Mine sisu juurde

Bioonika: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatusUuem muudatus →
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
Kstoop3 (arutelu | kaastöö)
26 muudatust
PResümee puudub
Kstoop3 (arutelu | kaastöö)
26 muudatust
P Lisasin Ajaloo ning valiku näiteid
1. rida: 1. rida:
'''Bioonika''' ('''bio''' + (elektro)'''onika'''; varasemas kirjanduses ''biomimeetika'') on [[bioloogia]] ja [[tehnika]] [[piiriteadus]], mis uurib bioloogilisi struktuure, [[biosüsteem|süsteeme]] ja protsesse ning neid analüüsides ja aluseks võttes püüab leida tehnikaprobleemidele lahendusi<ref name="TEA"/>. Bioonika muutus iseseisvaks teadusharuks 1960ndatel<ref name="TEA"/>.
'''Bioonika''' ('''bio''' + (elektro)'''onika'''; varasemas kirjanduses ''biomimeetika'') on [[bioloogia]] ja [[tehnika]] [[piiriteadus]], mis uurib bioloogilisi struktuure, [[biosüsteem|süsteeme]] ja protsesse ning neid analüüsides ja aluseks võttes püüab leida tehnikaprobleemidele lahendusi<ref name="TEA"/>. Bioonika muutus iseseisvaks teadusharuks 1960ndatel<ref name="TEA"/>.


Termini biomimeetika võttis kasutusele Otto Schmitt 1950ndatel. Sõna bioonika kasutas esmakordselt Jack E. Steele aastal 1958. Kui Steele sõna esmakordselt kasutas, ei mõelnud ta selle all praeguseks välja kujunenud bioonika mõistet, vaid bioloogiliste süsteemide ja organismide uurimist, et leida lahendusi inseneeria lahendustele (nüüdseks biomimeetika mõiste). Sõna tuleneb arvatavasti sõnade bios (Kreeka keeles elu) ning elektroonika järelliite ühendamisel.<ref>{{Netiviide|Autor=Etymonline|URL=http://www.etymonline.com/word/bionics|Pealkiri=Bionics Origin|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref> Teiseks võimaluseks on tehnilise termini bion (Vana-Kreeka keelest:βίος , tähendab elu) ning järelliitest -ic, mis tähendab „moodi” ning sellest tulenevalt ka termini tähendus: elu moodi. Sõna muutus populaarsemaks 70ndatel Ameerika teleseriaali The Six Million Dollar Man ning The Bionic Woman, millest mõlemad baseerusid Martin Caidini Romaanil, mis on mõjutatud Jack Steele’i tööst.
Termini biomimeetika võttis kasutusele Otto Schmitt 1950ndatel. Sõna bioonika kasutas esmakordselt Jack E. Steele aastal 1958. Kui Steele sõna esmakordselt kasutas, ei mõelnud ta selle all praeguseks välja kujunenud bioonika mõistet, vaid bioloogiliste süsteemide ja organismide uurimist, et leida lahendusi inseneeria lahendustele (nüüdseks biomimeetika mõiste). Sõna tuleneb arvatavasti sõnade bios (Kreeka keeles elu) ning elektroonika järelliite ühendamisel. Teiseks võimaluseks on tehnilise termini bion (Vana-Kreeka keelest:βίος , tähendab elu) ning järelliitest -ic, mis tähendab „moodi” ning sellest tulenevalt ka termini tähendus: elu moodi <ref>{{Netiviide|Autor=Etymonline|URL=http://www.etymonline.com/word/bionics|Pealkiri=Bionics Origin|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.

Sõna biomimeetika kasutatakse rohkem keemiliste reaktsioonide puhul. Biomimeetika on interdistsiplinaarne valdkond, kus tehnika, keemia ja bioloogia põhimõtete rakendamisel kasutatakse materjalide sünteesi, sünteetiliste süsteemide või masinate funktsioone, mis jäljendavad bioloogilisi protsesse<ref>{{Netiviide|Autor=|URL=https://www.nature.com/subjects/biomimetics|Pealkiri=Biomimetics meaning|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.

