvös-Broj (Eo) Ericksen-Broj (Er) Euler-Broj (Eu) Fourier-Broj (Fo) Froude-Broj (Fr)

Galilei-Broj (Ga)Graetz-Broj (Gz) Grashof-Broj (Gr) Hagen-Broj (Hg) Hatta-Broj (Ha) Helmholtz-Broj (He) Jakob-Broj (Ja) Kapillar-BrojKarlovitz-Broj (Ka) Kavitations-BrojKeulegan-Carpenter-Broj (KC) Knudsen-Broj (Kn) Laplace-Broj (La) Lewis-Broj (Le) Ljascenko-Broj (Lj) Mach-Broj (Ma) Marangoni-Broj (Mg) Markstein-BrojMorton-Broj (Mo) Nahme-Broj (Na) (auch Griffith Broj) Newton-Broj (Ne) Nusselt-Broj (Nu)

Ohnesorge-Broj (Oh) Péclet-Broj (Pe)Phasenübergangs-Broj (Ph) Prater-Broj (β) Prandtl-Broj (Pr) Rayleigh-Broj (Ra) Reynolds-Broj (Re) Richardson-BrojRossby-Broj (Ro) Schmidt-Broj (Sc) Sherwood-Broj (Sh) Siedekenn-Broj (Bo, boiling number) Stanton-Broj (St) Stefan-Broj (Ste, Kehrwert von Ph) Stokes-Broj (St) Strouhal-Broj (Sr) Taylor-Broj (Ta) Thiele-Modul (φ) Thring-BrojWeber-Broj (We) Weisz-Modul (Φ) Weissenberg-Broj (Ws)

КарактеристичниКарактеристични бројевибројеви сличностисличности

БионикаБионика -- дефиницијадефиниција ии подстицајиподстицајиНаНа базибази низаниза примерапримера могућемогуће јеје појампојам бионикебионике дефинисатидефинисати нана

следећиследећи начинначин: ": "УчитиУчити одод природеприроде, , каокао подстицајподстицај, , заза одређениодређенитехничкитехнички обликоблик". ".

ДругаДруга дефиницијадефиниција бионикебионике, , заснованазаснована нана радовимарадовима ВВ. . НахтигалаНахтигала(W.Nachtigall), (W.Nachtigall), кажекаже дада јеје бионикабионика научнанаучна дисциплинадисциплина којакоја сесе бавибавитехничкомтехничком трансформацијомтрансформацијом ии применомприменом принципапринципа конструисањаконструисања, , поступакапоступака ии развојаразвоја биолошкихбиолошких организамаорганизама. . ДаклеДакле, , бионикабионика јеје јаснојасно формулисанаформулисана дисциплинадисциплина ии поступакпоступак. . ОнаОна доводидоводи, , помоћупомоћу ""техничкетехничке биологијебиологије" " додо техничкетехничкетрансформацијетрансформације ии применепримене откривенихоткривених ии истраженихистражених аспекатааспекатабиологијебиологије. .

ТоТо сесе можеможе односитиодносити нана тритри подручјаподручја, , наименаиме::

•• нана конструкцијеконструкције природеприроде -- конструкцијскаконструкцијска бионикабионика,,•• нана поступкепоступке илиили процесепроцесе трансформацијетрансформације материјематерије ии енергијеенергијеуу природиприроди -- трансформацијскатрансформацијска бионикабионика,,•• нана начеланачела преносапреноса информацијаинформација, , развојаразвоја ии еволуцијееволуције ––информацијскаинформацијска бионикабионика..

7

ДаклеДакле бионикбионикаа сесе можеможе поделитиподелити нана::

8

МатеријскаМатеријска бионикабионикаБиолошкеБиолошке материјематерије настајунастају уу различитимразличитим процесимапроцесима, , којикоји сусу

ддефинисаниефинисани еволуцијомеволуцијом. . НекеНеке имајуимају двоатомнудвоатомну илиили скелетнускелетнуграђуграђу илиили стварајустварају слојастуслојасту гграђурађу, , кадакада ћелијећелије ии слојевислојеви ћелијаћелија((епителаепитела) ) чинечине материјуматерију. . ТиТи слојевислојеви сусу врловрло различиторазличитосастављенисастављени, , одод силикатнихсиликатних структураструктура, , прекопреко биохемијскихбиохемијскихламинатнихламинатних структураструктура материјематерије каокао штошто јеје рожевинарожевина илиили цитинцитин, , додо костикости обложенихобложених еластичнимеластичним нитиманитима хидроксилаптитахидроксилаптита. . ТоТо ии чињеницачињеница дада јеје такватаква материјаматерија подеснаподесна заза најфинијенајфиније

