بیونیک-وبلاگ کارشیو
تاريخچه
براي آنكه متخصصان رشته هاي گوناگون مانند زيست شناسي و مهندسي يكديگر
را درك كنند،بايد زبان مشتركي پيدا كرد.زيست شناس اغلب احتياج دارد كه مهندس
درساختن مدل هاي طبيعي موجودات زنده به او كمك كند . براي مهندس ممكن است
باعث تعجب باشد كه مي بيند اصطلاحاتي كه زيست شناسان بكارمي برند به سادگي
و صراحت اصطلاحاتي كه او در كار روزانه اش استفاده مي كند نيستند. براي آنكه
يك تبادل افكارواقعي بين مهندس وزيست شناس صورت گيرد بايد زبان مشتركي را
بياموزند تا با هم ارتباط فكري داشته باشند .
بيونيك يك علم رابط است. بيونيك راه تازه اي است كه به مسائل موجودات زنده
و ماشين ها ازطريق گردآوري پژوهش هاي زيست شناسان ، روانشناسان ،مهندسان
و رياضيدانان مي نگرد .
شباهت كلمه بيونيك وبيولوژي (زيست شناسي) آدمي را متوجه ارتباط اين علم با
موجودات زنده مي كند.اين واژه نخستين بارتوسط سرگرد جك اي استيل افسرنيروي
هوايي آمريكا بكاربرده شد. اين علم هنگامي شهرت عمومي پيدا كرد كه700 مهندس
زيست شناس ، فيزيكدان ، رياضيدان و روانشناس در كنگره اي كه اواخر تابستان
1960 در شهرديتون ايالت اوهايو تشكيل شد شركت كردند . تعريف سرگرد استيل از
بيونيك عبارت است از:بيونيك علم سيستم هايي است كه شالوده آنها سيستم هاي زنده
مي باشند يا خصوصيات سيستم هاي زنده را دارند يا به سيستم هاي زنده مي مانند .
بيونيك به عنوان يكي ازعلوم پويا درجهان همگام با الكترونيك يا نوكلئونيك جايي
براي خود بازخواهد كرد . درابتدا بيونيك مربوط به كارهاي علمي بود وماشين هايي
را بررسي مي كرد كه كارآنها برپايه سيستم هاي زنده بود . بنابراين تعريفي خلاصه
براي آن پيدا شد : بيونبك عبارت است ازهنربكارگرفتن دانش سيستم هاي زنده براي
حل مسائل فني.انسان همواره براي الهام گرفتن به جهان پيرامون خود نگريسته است
پروازپرندگان هزاران سال رويا آفرين والهام بخش طرحهاي بيشماري ازماشين هاي
پرنده بوده است . يكي از بهترين طرح هاي شناخته شده ازلئوناردو داوينچي است .
داوينچي نشان داد كه طرح ماشين پرنده بايد براساس ساختمان بدن خفاش باشد و نه
چيز ديگر.استدلال هايش اين بود كه خفاش داراي بال هاي كاملا پوشيده اي است كه
هوا نمي تواند ازآن عبوركند . استخوان بندي اصلي بال جانور را پوستي پرده مانند
پوشانده است وآن راتقويت مي كند درحالي كه بال هاي پردارپرندگان هوا را ازخود
عبورمي دهند وبه استخوان ها وعضله هاي بزرگ نياز دارند . لئوناردو موتورسبك
ونيرومندي كه بتواند بال ها به حركت درآورد فراموش كرده بود وفقط روي انرژي
عضلاني انسان حساب كرده بود .
حدود 400 سال بعد اولين ماشين پرنده ساخته شد . طراح اين ماشين شخصي بنام
كلمان آدربود كه درطرح ماشين پرنده اختراعي خود ازهمان خفاش الهام گرفت .آدر
استخوان بندي يك روباه پرنده(نوعي خفاش بزرگ كه حركت سريع دارد) را با دقت
اندازه گرفت و آن راروي مقياس بزرگتري با تكه هايي ازچوب خيزران ساخت . بعد
اين استخوان بندي را با پارچه نازك مانند خفاش پوشاند . آدر به جاي اينكه بال ها را
به حركت درآورد ازملخ استفاده كرد. ساختن ملخ ازشاهپرهاي حقيقي، نشان مي دهد
كه اوبا چه دقت ومهارتي ازطبيعت تقليد كرده است. اگرچه انسان ازمشاهده پرندگان
براي بارنخست به فكرپروازافتاد اما اين طرح امروزه بسيار قديمي به نظر مي آيد و
مشاهدات جانورشناسان درمورد پرندگان براي مهندسي كه هواپيماي ماوراي صوت
امروزي را طرح مي كند ، چندان به درد نمي خورد .