Biooniliste leiutiste alla kuuluvad bioonilised silmad, bioonilised jäsemed, Intarcia insuliiniimplantaat, biooniline pankreas ja palju muud <ref>{{Netiviide|Autor=|URL=https://labiotech.eu/cyborg-evolution-top-10-medtech-developments-of-2015/|Pealkiri=Top 10 bioonilist arendust|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>. Biomimeetika professor Julian Vincent Bathi ülikooli mehaanilise inseneeria osakonnast on ööeldnud, et hetkel on bioloogia ja tehnoloogia kattuvus mehaanika kasutamise vaatenurgast kõigest 12 protsenti <ref>{{Netiviide|Autor=Julian F.V Vincent|URL=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1664643/|Pealkiri=Biomimetics: It's practice and theory|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.

== Ajalugu ==
Varaseim kirja pandud tehisjäse loodi 15.sajandil eKr, mil muumial oli eemaldatud varvas ning asendatud see nahast ja puidust tehtud proteesiga. Kõige rohkem kasutati algelisi bioonilisi jäsemeid sõja ajal. Järgnevad teated tehisjäsemete kasutamisest leidsid aset Kreeka ja Rooma sõja ajal, mil Ambroise Pare, prantsuse militaarkirurgi tunnustati tema kunstlike ala ning ülajäsemete loomisel. Tema mehaanilist kätt kandis prantsuse sõjakapten lahingus. Tolleaegsed tehisjäsemed tehti olemasolevatest materjalidest ehk puidust, nahast ning metallist.

1797.aastal mõistis Alessandro Volta, et kuulmise saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil. Sellele järeldusele jõudis Volta patsiendi abiga, kes väitis, et suudab kuulda müra pärast ajuoperatsiooni, kui tema kuulmisnärvile anti elektriimpulss. See viis esimese implantaadi paigaldamiseni kotikesenärvi stimuleerimiseks. Volta avastuse tõttu hakkasid teadlased Dijourno ja Eyries eksperimente. Nad tegid mähise, mis oli ühendatud elektroodiga sisekõrva, mis oli omakorda ühendatud oimulihasega. Seejärel nad võtsid teise mähise ning kasutasid seda mikrofoniga abil genereeritud signaalide edastamiseks. Katsealune kuulis taustamüra ja suutis eraldada muutuseid signaalis. See avastus tõi kaasa uute tehnoloogiliste vidinate näiteks sisekõrva implantaadi loomise.

Kui avastati, et kuulmist saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil, loodi mitmekanaliline sisekõrvaimplantaat. See möödub talitlushäirega sisekõrvast ning tagab infovoo edastuse aju kuulmiskeskuse kuulmisnärvidele elektrilise stimulatsiooni abil.

Samasugused avastused tehti ka bioonilise nägemise, kardiovaskulaarsete rakenduste ja palju muu osas <ref>{{Raamatuviide|autor=Thurston, Alan J.|pealkiri=Pare and Prosthetics: The Early History of Artificial Limbs|aasta=2007|koht=Pare and Prosthetics: The Early History of Artificial Limbs|kirjastus=ANZ Journal of Surgery|lehekülg=114-119}}</ref>.