механичкемеханичке захтевезахтеве дајудају многострукемногоструке узореузоре заза техникутехнику. . ТомеТоме ваљаваља придодатипридодати досаддосад јошјош недостигнутунедостигнуту

ссамопоправљивостамопоправљивост ии њиховуњихову потпунупотпуну опорављивостопорављивост..ТуТу ћеће матичнематичне ћелијећелије уу будућностибудућности дада одиграјуодиграју кључнукључну улогуулогу..

РадиоларијеРадиоларије ((RadiolariaRadiolaria) ) сусу бројнабројна групагрупа морскихморскихједноћелијскихједноћелијских организамаорганизама ссa a минералномминералном љуштуромљуштуром

HekelovHekelov crtecrtežž radiolarijaradiolarija

9

МатеријалнаМатеријална бионикабионикаМатеријеМатерије сусу основаоснова заза материјалематеријале, , такотако дада студијастудија биолошкихбиолошких

материјаматерија доводидоводи додо новихнових врставрста материјаламатеријала којикоји сесе одликујуодликујупожељнимпожељним својствимасвојствима. . ПреПре свегасвега, , вишекомпонентнивишекомпонентни начинначинизградњеизградње биолошкихбиолошких материјаматерија ии материјаламатеријала, , уу којимакојима сусу нана примерпример,,елементиелементи отпорниотпорни нана ззатезањеатезање ии притисакпритисак, , трајекторијскитрајекторијскипоређанипоређани, , могумогу представљатипредстављати примерпример какокако сесе уумакромолекуларноммакромолекуларном, , микромикро ии нанонано подручјуподручју могумогу наћинаћи бројнибројниподстицајиподстицаји ии могућностимогућности заза трансформацијутрансформацију..

ПауковаПаукова мрежамрежа

ЛарваЛарва ии чаурачаура свиленесвилене бубебубе

ФазеФазе модификацијемодификације уу развојуразвоју свиленесвилене бубебубеРатанРатан

10

БамбусБамбус

Затезна

Затезначв

рстоћа

чврс

тоћа

ГустинаГустина

11

Затезна

Затезначв

рстоћа

чврс

тоћа

ГустинаГустина

Затезна

Затезначв

рстоћа

чврс

тоћа

ГустинаГустина

12

Мод

улМод

улел

астичн

ости

еластичн

ости

ЗатезнаЗатезна чврстоћачврстоћа

Мод

улМод

улел

астичн

ости

еластичн

ости

ЗатезнаЗатезна чврстоћачврстоћа

13

Мод

улМод

улел

астичн

ости

еластичн

ости

ГустинаГустина

Жил

авос

тЖил

авос

т

МодулМодул еластичностиеластичности

14

Жил

авос

тЖил

авос

т

МодулМодул еластичностиеластичности

Мод

улМод

улел

астичн

ости

еластичн

ости

попогустин

игустин

и

ЗатезнаЗатезна чврстоћачврстоћа попо густинигустини

15

КонструкцијскаКонструкцијска бионикабионикаОдОд материјаламатеријала сесе градеграде конструкцијеконструкције. . КонструкцијскаКонструкцијска бионикабионика

илиили структурнаструктурна бионикабионика истражујеистражује, , описујеописује ии упоређујеупоређујебиолошкебиолошке структурнеструктурне елементеелементе. . ОнаОна проучавапроучава подобностподобностодређениходређених материјаматерија заза посебнепосебне намененамене. . ПоступциПоступци обликовањаобликовања уубиолошкомбиолошком подручјуподручју нуденуде неконвенционалненеконвенционалне техничкетехничке предлогепредлоге..ОдОд конструкцијскихконструкцијских елеменатаелемената обликујуобликују сесе посебнепосебне направенаправе. . УклапањеУклапање бионикебионике доводидоводи додо развојаразвоја читавихчитавих конструкцијаконструкција

премапрема идејамаидејама ии предлозимапредлозима изиз природеприроде. . НарочитоНарочито сусу великевеликемогућностимогућности применепримене нана подручјуподручју пумпипумпи, , потиснепотисне техникетехнике, , хидрауликехидраулике, , пнеуматикепнеуматике итслитсл..

