ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 57
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Санкт–Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Фельдшерский колледж»
______________________________________________________________
Исследовательский проект.
По дисциплине ОУП.11 Биология
для специальности 34.02.01 «Сестринское дело»
2 семестр
по теме «Биология и бионика»
Выполнила студент:
группы № 117
Аверьянов Дмитрий
Михайлович
Подпись______________
Преподаватель:
Подпись______________
Санкт–Петербург
2022-2023г
ВВЕДЕНИЕ
Биология и бионика – две науки, которые в своих исследованиях обращаются к живым системам, однако с разными целями и подходами. Биология изучает природные живые организмы, их структуру, функции и взаимодействие, стремясь понять принципы жизни и ее разнообразие на планете Земля. В свою очередь, бионика – наука о применении биологических принципов и систем к разработке и улучшению технических решений и инноваций.
Эти две науки, на первый взгляд, могут показаться несвязанными, однако они обладают важными перекрестными точками и взаимозависимостью. Именно путем изучения живых организмов и их удивительных адаптаций бионика находит вдохновение для разработки новых технологий, материалов и систем.
Биология раскрывает перед нами сложность организации живых существ, их адаптивные механизмы и эффективные решения, накопленные миллионами лет эволюции. Она позволяет понять, какие принципы и стратегии лежат в основе выживания и успешного функционирования живых систем. Бионика же берет эти биологические принципы и применяет их для разработки новых технологий и инновационных решений в различных областях, от медицины до инженерии и дизайна.
В настоящее время бионика является одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений научных исследований. Бионические разработки уже нашли свое применение в создании роботов, имитирующих движения животных, в создании искусственных органов, биомиметических материалов и многих других областях.
Целью данного реферата является рассмотрение связи между биологией и бионикой, исследование их основных принципов и применения в практике. Мы рассмотрим ключевые аспекты биологии, включая структуру и функции живых организмов, эволюцию и генетику, а также основные принципы бионики и примеры ее применения в различных областях.
Определение биологии. Биология – это наука, изучающая живые организмы, их структуру, функции, эволюцию, размножение, наследственность, взаимодействие с окружающей средой и другие аспекты жизни. Она исследует организацию живых систем на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях, стремясь понять принципы, которыми руководствуется жизнь на Земле.
Определение бионики. Бионика – это наука, которая использует принципы и системы, найденные в природе, для разработки новых технических решений и инноваций. Бионика сочетает биологические принципы с инженерным подходом, позволяя создавать усовершенствованные и эффективные технические системы, материалы и устройства, основываясь на изучении и анализе природных примеров.
История развития биологии насчитывает тысячи лет. С самых древних времен люди интересовались живыми существами и их функционированием. Наблюдения и изучение природы позволили сформировать основы биологических наук. В 17-18 веках появились первые систематические классификации организмов, а в 19 веке была открыта клеточная теория и разработаны основы генетики.
Предыстория бионики восходит к Древнему Египту, где 3000 лет назад был использован первый известный протез — деревянный палец, который был прикреплен к стопе куском кожи. Первые настоящие средства реабилитации использовались в Греции и Риме для сражений. Потеря конечностей стала повторяться из-за того, что солдаты были ранены на войне.
Прошло время, пока не начали использоваться механические конечности, которые восстанавливали функцию утраченных конечностей. Это было в XVI веке, когда французский хирург-цирюльник Амбруаз Паре изобрел протез руки с механизмом для перемещения пальцев. Паре работал на поле боя, а также заложил основу для хирургических ампутаций, первого важного шага в последующем изготовлении имплантатов.
Его «Le Petit Lorrain», механическая рука, управляемая защелками и пружинами, была надета капитаном французской армии в бою. Протезы обычно проектировались как тяжелые, грубые устройства, изготовленные из материалов, которые были доступны только в то время, таких как дерево, кожа, металл и т.д.
Как правило, протезы состояли из деревянной ножки или крючка, заменяющего руку. Кроме того, из-за отсутствия технологий и медицины в те времена людям, получившим травмы, не хватало анестезии. Те, кто был ранен, должны были терпеть агонию и боль, чтобы получить протез.
Не только терпимость к боли была препятствием в поиске лечения, но и человек с ампутированной конечностью также должен был иметь возможность позволить себе протез. К сожалению, только богатые могли позволить себе дорогостоящие протезы.
Наряду с Паре, представители других научных дисциплин, такие как Алессандро Вольта, внесли свой вклад в развитие бионической медицины. Примерно в 1797 году Вольта понял, что слух можно восстановить с помощью электрической стимуляции. Был пациент, который сообщил, что он мог слышать шум после перенесенной нейрохирургии в ответ на электрическую стимуляцию слухового нерва.
Затем это привело к появлению первого имплантата для стимуляции мешковидного нерва. Благодаря открытию А. Вольта электрической стимуляции, другие ученые по имени Дижурно и Эйрис провели множество экспериментов.
Они взяли катушку, соединяющую электрод с внутренним ухом, с электродом, который соединялся с височной мышцей. Затем они взяли вторую катушку и использовали ее для передачи сигналов, генерируемых микрофоном. Испытуемый в рамках эксперимента описал ощущение фонового шума и мог различать изменения в сигналах. Это открытие привело к дальнейшим открытиям, таким как кохлеарный имплантат.