=== Tähtsaimad aastaarvud bioonika ajaloos: ===
* 1945. aastal arendas Willen J.Koff välja esimese neerudialüüsimasina <ref name=":0">{{Netiviide|Autor=Emma Lloyd|URL=http://www.healthguideinfo.com/prosthetics-bionics/p9070/|Pealkiri=The History of Bionics|Väljaanne=2008|Aeg=29.09|Kasutatud=}}</ref>.
* 1950. aastal lõi Alan Turing Turingi Testi. Test on mõeldud otsustamaks, kas [[arvuti]] suudab näidata inimese tasemel intelligentset käitumist.
* 1958. aastal siirdatati täielikult esimene südamestimulaator inimesse Karolinska Ülikoolis, Rootsis. Eksperimenti ei õnnestunud, sest implantaat pidas vastu kõigest kolm tundi. Samal aastal leiutas ka Jack E. Steele sõna bioonika.
* 1961 MIT ülikoolis luuakse arvuti abil juhitav käsi
* 1962 John Charnley arendas kõrge tihedusega polüetüleeni, mida kasutatati hiljem tehispuusaliigestes.
* 1971 Bausch ja Lomb arendasid maailma esimesed pehmed kontaktläätsed
* 1978 Mitmekanalise kuuldeaparaadi esmakordne kasutamine. See laseb katsealusel kuulda imiteerides sisekõrva käitumist.
* 1987 Parkinsoni põdevale patsiendil siirdatakse elektriline süvaaju implantaat.
* 1996 Šoti teadlased kloonisid esimese imetaja, kelleks oli lammas Dolly
* 1997 Maailma maletšempion Garry Kasparov kaotas malearvutile nimega Deep Blue.
* 1999: AIBO, esimene tehisintellektist lemmikloom loodi Sony firma poolt. Lemmikloom oskas kõndida, mõistis ja oskas vastata suulistele juhtnööridele.
* 2000: Silikoonist tehisvõrkkest siirdati inimese silma. Võrkkest loodi silikoonist mikrokiipidest, mis sisaldasid tuhaneid väikeseid valgust konverteerivaid ühikuid.
* 2001: Jesse Sullivanile kinnitatakse täielikult funktsioneeriv robotkäsi, mis loodi Chicago rehabilitatsiooni instituudis. Käel oli närvirakkude implantaaat, mis lasi tal kätt mõttejõul liigutada. <ref name=":0" />.

== Näited bioonilistest leiutistest ==
* Robootikas kasutatakse bioonikat ja biomimeetikat, et imiteerida loomade liikumist. BionicKangaroo põhines kängurude liikumisel ja füsioloogial <ref>{{Netiviide|Autor=Festo|URL=https://www.festo.com/group/en/cms/10219.htm|Pealkiri=Bionic Kangaroo|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* Velcro on kõige tuntuim näide biomimeetikast. 1948.aastal koristas George de Mestral enda koera takjatest ning taipas, kuidas takjad kinnituvad karva külge<ref>{{Netiviide|Autor=Jonas Salomonsen|URL=http://sciencenordic.com/top-10-best-copies-nature-part-2|Pealkiri=Best copies of Nature|Väljaanne=2012|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* 1935. aastal leiutas Percy Shaw kassi silmade peegeldajad. Ta leidis, et kassidel oli peegeldavate rakkude süsteem nimega tapetum lucidum, mis oli võimeline peegeldama ka väikest kogust valgust <ref>{{Netiviide|Autor=BBC archives|URL=http://www.bbc.co.uk/ahistoryoftheworld/objects/aztoAsvNQ4GBWiQqzOLo5Q|Pealkiri=Cat's Eyes|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* Leonardo da Vinci lennumasin ja -laev on varajased näited looduse ja tehnika ühendamisest <ref>{{Netiviide|Autor=|URL=http://www.da-vinci-inventions.com/flying-machine.aspx|Pealkiri=Flying Machine by Leonardo Da Vinci|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* Resilin on kummiasendus, mis loodi lülijalgsetest leitavast materjalist <ref>{{Netiviide|Autor=John Bohannon|URL=http://www.sciencemag.org/news/2005/10/natures-super-rubber-made-lab|Pealkiri=Nature's Super-Rubber Made in Lab|Väljaanne=2005|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* Julian Vincent arendas aastal 2004 männikäibisid uurides "targa" kanga, mis kohandub temperatuurimuutustele. "Ma tahtsin elutut süsteemi, mis vastaks niiskuse muutustele kuju muutmisega. Selliseid süsteeme leidub taimede seas, kuid enamik neist on väga väikesed. Männikäbi on suurim ja seega lihtsaim, mille kallal töötada." Männikäbid reageerivad kõrgemale niiskusele avades enda käbisoomused (seemendamiseks). Tark kangas teeb sama. See avaneb, kui kandjal on soe ning ja sulgeb selle külma korral <ref>{{Netiviide|Autor=Damir Beciri|URL=http://www.robaid.com/bionics/pine-cones-inspire-new-materials-that-change-their-shape-according-to-stimuli.htm|Pealkiri=Pine Cones Inspire New Materials That change their shape according to Stimuli|Väljaanne=2013|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
* Muunduvad õhusõiduki tiivad, mis muudavad kuju vastavalt kiirusele ja reisi pikkusele, disainiti aastal 2004 biomimeetika teadlaste poolt Penni riiklikus ülikoolis. Muunduvad tiivad olid inspireeritud linnutiibade kujust, kellel olid erinevad tiivakujud vastavalt liikumiskiirusele. Lisaks tiibade kujumuutusele ning põhistruktuurile pidid teadlased tegema pealmise kihi, mille kuju oleks samuti võimalik muuta. Nende pealmine disain muudab kuju kaladest inspireeritud soomustega, mis saavad üksteise peale libiseda <ref>{{Netiviide|Autor=Penn State|URL=https://www.sciencedaily.com/releases/2004/04/040422000037.htm|Pealkiri=Airplane Wings that Change Shape Like a Bird's Have Scales Like a Fish|Väljaanne=2004|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.  