ОјачањеОјачање набирањемнабирањем попо угледуугледунана шкољкешкољке

ТоплотнаТоплотна пумпапумпа

GroundGround--source (geothermal) heat pump in source (geothermal) heat pump in heating modeheating modeGroundGround--source (geothermal) heat pump insource (geothermal) heat pump in

cooling modecooling mode

16

БионичкаБионичка протетикапротетикаРазвојРазвој протезапротеза заза људељуде уу будућностибудућности ћеће постатипостати врловрло важноважно

подручјеподручје медицинемедицине. . ПротезеПротезе нисунису ограниченеограничене самосамо нана механичкомеханичконадомештањенадомештање чланакачланака илиили удоваудова, , већвећ ии каокао видневидне ии слушнеслушнепротезепротезе непосреднонепосредно задирузадиру уу сензорикусензорику. . ОдОд одлучујућеодлучујуће јејеважностиважности дада лили ћеће успетиуспети повезивањеповезивање проводникапроводника информацијаинформацијабиологијебиологије ии техникетехнике -- неуронанеурона ии кабловакаблова. . АлиАли ии захватизахватипотенцијалапотенцијала мишићамишића осакаћенихосакаћених екстремитетаекстремитета ии применаприменамишићимамишићима сличнихсличних уграђенихуграђених чланакачланака уу протезепротезе јошјош јеје уу почеткупочеткуразвојаразвоја. . ТомеТоме припадаприпада непосреднанепосредна интеракцијаинтеракција ""човекачовека" " ии""машинемашине".". ИИ овдеовде ћеће матичнематичне ћелијећелије уу будућностибудућности дада одиграјуодиграјукључнукључну улогуулогу..

Bionic Eye ImplantsBionic Eye Implants

СистемСистемимплантаимплантаушногушног пужапужа

СадашњиСадашњи нивониво развојаразвоја имплантологијеимплантологије обезбеђујеобезбеђује вештачкевештачке имплантеимпланте одод металаметала((титанијуматитанијума, , никловихниклових легуралегура итслитсл) ) ии композитнихкомпозитних материјаламатеријала. .

СтудијаСтудија развојаразвоја имплантаимпланта бутнебутне костикости саса зглобомзглобом попо аналогијианалогији саса сфернимсфернимлежајемлежајем ((ГеленкГеленк--лагеромлагером))

17

БионичкаБионичка роботикароботикаРоботиРоботи радераде данасданас углавномуглавном сс уграђенимуграђеним чланцимачланцима, , којикоји сусу

тачнотачно позициониранипозиционирани сс могућношћумогућношћу замахазамаха илиили трзајатрзаја. . ПриродаПрирода радиради сасвимсасвим другачиједругачије: : нелинеарнинелинеарни чланцичланци смештенисмештени

сусу нана врховимаврховима екстремитетаекстремитета ии уу почеткупочетку покретапокрета нисунису сасвимсасвимпрецизнипрецизни, , алиали самосамо докдок нене достигнудостигну тачкутачку контактаконтакта, , ониони тадатадабивајубивају тачнотачно вођенивођени. . ОпонашањеОпонашање тете природнеприродне техникетехнике уубионичкојбионичкој роботицироботици јеје данасданас нана самомсамом почеткупочетку..

12 cm

15 cm

Micro Air Vehicle (MAV)

18

КлимаКлима ии енергетскаенергетска бионикабионикаПасивноПасивно проветравањепроветравање, , хлађењехлађење ии грејањегрејање свакакосвакако сусу

полазиштаполазишта заза тото подручјеподручје уу будућностибудућности. . ИстраживањеИстраживање природнихприроднихконструкцијаконструкција ии анализаанализа тзвтзв. . примитивнихпримитивних градњиградњи нана примерпример ууЦентралнојЦентралној АмерициАмерици ии СевернојСеверној АфрициАфрици могумогу довестидовести додонеконвенционалнихнеконвенционалних поредакапоредака ии уређењауређења. . ТомеТоме припадајуприпадајуидеаланидеалан смештајсмештај премапрема сунцусунцу ии ветровимаветровима, , облициоблици крововакровова, , укопавањаукопавања уу земљуземљу, , идеалниидеални подрумиподруми ии довођењедовођење ваздухаваздуха изизхладниххладних земљанихземљаних просторапростора уу просторепросторе којикоји сесе летилети превишепревишезагревајузагревају, , циркулацијациркулација ваздухаваздуха сс изменомизменом гасовагасова применомприменомпорознихпорозних материјаламатеријала, , складиштењескладиштење енергијеенергије уу саставимасаставимакојикоји упијајуупијају топлотутоплоту. . ПрихватањемПрихватањем таквихтаквих природнихприродних начеланачела, , каквекакве сусу нана примерпример усвојилиусвојили термититермити, , можеможе сесе уштедетиуштедети додо 80 %80 %електричнеелектричне енергијеенергије заза хлађењехлађење токомтоком леталета ии 4040--60 % 60 % енергијеенергије зазагрејањегрејање зимизими..