درسال هاي جديد نيزالگوگيريهاي زيادي ازطبيعت انجام شده است . درسال1927
مهندس سويسي جئورج دي مسترال متوجه شد كه دليل چسبيدن گياه Cocklebursبه
پوستين او، هزاران قلاب كوچكي بود كه هرجوانه گياه را پوشانده است . او 8 سال
صرف كرد وكف پوش وقلاب هاي چسبنده را مشابه قلاب هاي اين گياه ابداع نمود .
بيونيك ، استخراج ايده هاي نوآورانه ازطبيعت
گروهي بيونيك را كاربرد اصول بيولوژيكي براي مطالعه و طراحي سيستم هاي
مهندسي بويژه سيستمهاي الكترونيكي مي داند وگروهي ازمتخصصان علوم مختلف
بيونيك راعلم استفاده ازنتايج تكاملي بيولوژي مي دانند.آنها براين عقيده اند كه وظيفه
بيونيك بررسي فرايندها وساختارهاي بيولوژيكي وسنتزمواد براي طراحي هاي آينده
درجهت توسعه علم ونوآوري است ايده بيونيك براين حقيقت استوارمي باشد كه تكامل
به طورمداوم در طبيعت در حال انجام است وتكنولوژي حيات بهترين حالت ونظم را
با يكديگردارند به همين جهت لازم است براي تكنولوژي هاي مدرن وفرايند نوآوري
ازحالت هاي تكاملي حيات الگوبرداري شود .
راهكارهاي بيونيك در توسعه علمي و نوآوري
اين ايده كه سيستم هاي طبيعي ممكن است ابزارهاي طراحي مناسبي باشند كه
بتوان درتكنولوژي سازندگي ونوآوري ازآنها استفاده كرد جديد نيست. بيونيك به طور
گسترده براي خلق راه حل هاي نوآورانه ومتناوب براي مشكلات درطراحي وساخت
وتوليد استفاده شده است . Kevlar يك فيبرقوي و محكمي است كه دردانش هوانوردي
و ساخت جليقه هاي ضد گلوله استفاده مي شود اين ماده با بكار بردن فشارقابل توجه
و گرماي توليدي از مواد نفتي درحدود F° 1400 ساخته مي شود . يك عنكبوت كه
فرآيند آن ممكن است كم ارزش به حساب بيايد بدون استفاده از كمترين چيزي مانند
گرما،موادي توليد مي كند كه10 برابر قوي ترازيك سيستم مفتولي هم اندازه آن است.
يا مي توان جوجه تيغي را درنظرگرفت كه يك مهندسي ماهرانه دارد. تيغهاي جوجه
تيغي داراي توانايي منحصر به فرد هستند كه وقتي از مكان نسبتا بلند مي افتد سالم
مي ماند. تيغ هاي جوجه تيغي به بهترين نحو كارمي كنند آنها داراي يك ساختارشش
گوش زبروخشن هستند كه ضربه را جذب مي كنند. پانتئو اتومبيل جديد ساخت فيات
شكل آيروديناميكي مناسبي دارد . شكل ظاهري آن از ماهي الهام گرفته شده است كه
وقتي درمعرض جريان هوا قرارمي گيرد ازبالا وپايين هيچ اغتشاش و گردابي ايجاد
نمي كند.ساخت وپيشرفت سراميك ها با الگوگيري ازصدف ها، ساخت Bioreactors
وساخت CRYSTAL PALACE با الهام از برگ هاي يك زنبق آبي بزرگ .
دولفين با نيروي عضلاني كم مي تواند به سرعت درآب دريا حركت كند و آب به
نرمي درامتداد بدن دولفين عبور كند . را دولفين دراين است كه پوست بدنش دو لايه
است : لايه نازك بيروني شديدا قابل ارتجاع است ،لايه ضخيم دروني شبيه يك رشته
لوله پرشده ازماده اسفنجي است . تلاطم با افزايش فشارهمراه است و اگريك جريان
پرتلاطم دراطراف بدن دولفين تشكيل شود پوست قابل ارتجاع بيروني ، فشاررا به
لايه اسفنجي وتراكم پذيردروني منتقل مي سازد. امروزه براي ساختن زيردريايي ها
سعي مي كنند جدارآنها را مانند پوست بدن دولفين بسازند تا ازتلاطم آب كاسته شود.
همچنين از پوست دولفين روكش هاي جديدي كه درصنايع هواپيماسازي ودريايي به
كار مي روند استفاده مي نمايند .