== Kasutatud kirjandus ==
== Kasutatud kirjandus ==

Redaktsioon: 1. november 2017, kell 00:31

Bioonika (bio + (elektro)onika; varasemas kirjanduses biomimeetika) on bioloogia ja tehnika piiriteadus, mis uurib bioloogilisi struktuure, süsteeme ja protsesse ning neid analüüsides ja aluseks võttes püüab leida tehnikaprobleemidele lahendusi[1]. Bioonika muutus iseseisvaks teadusharuks 1960ndatel[1].

Termini biomimeetika võttis kasutusele Otto Schmitt 1950ndatel. Sõna bioonika kasutas esmakordselt Jack E. Steele aastal 1958. Kui Steele sõna esmakordselt kasutas, ei mõelnud ta selle all praeguseks välja kujunenud bioonika mõistet, vaid bioloogiliste süsteemide ja organismide uurimist, et leida lahendusi inseneeria lahendustele (nüüdseks biomimeetika mõiste). Sõna tuleneb arvatavasti sõnade bios (Kreeka keeles elu) ning elektroonika järelliite ühendamisel. Teiseks võimaluseks on tehnilise termini bion (Vana-Kreeka keelest:βίος , tähendab elu) ning järelliitest -ic, mis tähendab „moodi” ning sellest tulenevalt ka termini tähendus: elu moodi [2].

Sõna biomimeetika kasutatakse rohkem keemiliste reaktsioonide puhul. Biomimeetika on interdistsiplinaarne valdkond, kus tehnika, keemia ja bioloogia põhimõtete rakendamisel kasutatakse materjalide sünteesi, sünteetiliste süsteemide või masinate funktsioone, mis jäljendavad bioloogilisi protsesse[3].

Biooniliste leiutiste alla kuuluvad bioonilised silmad, bioonilised jäsemed, Intarcia insuliiniimplantaat, biooniline pankreas ja palju muud [4]. Biomimeetika professor Julian Vincent Bathi ülikooli mehaanilise inseneeria osakonnast on ööeldnud, et hetkel on bioloogia ja tehnoloogia kattuvus mehaanika kasutamise vaatenurgast kõigest 12 protsenti [5].