ПрироднаПрироднавентилацијавентилација““кућекуће" " преријскогпреријскогкучетакучета

ТермитиТермити иитермитњацитермитњаци

19

ГрађевинскаГрађевинска бионикабионика""ГрадитиГрадити природноприродно" " тото значизначи повратакповратак нана традиционалнетрадиционалне

грађевинскеграђевинске материјалематеријале, , којикоји сесе користекористе ии уу биологијибиологији. . СС другедруге странестране, , проучавањемпроучавањем биолошкихбиолошких лакихлаких грађевнихграђевних

конструкцијаконструкција добијенидобијени сусу подстицајиподстицаји заза савременесавремене техничкетехничкелакелаке грађевинеграђевине. . ТаквеТакве сесе идејеидеје могумогу добитидобити нана примерпример одод нитастихнитастихконструкцијаконструкција каокао штошто јеје пауковапаукова мрежамрежа, , мембранамембрана ии љускастихљускастихконструкцијаконструкција ((биолошкебиолошке љускељуске ии оклопиоклопи), ), заштитнихзаштитних обвојницаобвојницакојекоје омогућујуомогућују изменуизмену гасовагасова ((љускаљуска јајетајајета), ), конструкцијаконструкција сасаинтензивнијеинтензивније опорављујућимопорављујућим материјалимаматеријалима негонего штошто ихих техникатехникадосаддосад познајепознаје, , идеалнихидеалних покривачапокривача површинаповршина ((наслагенаслаге наналистовималистовима) ) ии искоришћењаискоришћења површинаповршина ((принциппринцип саћасаћа). ). ВажноВажно јејеусаглашавањеусаглашавање појединихпојединих градивнихградивних елеменатаелемената сс укупномукупномповршиномповршином ии усмеравањеусмеравање премапрема сунцусунцу ии ветровимаветровима попо аналогијианалогијисс природомприродом ((листовилистови ии конструкцијеконструкције цветовацветова).).

ПоПо узоруузору нана шкољкушкољкупројектованпројектован јеје кровкровтржногтржног центрацентра ууКанадиКанади RoyanRoyanMarketMarket, 1997., 1997.

ОлимпијскиОлимпијски стадионстадион уу МинхенуМинхену, 1972, , 1972, кровкровпопо угледуугледу нана крилакрила вилиногвилиног коњицакоњица

20

Pan Am Terminal at New YorkPan Am Terminal at New York’’s s John F. Kennedy AirportJohn F. Kennedy Airport

ПалатаПалата КристалКристал ПаласПалас уу ЛондонуЛондону попо угледуугледу наналистлист локвањалоквања типатипа Victoria Victoria amazonicaamazonica, 1851,, 1851,ПакстонПакстон

ЗградеЗграде дизајниранедизајниране попо угледуугледу нанасаћесаће којекоје јеје изузетноизузетно отпорноотпорно наназемљотресеземљотресе. . SinosteelSinosteel International Plaza International Plaza ууTinajinTinajin, , КинаКина, , зградезграде сусу лоциранелоциране уулучкомлучком градуграду удаљеномудаљеном 1 1 сатсат ододПекингаПекинга, , мањамања зградазграда ћеће битибитихотелхотел, 2012, 2012

21

СензорскаСензорска бионикабионикаТомТом подручјуподручју припадаприпада праћењепраћење физичкихфизичких ии хемијскиххемијских реакцијареакција

ии оријентисањаоријентисања уу просторупростору. . ПроблемПроблем праћењапраћења хемијскехемијске материјематеријеуу људскомљудском организмуорганизму ((нана примерпример кодкод шећернешећерне болестиболести) ) илиили уувеликимвеликим техничкимтехничким претварачимапретварачима ((биотехникабиотехника), ), свесве јеје већивећи. . ПриродниПриродни сензорисензори, , којикоји сусу изложениизложени свимсвим могућиммогућим хемијскимхемијским

ии физичкимфизичким утицајимаутицајима, , требалитребали биби битибити појачанипојачани, , аа затимзатимиспитанеиспитане свесве могућностимогућности њиховењихове трансформацијетрансформације заза техничкутехничкуприменупримену..

