مهندسی خلاقیت بیونیکی عبارت از فرایند خلاق الگو برداری یا الهام گیری از ساختارها و نظام های گوناگون طبیعت و موجودات زنده برای ایجاد ایده ها و طرح های جدید و ابداع و اختراع و نوآوری می باشد. این روش به دانشمندان برای حل مشکلات تکنیکی کمک می کند. مهندسی خلاقیت بیونیکی یک نوع مهندسی خلاقیت و نوآوری پیشرفته است که در مورد عملکردهای نظام های زیست شناختی در زمینه های مختلف مهندسی پژوهش می کند.
مقدمه
از زمان ظهور حیات بر روی کره زمین طبیعت و ساختارها و نظام های زست شناختی در حل مسائل مهندسی نقش داشته است. طراحی و عملکرد گیاهان و جانوران در فرایند تکاملی طی میلیون ها سال بهینه شده است . این الگوها که در زمان های طولانی به وقوع پیوسته به راحتی مورد استفاده جهان آشفته مهندسی قرار نمی گیرد. به همین دلیل برای به دست آوردن راه حل های بهتر از طبیعت باید تلاش کرد. معیارهای زمان ممکن است متفاوت باشد اما اهداف و اجبار های طراحی کردن بسیار مشابه است. توجه به عملکرد با ارزش، بهینه سازی و بهبود کیفیت همه و همه موجب فشار در طراحی ها می گردند بنابراین تعجب آور نیست که بشر معمولاً ساختارهایزیست شناختی را تحسین کرده و اغلب از آنها الهام گرفته و از این الهام گیری برای مهندسی و برنامه ریزی استفاده نموده است.
با گذشت سالهای متمادی و با پیشرفت علم، درخت دانش انسانی پربارتر شده است . صد سال پیش مباحت ترمودینامیک ، نور و الکتریسته با هم تمامی علم فیزیک را تشکیل می داده اند ولی امروزه هیچ کس نمی تواند ادعا کند که همه چیز را درباره نور می داند. بین فیزیکدانان متخصص نور که روی پارامترهای عدسی دوربین کار می کنند و پژوهشگری که با نور لیزر آزمایش انجام می دهد شکاف بزرگی به وجود آمده است. هر روزه تقسیم بندی علوم به موضوع های جدید ادامه پیدا می کند چون بر تعداد پژوهشگران و محققانی که به بررسی موضوع های بیشتر و تازه تر می پردازند، مرتباً افزوده می شود و بدین ترتیب یک روش تخصص گرایی در جهان گسترش پیدا کرده است .
حال این سؤال ایجاد می شود که آیا افراط در تخصص ثمرات خوبی به همراه دارد یاپیشرفت صنعت را به مخاطره می اندازد؟ آیا بهتر نیست دانشی که از علوم تخصصی به دست می آید به وسیله ای گسترش یافته و به صورت یک دانش عمومی درآید. در این رابطه و برای کاربرد بهترتحقیقات، علوم رابط یا بین رشته ای از نیمه دوم قرن بیستم پا به عرصه حضور گذاشتند و در حوزه این علوم بین رشته ای شرایط مناسبی برای تداخل اندیشه ها و تخصص ها فراهم آمده که موجب پیشرفت پژوهشها می گردد. در این رابطه یکی از این علوم بین رشته ای بیونیک می باشد که با تداخل اندیشه های زیست شناسان و مهندسان پیشرفت های چشمگیری در عرصه تمام علوم به دست آورده و منجر به بهبود و سازگاری بهتر انسان و صنایع بشری با طبیعت شده است.
اهمیت زیاد بیونیک به دلیل بین رشته ای بودن آن می باشد. در این زمینه محققان از استخراج ایده های زیست شناسی و طبیعت و به کار بردن آنها برای راه حل های مهندسی تمام علوم سود می جویند . به طور کلی مهندس کسی است که توانائی استخراج عملکرد ماکزیمم با هزینه مینیمم را از موادی که در دسترس دارد، داشته باشد و یک طرح مناسب برای رسیدن به هدف ارائه کند در صورتی که مهندسان اغلب به وسیله برچسب هایی که خودشان می سازند محدود شده اند ولی در طبیعت مرزهای بین مواد و ساختارها از بین رفته است و مطالعه سیستم های بیولوژیکی به منظور درک جنبه های طراحی برای هدف های مورد نیاز مفید واقع می شود. دلیل اصلی موارد ذکر شده این می باشد که ساختارهای بیولوژیکی اغلب چند عملکردی هستند به همین دلیل است مهندسی خلاقیت بیونیک به عنوان یکی از راهکارهای نوین حل مسئله های مهندسی ارائه شده و راهبردهای آن به طور مستمر استفاده می گردد .