Как только было обнаружено, что слух может быть восстановлен с помощью электрической стимуляции, был создан многоканальный кохлеарный имплантат. Он обходит неисправное внутреннее ухо (улитку) и передает информацию слуховым центрам головного мозга посредством электрической стимуляции слуховых нервов.
Были сделаны открытия не только в области бионического слуха, но и в области бионического зрения, применения в сердечно-сосудистой системе и многого другого. Достижения в области медицинских бионических устройств на протяжении многих лет сильно повлияли на то, как сегодня работают люди, потерявшие части тела.
В прошлом людям с ампутированной ногой, получившим бионическую ногу, приходилось ходить с костылем, потому что, хотя у них была замененная конечность, она не могла функционировать как настоящая нога. Сейчас в бионике есть разработки, которые позволяют людям с ампутированными конечностями ходить без костыля и свободно передвигаться.
Открытия, сделанные в прошлом, привели нас к сегодняшним открытиям и позволили нам развить идеи и концепции, которые будут способствовать дальнейшему развитию бионической медицины.
Технология искусственных конечностей была тесно связана с войнами, причем значительный прогресс происходил после каждой из крупных войн. Таким образом, Вторая мировая война подтолкнула к разработке современных протезов, изготовленных из новых материалов, таких как пластмассы и титан.
Кохлеарный имплантат (1976) был одним из величайших достижений бионики, впервые он позволил человеку вернуть утраченное чувство — слух. Помимо простого слухового аппарата, который усиливает звук, кохлеарные имплантаты позволяют пациентам с глубокой глухотой из-за повреждения улитки (расположенной во внутреннем ухе), но чей слуховой нерв работает идеально, действительно чувствовать звук.
Эта техника требует хирургической операции, впервые проведенной в больнице Парижа в сентябре 1976 года. В дополнение к подключению внешнего микрофона, который собирает и обрабатывает звуки, в череп должно быть имплантировано устройство, передающее электрические сигналы нерву через некоторые электроды.
Искусственное сердце (1982). Еще одной важной целью бионики является замена человеческого сердца искусственным устройством. Основная механика сердца – это насосная система, но тонкости нашей самой важной мышцы означают, что имитация ее постоянным способом остается постоянной проблемой.
Искусственные сердца используются в основном для поддержания жизни пациентов в ожидании трансплантации. Однако в декабре 1982 года группа исследователей из Университета Юты (США) осмелилась имплантировать устройство для постоянной замены сердца. Получатель, Барни Бейли Кларк, прожил 112 дней с искусственным сердцем.
С тех пор усовершенствования в механизме, в контроле над отторжением органов (как при трансплантации) и в батареях — все это работало вместе, чтобы увеличить время выживания до более чем 7 лет подряд с одним искусственным сердцем.
Роботизированная рука (1961). 1960-е годы ознаменовались появлением современной робототехники благодаря работе таких институтов, как Массачусетский технологический институт и его Лаборатория искусственного интеллекта. Там в 1961 году Генрих Эрнст разработал первую механическую руку с компьютерным управлением.
Вслед за этим в 1963 году исследователи из больницы в Дауни (Калифорния) создали первую роботизированную руку, предназначенную для оказания помощи пациентам с ограниченными возможностями.
В последующие годы роботизированные манипуляторы должны были использоваться в промышленности. В XXI веке эта идея уже начала обретать форму все более сложных и интеллектуальных роботизированных рук, которые обнаруживают давление и знают, когда прекратить сжимать предмет, прежде чем повредить его.
В 2007 году Клаудия Митчелл стала первой женщиной, которой имплантировали бионическую руку. Она могла открывать и закрывать руку, думая об этом, хотя этот мысленный контроль был косвенным. Хирурги перенаправили нервы от ее ампутированной руки к мышцам груди, которые при сокращении передают сигналы роботизированной конечности.
С развитием технологий и инженерных наук стала возникать потребность в применении биологических принципов в различных технических областях. Возникла идея использовать природные решения и механизмы, оптимизированные эволюцией на протяжении миллионов лет, для создания новых технологических разработок. Таким образом, в 20 веке зародилась наука о бионике.
Биология и бионика имеют тесную взаимосвязь и обмен информацией. Биология предоставляет бионике ценные знания о природных системах, их функциональности и эффективности, в то время как бионика возвращает в биологию новые технологии и методы исследования, позволяющие более глубоко понять живые системы и использовать их принципы в практических целях.
Современные достижения в области биологических исследований и бионики позволяют создавать более эффективные медицинские препараты и лечебные методики, роботов с более точным и гибким движением, материалы с улучшенными свойствами и многие другие инновационные разработки. Взаимодействие между биологией и бионикой продолжает развиваться и позволяет нам лучше понять живые системы и применять их принципы в современных технологиях.
Принципы бионики основаны на изучении природных систем и применении их принципов в разработке технических решений. Бионика стремится изучать и моделировать природные образцы, процессы и принципы с целью создания технических систем, которые имитируют биологические системы. Это может включать моделирование движений животных, структуры клеток, поведения роя насекомых и других биологических явлений.
Бионика также исследует, как живые организмы адаптируются к окружающей среде и эволюционируют со временем. Изучение этих принципов позволяет разрабатывать технические системы, которые способны к адаптации, самоорганизации и улучшению с течением времени.
Живые системы обладают сложными информационными потоками и обменом информацией. Бионика изучает эти принципы и применяет их для разработки эффективных информационных систем и коммуникационных сетей.