СлепиСлепи мишмишимаима биолошкебиолошкесенсоресенсоре зазаехолокацијуехолокацију

22

БионичкаБионичка кинематикакинематика ии динамикадинамикаТрчањеТрчање, , пливањепливање ии летењелетење главниглавни сусу локомоторнилокомоторни облициоблици

животињскогживотињског светасвета. . ФлуидноФлуидно--механичкимеханички занимљивезанимљиве интеракцијеинтеракцијеорганаоргана заза покретањепокретање ии околногоколног медијамедија налазеналазе сесе уу подручјуподручјумалихмалих додо средњихсредњих РејнолдсовихРејнолдсових (Reynolds) (Reynolds) бројевабројева((микроорганизмимикроорганизми, , инсектиинсекти), ), каокао ии уу подручјуподручју великихвеликихРејнолдсовихРејнолдсових бројевабројева ((великивелики путничкипутнички авиониавиони). ).

ГепардГепард ОркаОрка –– киткит убицаубица СокоСоко((ЗвездаЗвезда Shamu, Shamu, СанСан ДијегоДијего))

Величина

Физика опструјавања (Reynolds-ов број)

Другачија физика опструјавањаДругачије кретање!

Буба (Ptiliidae) 0,25 mm

Вилинкоњиц

Airbus 380

23

ШирокотрупниШирокотрупни путничкипутнички авионавион BB--747747

Re = 2Re = 2··101088

ЈедрилицаЈедрилица ASHASH--2525

Re = 2Re = 2··101066

24

ЛетећиЛетећи моделмодел ""ЧачкалицаЧачкалица""

Re = 8Re = 8··101044

МикроМикро летелицалетелица уу затвореномзатвореном просторупростору

Re = 4Re = 4··101033

25

РодаРода

Re = 1Re = 1··101055

103

104

105

106

107

108

За путничке авионе

За једрилице

A2-за летеће моделе

За летеће моделе узатвореном простору

ab

cd

a Adlerb Bussardc Habichtd Sperber

ReReynolds-ов

број иАеропрофили

26

УУ првомпрвом сусу плануплану питањапитања прилагођењаприлагођења струјањаструјања окооко телатела уупокретупокрету, , механизмамеханизма покретањапокретања органаоргана заза летењелетење ии њиховогњиховог степенастепенаделовањаделовања премапрема законимазаконима механикемеханике леталета. . АнализаАнализа питањапитањафункционалнофункционално морфолошкогморфолошког обликаоблика живихживих организамаорганизама могумогу изродитиизродитиврловрло занимљивезанимљиве идејеидеје. .

ТакоТако нана примерпример површинскаповршинска храпавостхрапавост птичјихптичјих крилакрила уследуследвластитевластите храпавостихрапавости перјаперја показујепоказује уу одређенимодређеним подручјимаподручјимапозитивнепозитивне ефектеефекте унутарунутар граничнихграничних слојеваслојева опструјаванихопструјаваних телатела. . ТоТо бибисесе могломогло искориститиискористити заза побољшањепобољшање степенастепена искоришћењаискоришћења ии мирнијимирнијирадрад, , каокао ии смањењесмањење букебуке вентилаторавентилатора ии пумпипумпи..

КонтролаКонтрола сепарацијесепарације струјањаструјања ((граничногграничног слојаслоја) ) РебрастаРебраста површинаповршина--АјкулинаАјкулина кожакожа

НеуробионикаНеуробионикаАнализаАнализа податакаподатака ии обрадаобрада информацијаинформација узуз применупримену

интелигентногинтелигентног управљањауправљања данасданас сесе увеликоувелико развијаразвија. . ПосебноПосебно, , управљањеуправљање рачунаримарачунарима уу условимаусловима паралелногпаралелног процесирањапроцесирања ииприменомприменом ии развојемразвојем ""неуронскихнеуронских мрежамрежа" " чимечиме сесе могумогу добитидобитидаљидаљи подстицајиподстицаји уу подручјуподручју неуробиологијенеуробиологије ии биокибернетикебиокибернетике. .