تاریخچه
نخستین کسی که برای اولین بار واژه بیونیک را به کار برد جک ای استیل (J.E. Steel) بود . او مقاله ای در مورد بیونیک در سال ۱۹۶۰ در همایش نیروی هوایی Wrighr Patterson در داتیون اوهایو (Dayton Ohio) ارائه کرد. تعریف او از بیونیک عبارت است از : بیونیک علم سیستم هایی است که شالوده آنها سیستم های زنده می باشد یا خصوصیات سیستم های زنده را دارند و یا به سیستم های زنده شباهت دارند.
انسان همواره برای الهام گرفتن به جهان زنده پیرامون خود نگریسته است. یکی از بهترین طرح های شناخته شده از لئوناردو دواینچی (۱۵۱۹ ۱۴۵۲) می باشد. او طرحی از یک ماشین پرنده براساس ساختمان بدن یک خفاش رسم نمود. البته امروزه وقتی هواپیماها در اطراف زمین پرواز می کنند هیچ کس درباره دانشمند ایتالیایی پیر که از مشاهده طبیعت این مطلب را الگو برداری کرد، فکر نمی کند.
بعد از لئوناردو داوینچی دو پروفسور آناتومی کارل کارمن و هارمن ون مایر (Carl Carman & Harman Van Mayer) یک مدل ویژه از لگن خاصره انسان در دو سیستم داخلی و خارجی تهیه کردند که با یکدیگر مقاومت در برابر استرس های فشار و نیروهای کششی را تضمین می کنند. از نمونه های دیگر نیز می توان کارهای ایگو اتریچ و اگنازیو (Igo Etrich & Ignazio) را نام برد آنها اولین هواپیمای بی موتور سبک را با کپی سازی از دانه های بازدانگان ساختند که به وسیله باد منتقل می شد و می توانست فاصله های قابل ملاحظه ای را بپیماید.
چهار صد سال (۱۸۹۰) بعد از لئوناردو دواینچی ، کلمان آدر ماشین پرنده ای با طرح او تهیه کرد با این تفاوت که ماشین پرنده وی دارای موتور بود و به جای اینکه بالها را به حرکت در آورد از ملخ استفاده می نمود.
اورتولیلینتال(O.Lilienthal) ۱۸۴۹۱۸۹۶) یکی از پیش کسوتان پرواز در سال ۱۸۸۹ کتابی تحت عنوان پرواز پرنده در مقام زیر بنای هنر پرواز منتشر کرد و گلایدری تحت عنوان گلایدر لیلینتال با الگوگیری از بال های پرندگان ساخت و آن را مرغ کبوتر (Taube) نامید.
در سال های جدید نیز الگوگیری های زیادی از طبیعت انجام شده است . در سال ۱۹۲۷ مهندس سویسی جئورج د مسترال (George de Mestral متوجه شد که دلیل چسبیدن گیاه Cockleburs به پوستین او، هزاران قلاب کوچکی بود که هر جوانه گیاه را پوشانده است . او ۸ سال صرف کرد و Velcro (کف پوش و قلاب های چسبنده) را مشابه قلاب های این گیاه ابداع نمود.
در حال حاضر نیز کنفرانس ها ، همایش ها و سمینارهای متعددی در این زمینه برگزار می شود که می توان به کنفرانس Nature & Design اشاره نمود که هرساله در یکی از کشورهای جهان برگزار می شود و در این کنفرانس متخصصان علوم مختلف ازجمله بیولوژی ، الکترونیک ، کامپیوتر ، ریاضی ، فیزیک و ... در رابطه با این علم به بحث و تبادل نظر می پردازند.