طبيعت رهنمودي درمعماري
ازديدگاه مكتب فانكشناليسم فرم زنده كاملترين وزيباترين موجوديت مكانيكي است
فرم ها و ساختارهاي طبيعي داراي نهايت درجه تكامل در نوع خود هستند بنابراين
سبب پيدايش طراحي ارگانيك ( طبيعت + ساخته دست بشر) شده است . نيروهاي
محيطي درموجوديت وفرم ظاهري موجودات زنده اعم هز گباهي و جانوري مؤثرند
وفرم آنها تا حد زيادي زاييده وتابع اثرات نيروهاي محيطي برآنهاست.(درساقه انواع
گياهان بندها وحلقه هايي قطعات ساقه را به هم نگه مي دارد.اين قطعات درعين حفظ
يكپارچگي ساختارگياهي به گياه امكان انحناء ملايم درمحل بند وحلقه مي دهند . در
اسكلت هاي جانوري مشابه اين عمل درمفاصل آنها مشهود هستند . درساختمان هاي
بلند مرتبه نيزوجود حلقه اتصالي با تونل هاي باد يا ديافراگم هايي تعبيه مي شود .)
اكنون بيولوژيست ها با مطالعه ساختارهاي مولكولي فرايندهاي زنده اشكال ميكرو-
ارگانيزم هايي را كه از قوانين معمول و كلاسيك فيزيك پيروي نمي نمايند به جهان
عرضه نموده اند. ريتم هاي پنهان علوم نوين اين باربه سوي سيستم هاي غيرخطي و
پيچيده مي روند .
مدل هاي شهري كه درقرن بيستم استفاده مي شدند قادربه حل مشكلات ناشي از
جمعيت زياد و رشد سريع آن نبود. ما بايد شعاركهنه اثرات حداقل محيط پيرامون را
با شعار جديد نفوذ هرچه بيشتر محيط پيرامون ، جايگزين كنيم. رشد عمودي شهرها
با منطق استفاده عاقلانه ازانرژي، با " گسترش بدون مرز" وايجاد شهرهاي كوچكتر
وابسته به هسته مركزي مواجه شد. مدلهاي موجود آسمانخراشها به خاطرمحدوديت-
هاي تكنولوژيكي وطبيعت غيرانساني شان بسيارغيرموجه هستند. اين مدلهاي موجود
نمي توانند پاسخ مناسبي براي بخش عمده گسترش عمودي شهرها باشند . اززمان
ساخت بناي امپاير استيت (Empire State) در سال 1931 با ارتفاع 380 متري اش
تا برج هاي امروزه پتروناس با 450 مترارتفاع ، تنها توانسته ايم ارتفاع را 70 متر
افزايش دهيم . دنياي امروز، گسترش يك مدل ابداعي ازساخت و سازهاي عمودي
ويك شكل كردن آنها را ، در فلسفه نوين زندگي، يك وظيفه اجتماعي معتبر مي داند.
تعهدي شامل بيان مفاهيم تكنولوژيكي انقلابي و متحول كننده كه قادراست به وسيله
مدل هاي جديد بيو اكولوژيكي طراحي شهري و معماري ، حد ارتفاعي را 500 متر
افزايش دهد . بعد از فلسفه بيولوژيكي با شعار" طبيعت، اولين و بهتر" ، بيونيك در
اواسط قرن بيستم درروسيه به عنوان شاخه اي ازعلم سايرعلوم طبيعي و تكنيكهاي
مهندسي متولد شد . بيونيك يك نظام ارتباطي بين بيولوژي و تكنولوژي صنعتي تلقي
مي شد . موضوع آن مطالعه سازه ها و فرآيند هاي مختلف موجود درپديده هاي
بيولوژيكي است .
برج بيونيك اولين مدل موجود ازسازه هاي شهري بيو اكولوژيكال است كه بر
مبناي شرايط و قواعد محيط هاي شهري واجتماعي شهرهايي كه ساخته مي شوند
پايه ريزي شده بود . براساس مدل هاي رايج و قراردادي " طراحي شهري افقي" و
"تراكم پايين" صدهزارسكنه مي توانند درمحدوده اي به شعاع 2 كيلومتر با نيازهاي
ضروري كه براي زندگي شهري لازم است زندگي كنند.ازسوي ديگر، شهرعمودي
برج بيونيك با گنجايش صد هزارسكنه تنها محدوده اي به شعاع 5/. كيلومتررا اشغال
مي كند كه باعث برگرداندن زمين به طبيعت مي شود.