КакоКако сусу сесе тата подручјаподручја јакојако развиларазвила уу односуодносу премапрема биолошкимбиолошкимосновамаосновама истраживањаистраживања уу надолазећимнадолазећим годинамагодинама, , ваљаваља рачунатирачунатисс јакомјаком интеракцијоминтеракцијом уу применипримени резултатарезултата обејуобеју дисциплинадисциплина..

НеуронНеурон

НеуралнеНеуралне мрежемреже

27

ОрганизацијскаОрганизацијска бионикабионикаКомплексноКомплексно управљањеуправљање данасданас јошјош увекувек нене успевауспева дада потпунопотпуно

овладаовлада свимсвим захтевимазахтевима нана нивоунивоу једногједног осредњегосредњег индустријскогиндустријскогпогонапогона. . НасупротНасупрот тометоме, , течетече организацијскиорганизацијски животживот уу природиприроди, , билобило уу појединимпојединим организмимаорганизмима ((укупнаукупна комплексносткомплексност организмаорганизмаједнеједне мувемуве већавећа јеје негонего кодкод укупнеукупне немачкенемачке економијеекономије, , НахтигалНахтигал) ) илиили уу екосаставимаекосаставима безбез већихвећих сметњисметњи. .

ФункционалниФункционални односиодноси екосаставаекосастава ((екосистемаекосистема) ) нана примерпример, , рубарубашумешуме комплекснијикомплекснији сусу одод оногаонога кодкод великогвеликог индустријскогиндустријскогпостројењапостројења. . ИзИз начинаначина ии обликаоблика какокако природаприрода организацијскиорганизацијскикористикористи информацијеинформације, , можеможе сесе аналогниманалогним преношењемпреношењем научитинаучитипунопуно заза савременусавремену техникутехнику ии економијуекономију..

VSVS..

ЗаједницаЗаједница пчелапчела

28

ЗаједницаЗаједница мравамрава

ЕволуцијскаЕволуцијска бионикабионикаПрименомПрименом еволуцијскееволуцијске техникетехнике ии стратегијестратегије ((применомприменом тзвтзв..

ГенетскихГенетских алгоритамаалгоритама) ) покушавапокушава сесе искориститиискористити ии применитиприменититехникатехника природнеприродне еволуцијееволуције, , нарочитонарочито кадакада математичкоматематичкообликовањеобликовање комплекснихкомплексних саставасастава ии процесапроцеса нијеније јошјош отишлоотишлотакотако далекодалеко дада биби билобило могућемогуће обавитиобавити комплетнокомплетно рачунарскорачунарскосимулирањесимулирање. . УУ томтом случајуслучају остајеостаје експерименталнаекспериментална симулацијасимулација,,типатипа: : ““покушајпокушај--грешкагрешка”” каокао занимљивазанимљива ии заза садасада јединајединаалтернативаалтернатива. . ТоТо долазидолази уу обзиробзир припри развојуразвоју нана примерпример бродовабродоваии ваздухопловаваздухоплова, , другихдругих саобраћајнихсаобраћајних средставасредстава каокао ии нана подручјуподручјуосталихосталих гранаграна машинствамашинства..

ЕкспериментаторЕкспериментатор

МерењеМерење дубинедубине, , тражењетражењеминимумаминимума

29

ЕволуциониЕволуциони развојразвој коњскогкоњског копитакопитаодод EohippusEohippus--аа додо EquusEquus--аа (60 (60 МилионаМилиона годинагодина))

ЕволуционаЕволуциона способностспособностуспињањауспињања нана заслуженизаслужени врхврх

Врхунац

врсте

30

ПроцеснаПроцесна бионикабионикаУзУз врловрло занимљивезанимљиве природнеприродне конструкцијеконструкције, , посебнипосебни сусу

подстицајиподстицаји уу природиприроди њенињени начининачини одржањаодржања процесапроцеса иипретварањапретварања. . СС обзиромобзиром нана будућубудућу применупримену водоникаводоника, , једанједан јејеодод најхитнијихнајхитнијих таквихтаквих узораузора свакакосвакако фотосинтезафотосинтеза. . КакоКако биби сеседошлодошло додо поступакапоступака потпуногпотпуног уклањањауклањања отпаднихотпадних материјаламатеријаласс депонијадепонија, , заза истраживањеистраживање сусу коначноконачно уу свимсвим детаљимадетаљимапреносивостипреносивости врловрло вредневредне природнеприродне методеметоде практичнопрактичнопотпунепотпуне рециклажерециклаже..