مهندسی خلاقیت بیونیکی، استخراج برترین راهکارهای خلاق از طبیعت
بیونیک (Bionics) را در ارتباط با مسائل و راهکارهای متنوعی که استفاده می شود تعریف نموده اند عده ای بیونیک را کاربرد اصول بیولوژیکی برای مطالعه و طراحی سیستم های مهندسی به ویژه سیستم های الکترونیکی می داند و طبق تعریف جانین بنیوس ( Janine Benyus) (۱۹۹۷) نویسنده کتاب Biomimicry، بیونیک علم مطالعه مدل های طبیعت و الهام گیری از این طرح ها و فرایندها برای رفع مشکلات انسانی است البته مفهوم الهام گیری باید از کپی سازی از طبیعت به طور ساده تشخیص داده شود. این مسئله بسیار مهم است که باید مشکل را از دید مهندسی بررسی کرده و سپس ایده از طبیعت اتخاذ گردد که این موضوع به پیشرفت و توانائی مهندسی بیونیک کمک می کند.
و گروهی از متخصصان علوم مختلف بیونیک را علم استفاده از نتایج تکاملی بیولوژی می دانند. آنها بر این عقیده اند که وظیفه بیونیک بررسی فرایندها و ساختارهای بیولوژیکی و سنتز مواد برای طراحی های آینده است ایده بیونیک بر این حقیقت استوار می باشد که تکامل به طور مداوم در طبیعت در حال انجام است و تکنولوژی های حیات بهترین حالت و نظم را با یکدیگر دارند به همین جهت لازم است برای تکنولوژی های مدرن از حالتهای تکاملی حیات الگو برداری شود.
متخصصان دیگری بیونیک را هنر به کار گرفتن دانش سیستم های زنده برای حل مسائل فناورانه می دانند و هدف از علم بیونیک تولید ماشین ها و مواد پیچیده تر به وسیله تقلید از طبیعت تعریف نموده اند آنها معتقدند طبیعت بدون ایجاد آلودگی محصولاتی تولید می کند که از لحاظ کاری بسیار بهتر از تولیدات دست ساز بشر عمل می کنند. برای مثال در مقیاس برابر، استخوان سخت تر از فولاد است. دلیل این مهم چیست؟ قسمتی از پاسخ این سوال به فرم مهندسی عالی آن ولی دلایل کلیدی آن که دقیق تر است در سطح مولکولی بر می گردد. گیت (Gates) در این زمینه می گوید موفقیت ارگانیسمهای زنده به طراحی وتقارن کوچکترین اجزاء آن بر می گردد .
به طور کلی بیونیک، الگو گیری، الهام گیری و استخراج راه حل های خلاق مسائل و ایده های نوآورانه از طبیعت می باشد و آن راه تازه ای است که به مسائل موجودات زنده و ماشین ها از طریق گردآوری پژوهش های زیست شناسان، روانشناسان، ریاضیدانان، مهندسان و ... می نگرد. بیونیک محدود به رشته خاص نمی باشد بلکه برای دامنه گسترده ای از مسائل قابل اجرا است این علم ماحصل گردهم آوری فعالیت های تحلیلی زیست شناسان وتلاش های سازنده مهندسان می باشد. بیونیک رفتار مکانیسم های زنده را به طور منظم بررسی می کند به نحوی که اصول کشف شده از این مطالعه را می توان در سیستم های دست ساز بشر استفاده نمود.
در دهه های اخیر علاقه زیادی به تقلید از طبیعت گسترش پیدا کرده است و بسیاری طرحها از طبیعت مشتق شده که برای پیشرفت صنایع از آنها استفاده می شود. این الهام گیری ها، اندیشه ها، خط تولیدات و استراتژی بازاریابی را تغییر می دهند به همین دلیل است که شرکتها به الگوهای طبیعت اهمیت داده و بدین وسیله کالای جدیدی به مشتریان ارائه میکنند. اهمیت این موضوع به این دلیل است که درس های گرفته شده از طبیعت به طور دقیق ظرفیت تکمیل کردن نیازهای انسانی را دارند و به توسعه یک دید جدید در طراحی کمک می کنند.