شهرعمودي براساس مدل هاي طبيعي طراحي شده است : سبكي واستحكام
استخوانهاي پرندگان، انعطاف پذيري ساختار سبزيجات ورشد براساس مدل طبيعي
ساختاريك درخت وريشه هاي پراكنده آن . پژوهش درخصوص برج بيونيك ازسال
92 توسط تيم علمي سرورا وپيوزآغاز شد كه نتيجه آن نشريك نظريه جديد بيونيك بر
مبناي قواعد ساختاري قطعات بيولوژيكي قابل انعطاف ومستحكم بود.مدل ساختاري
عمدتا ازتحليل علمي تغييرات ساختاري كه درسبزيجات به وجود مي آيندالهام گرفته
شده بود كه حد ومرزارتفاعي معمول را به طرزقابل توجهي افزايش مي داد.با توجه
به استحكام سيستم ظرف هايي ازآوند كه در بيشتر سبزيجات وجود دارد ، اصل
سيستم سازه اي و ارتباطات عمودي شهر عمودي برج بيونيك بين همسايگي هاي
مختلف در سه بخش مركزي در 92 ستون خياباني تكنولوژيكي نظام يافته است .
وظيفه اين ستون هاي خياباني جابه جا كردن ساكنان ، آب ، انواع مختلف سيالات
موجود و انرژي لازم براي كل مجموعه است( درست مانند وظيفه آوند در ساختار
گياهان ). ساختار اين ستون هاي خياباني سوراخي است كه با غشاي نازك و پيچ و
تاب خورده اي شكل گرفته و اطرافش با بتن هاي خاصي پوشانده شده و در نهايت
شكلي كپسول مانند به خود گرفته است. پيچ خوردگي غشاء باعث بالارفتن استحكام
مجموعه وهمچنين قابليت انعطاف دربرابربارغيرمتمركزوبي نظم فشارباد مي شود.
پوسته خارجي برج با الهام از ويژگي متخلخل و رخنه پذير بودن در عين استحكام
آشيانه پرندگان در طبيعت طراحي شده است . پوسته اجازه مي دهد كه هواي طبيعي
كنترل شده و نور به داخل مجموعه وارد شوند و با خلق يك مايكرو كلايم، به طور
موثري در پايداري انعطاف پذير كل مجموعه شركت كنند.
فونداسيون شناور و سيستم ضد زلزله اي: يك سيستم متخلخل و مقاوم
اين سيستم هاي پيچيده خاصيت منحصر به فرد ريشه هاي درختان بزرگ است.اگر
بخواهيم به زبان ساده تر بيان كنيم بايد گفت كه درختان درمركز يك ساختار بي نظم
كه ازميليون ها ريشه شكل گرفته است ، غوطه ورهستند . اين ريشه هاي پراكنده
آنها را قادر مي كند كه جابجايي هاي خرد ناشي از باد را به خاك منتقل كنند.
بحث و نتيجهگيري
فرايند نوآوري ازجمله مباحث بسيارمهم واساسي درتوسعه پيشرفت كشورهاي
مختلف است كه اين مهم با توسعه علمي و بهره گيري از علوم بين رشته اي و
متدولولژيهاي نوآورانه فراهم ميگردد. دراين متن به يكي ازاين روشها يعني بيونيك
به صورت مختصر پرداخته شده است درصورتي كه بهره هاي فراواني در توسعه
علوم و نوآوري از تحقيق و تفحص درطبيعت ميتوان به دست آورد. مهندسان علوم
مختلف با كمك بيولوژيستها بايد اصول طرح وبرنامه هاي جهان بيولوژيكي را درك
كرده و در جهت توسعه و بهبود علوم و نوآوري فناورانه از ان استفاده نمايند .
اين خود يك همكاري بين رشته هاي متنوع علوم ويك علم بين رشته اي است كه درك
انسان را ازطبيعت و چگونگي عملكرد آن افزايش مي دهد و موجب كشف راه حلهاي
نوآورانه در زمينه هاي پژوهشي ميگردد . تقليد جزء به جزء از طبيعت اگر ناممكن
نباشد ، معمولاً كار سادهاي نيست . مسئلة اصلي اين نيست كه عيناً تمام جزئيات مدل
اصلي كپي شود ، بلكه ابتدا بايد به اصول كارهر چيزي درطبيعت پي برد و سپس از
اين شناخت وآگاهي براي طراحي و ساختن وسايل ماشينهاي مهندسي استفاده كرد.
اين تنها راه واقعي تقليد ا زطبيعت است كه پيشرفت را بر ميانگيزد ، و مرز بين
بيولوژي و مهندسي را درهم ميريزد . و با دقت درخصوصيات شكلي واصول حاكم
برجانداران تغييرات صنعتي تازهاي درساخت وپيشرفت علوم مهندسي ايجاد مي شود.
در این وبلاگ مطالبی در مورد دوبله و تئاتر درج میشود