БионичкаБионичка пумпапумпа

ВодоникВодоник ћеће сесепроизводитипроизводити вештачкомвештачком

фотосинтезомфотосинтезом

H2

ЕраЕра ВодоникаВодоника тектекзаза 5050--тактак годинагодина

%35=ηЈедн

ачина

Једначин

а Фотоси

нтезе

Фотосинт

езе

31

БионичкеБионичке системесистеме могућномогућно јеје поделитиподелити нана разнеразне начиненачине, , зависнозависноодод усвојенихусвојених критеријумакритеријума диференцијациједиференцијације. .

ЈеднаЈедна одод могућихмогућих поделаподела којакоја сесе користикористи уу литературилитератури јеје нана::

1.1. АналогнеАналогне синтетичкесинтетичке бионичкебионичке системесистеме, , ии2.2. КомпозитнеКомпозитне синтетичкесинтетичке бионичкебионичке системесистеме..

1. 1. АналогниАналогни синтетичкисинтетички бионичкибионички системисистемиТоТо сусу бионичкибионички системисистеми којикоји сусу конструисаниконструисани нана основуоснову

хибриднехибридне употребеупотребе биолошкихбиолошких ии техничкихтехничких принципапринципа. . ПостојеПостоје двадватипатипа овихових системасистема::

1.1. 1.1. техничкитехнички системисистеми базиранибазирани нана ((илиили којикоји користекористе) ) биолошкимбиолошкимпринципимапринципима, , ии1.2. 1.2. БиолошкиБиолошки системисистеми базиранибазирани нана техничкимтехничким принципимапринципима илииликојикоји користекористе техничкетехничке принципепринципе..

1.1. 1.1. техничкитехнички системисистеми базиранибазирани нана ((илиили којикоји користекористе) ) биолошкимбиолошкимпринципимапринципима::

-- труптруп бродаброда којикоји имитираимитира кожнукожну мембранумембрану делфинаделфина,,-- електронскиелектронски аналоганалог неуронанеурона,,-- хемијскихемијски процесипроцеси гдегде сусу биолошкибиолошки активнеактивне супстанцесупстанце типатипаферменатафермената ии користекористе каокао катализаторикатализатори,,

-- директнадиректна конверзијаконверзија хемијскехемијске енергијеенергије уу механичкумеханичку енергијуенергију сасависокомвисоком ефикасношћуефикасношћу ((вештачкивештачки мишићимишићи),),

-- директнадиректна конверзијаконверзија хемијскехемијске уу електричнуелектричну енергијуенергију((електричнеелектричне риберибе –– јегуљајегуља).).

ЈегуљаЈегуља ((AnguillaAnguilla anguillaanguilla))

32

1.2 1.2 БиолошкиБиолошки системисистеми базиранибазирани нана техничкимтехничким принципимапринципима илииликојикоји користекористе техничкетехничке принципепринципе::

-- крокодиликрокодили којикоји користекористе глаткоглатко камењекамење каокао баластбаласт,,-- препознавањепрепознавање билобило когког феноменафеномена одод странестране људиљуди којекоје јејезаснованозасновано нана физичкимфизичким ии техничкимтехничким законимазаконима..

КрокодилКрокодил ((CrocodylusCrocodylus niloticusniloticus))

2. 2. КомпозитниКомпозитни синтетичкисинтетички бионичкибионички системисистемиТоТо сусу бионичкибионички системисистеми којикоји сусу конструисаниконструисани нана основуоснову заједничкезаједничкеупотребеупотребе индивидуалнихиндивидуалних биолошкихбиолошких илиили техничкихтехничких елеменатаелеменатаилиили подсистемаподсистема. . ПостојеПостоје двадва типатипа овихових системасистема::

2.1. 2.1. техничкитехнички системисистеми саса биолошкимбиолошким елементимаелементима илиили подсистемимаподсистемима::11-- биолошкибиолошки системсистем јеје комплементкомплемент илиили суплементсуплемент техничкомтехничкомсистемусистему ((уу већемвећем делуделу техничкитехнички системсистем функционишефункционише аутоматскиаутоматски, , алиали његовњегов радрад захтевазахтева периодичнупериодичну подршкуподршку одод странестране биолошкогбиолошкогорганизмаорганизма))-- аутоматиаутомати надгледанинадгледани одод странестране људиљуди ((великивелики комуникацијскикомуникацијскисистемисистеми гдегде људиљуди обављајуобављају пословепослове одржавањаодржавања),),