Ajalugu

Varaseim kirja pandud tehisjäse loodi 15.sajandil eKr, mil muumial oli eemaldatud varvas ning asendatud see nahast ja puidust tehtud proteesiga. Kõige rohkem kasutati algelisi bioonilisi jäsemeid sõja ajal. Järgnevad teated tehisjäsemete kasutamisest leidsid aset Kreeka ja Rooma sõja ajal, mil Ambroise Pare, prantsuse militaarkirurgi tunnustati tema kunstlike ala ning ülajäsemete loomisel. Tema mehaanilist kätt kandis prantsuse sõjakapten lahingus. Tolleaegsed tehisjäsemed tehti olemasolevatest materjalidest ehk puidust, nahast ning metallist.

1797.aastal mõistis Alessandro Volta, et kuulmise saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil. Sellele järeldusele jõudis Volta patsiendi abiga, kes väitis, et suudab kuulda müra pärast ajuoperatsiooni, kui tema kuulmisnärvile anti elektriimpulss. See viis esimese implantaadi paigaldamiseni kotikesenärvi stimuleerimiseks. Volta avastuse tõttu hakkasid teadlased Dijourno ja Eyries eksperimente. Nad tegid mähise, mis oli ühendatud elektroodiga sisekõrva, mis oli omakorda ühendatud oimulihasega. Seejärel nad võtsid teise mähise ning kasutasid seda mikrofoniga abil genereeritud signaalide edastamiseks. Katsealune kuulis taustamüra ja suutis eraldada muutuseid signaalis. See avastus tõi kaasa uute tehnoloogiliste vidinate näiteks sisekõrva implantaadi loomise.

Kui avastati, et kuulmist saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil, loodi mitmekanaliline sisekõrvaimplantaat. See möödub talitlushäirega sisekõrvast ning tagab infovoo edastuse aju kuulmiskeskuse kuulmisnärvidele elektrilise stimulatsiooni abil.

Samasugused avastused tehti ka bioonilise nägemise, kardiovaskulaarsete rakenduste ja palju muu osas [6].

Tähtsaimad aastaarvud bioonika ajaloos:

  • 1945. aastal arendas Willen J.Koff välja esimese neerudialüüsimasina [7].
  • 1950. aastal lõi Alan Turing Turingi Testi. Test on mõeldud otsustamaks, kas arvuti suudab näidata inimese tasemel intelligentset käitumist.
  • 1958. aastal siirdatati täielikult esimene südamestimulaator inimesse Karolinska Ülikoolis, Rootsis. Eksperimenti ei õnnestunud, sest implantaat pidas vastu kõigest kolm tundi. Samal aastal leiutas ka Jack E. Steele sõna bioonika.
  • 1961 MIT ülikoolis luuakse arvuti abil juhitav käsi
  • 1962 John Charnley arendas kõrge tihedusega polüetüleeni, mida kasutatati hiljem tehispuusaliigestes.
  • 1971 Bausch ja Lomb arendasid maailma esimesed pehmed kontaktläätsed
  • 1978 Mitmekanalise kuuldeaparaadi esmakordne kasutamine. See laseb katsealusel kuulda imiteerides sisekõrva käitumist.
  • 1987 Parkinsoni põdevale patsiendil siirdatakse elektriline süvaaju implantaat.
  • 1996 Šoti teadlased kloonisid esimese imetaja, kelleks oli lammas Dolly
  • 1997 Maailma maletšempion Garry Kasparov kaotas malearvutile nimega Deep Blue.
  • 1999: AIBO, esimene tehisintellektist lemmikloom loodi Sony firma poolt. Lemmikloom oskas kõndida, mõistis ja oskas vastata suulistele juhtnööridele.
  • 2000: Silikoonist tehisvõrkkest siirdati inimese silma. Võrkkest loodi silikoonist mikrokiipidest, mis sisaldasid tuhaneid väikeseid valgust konverteerivaid ühikuid.
  • 2001: Jesse Sullivanile kinnitatakse täielikult funktsioneeriv robotkäsi, mis loodi Chicago rehabilitatsiooni instituudis. Käel oli närvirakkude implantaaat, mis lasi tal kätt mõttejõul liigutada. [7].

Näited bioonilistest leiutistest

  • Robootikas kasutatakse bioonikat ja biomimeetikat, et imiteerida loomade liikumist. BionicKangaroo põhines kängurude liikumisel ja füsioloogial [8].
  • Velcro on kõige tuntuim näide biomimeetikast. 1948.aastal koristas George de Mestral enda koera takjatest ning taipas, kuidas takjad kinnituvad karva külge[9].
  • 1935. aastal leiutas Percy Shaw kassi silmade peegeldajad. Ta leidis, et kassidel oli peegeldavate rakkude süsteem nimega tapetum lucidum, mis oli võimeline peegeldama ka väikest kogust valgust [10].
  • Leonardo da Vinci lennumasin ja -laev on varajased näited looduse ja tehnika ühendamisest [11].
  • Resilin on kummiasendus, mis loodi lülijalgsetest leitavast materjalist [12].
  • Julian Vincent arendas aastal 2004 männikäibisid uurides "targa" kanga, mis kohandub temperatuurimuutustele. "Ma tahtsin elutut süsteemi, mis vastaks niiskuse muutustele kuju muutmisega. Selliseid süsteeme leidub taimede seas, kuid enamik neist on väga väikesed. Männikäbi on suurim ja seega lihtsaim, mille kallal töötada." Männikäbid reageerivad kõrgemale niiskusele avades enda käbisoomused (seemendamiseks). Tark kangas teeb sama. See avaneb, kui kandjal on soe ning ja sulgeb selle külma korral [13].
  • Muunduvad õhusõiduki tiivad, mis muudavad kuju vastavalt kiirusele ja reisi pikkusele, disainiti aastal 2004 biomimeetika teadlaste poolt Penni riiklikus ülikoolis. Muunduvad tiivad olid inspireeritud linnutiibade kujust, kellel olid erinevad tiivakujud vastavalt liikumiskiirusele. Lisaks tiibade kujumuutusele ning põhistruktuurile pidid teadlased tegema pealmise kihi, mille kuju oleks samuti võimalik muuta. Nende pealmine disain muudab kuju kaladest inspireeritud soomustega, mis saavad üksteise peale libiseda [14].  

Kasutatud kirjandus

Viited

  1. ↑ 1,0 1,1 TEA entsüklopeedia 4. köide, 2009.
  2. ↑ Etymonline. "Bionics Origin".
  3. ↑ "Biomimetics meaning".
  4. ↑ "Top 10 bioonilist arendust".
  5. ↑ Julian F.V Vincent. "Biomimetics: It's practice and theory".
  6. ↑ Thurston, Alan J. (2007). Pare and Prosthetics: The Early History of Artificial Limbs. Pare and Prosthetics: The Early History of Artificial Limbs: ANZ Journal of Surgery. Lk 114-119.
  7. ↑ 7,0 7,1 Emma Lloyd (29.09). "The History of Bionics". 2008. {{netiviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |Aeg= (juhend)
  8. ↑ Festo. "Bionic Kangaroo".
  9. ↑ Jonas Salomonsen. "Best copies of Nature". 2012.
  10. ↑ BBC archives. "Cat's Eyes".
  11. ↑ "Flying Machine by Leonardo Da Vinci".
  12. ↑ John Bohannon. "Nature's Super-Rubber Made in Lab". 2005.
  13. ↑ Damir Beciri. "Pine Cones Inspire New Materials That change their shape according to Stimuli". 2013.
  14. ↑ Penn State. "Airplane Wings that Change Shape Like a Bird's Have Scales Like a Fish". 2004.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Bioonika&oldid=4792644"