22-- биолошкибиолошки системсистем јеје органскиоргански интегрисаниинтегрисани елементелемент техничкогтехничкогсистемасистема-- добијањедобијање електричнеелектричне енергијеенергије коришћењемкоришћењем бактеријабактерија,,-- апаратиапарати заза напајањенапајање електронскихелектронских системасистема нана рачунрачун мишићамишићаилиили термалнетермалне енергијеенергије живогживог организмаорганизма,,

-- претварањепретварање шећерашећера уу алкохолалкохол коришћењемкоришћењем квасцаквасца,,-- хемијскихемијски процесипроцеси гдегде сесе биолошкибиолошки активнеактивне супстанцесупстанце, , типатипаферменатафермената, , користекористе каокао катализаторикатализатори,,

33

33-- биолошкибиолошки системсистем јеје управљачкиуправљачки елементелемент техничкогтехничког системасистема((биолошкибиолошки елементелемент јеје неопходнанеопходна управљачкауправљачка полугаполуга зазаосигурањеосигурање функциионисањафункциионисања техничкогтехничког системасистема),),-- човекчовек управљауправља аутомобиломаутомобилом,,-- голубовиголубови коришћеникоришћени каокао водичиводичи заза бродовебродове ((НојеНоје ии тражењетражењекопнакопна).).

2.2 2.2 биолошкибиолошки системисистеми саса техничкимтехничким елементимаелементима илиили подсистемимаподсистемима11-- техничкитехнички подсистемподсистем јеје комплементкомплемент илиили суплементсуплемент биолошкомбиолошкомсистемусистему ((биолошкибиолошки системсистем уу већемвећем делуделу обављаобавља својусвоју функцијуфункцијуаутоматскиаутоматски, , алиали његовњегов радрад захтевазахтева периодичнупериодичну подршкуподршку ододстранестране техничкогтехничког елементаелемента),),-- људиљуди саса наочариманаочарима,,

22-- техничкитехнички системисистеми сусу интегрисаниинтегрисани елементелемент уу биолошкибиолошки системсистем((биолошкибиолошки системсистем нене можеможе обављатиобављати својусвоју функцијуфункцију безбезпартиципацијепартиципације техничкогтехничког елементаелемента),),-- функционалнефункционалне протезепротезе кодкод људиљуди,,

33-- техничкитехнички системсистем јеје управљачкиуправљачки елементелемент биолошкогбиолошког системасистема((техничкитехнички елементелемент јеје неопходнанеопходна управљачкауправљачка полугаполуга заза осигурањеосигурањефункциконисањафункциконисања билошкогбилошког системасистема. . -- биолошкибиолошки објектиобјекти--стимулатористимулатори,,

-- медицинскимедицински стимулатористимулатори,,-- стимулатористимулатори срцасрца,,-- пејсмејкерпејсмејкер,,

-- стимулатористимулатори стомакастомака,,-- интестиналниинтестинални стимулатористимулатори,,-- стимулатористимулатори крвотокакрвотока,,

44-- техничкитехнички подсистемподсистем заза управљањеуправљање биолошкимбиолошким системомсистемом базиранбазираннана законузакону задатомзадатом одод биолошкогбиолошког системасистема ((оваова класакласа јеје, , уу ствариствари, , подкласаподкласа одод 3. 3. ОнаОна сесе засебнозасебно третиратретира јерјер јеје истовременоистовремено аналогноаналогносинтетичкисинтетички ии композитнокомпозитно синтетичкисинтетички бионичкибионички системсистем. . ТоТо јејетехничкитехнички подсистемподсистем уу биолошкомбиолошком системусистему, , алиали јеје конструисанконструисан нанапринципимапринципима биолошкогбиолошког системасистема),),-- аутоматскиаутоматски системсистем заза одржавањеодржавање потребногпотребног нивоанивоа наркозенаркозе приприоперацијамаоперацијама,,

-- системисистеми заза хибернацијухибернацију астронаутаастронаута припри истраживањуистраживању дубокогдубокогсвемирасвемира..