اکنون در آستانه هزاره جدید، مفاهیم علمی، فلسفی و ایدئولوژیکی مربوط به دو مبحث تکنولوژی و بیولوژی، در حال دگرگون شدن است که بخشی از آن نتیجه کشفیات جدیدی است که در زمینه­های مختلف تحقیقاتی رخ داده­اند. خودسازماندهی­های مجذوب­کننده سیستم­های ساده در طبیعت، امروزه توجه بسیاری از دانشمندان در زمینه­های مختلف علمی را به خود جلب کرده است. پیشرفت علم کامپیوتر و امکانات جدیدی که این علم در اختیار دانشمندان قرار داده نیز تحقیقات پیچیده­ای را در این زمینه میسر ساخته است. هم­چنان که شبیه­سازی­های کامپیوتری نشان می­دهد، دو علم بیولوژی و تکنولوژی با تمام پیچیدگی­هایشان براساس قوانین مشابه و ماوراء شکل گرفته­اند. با ترکیب این دو علم می­توان به عرصه جدیدی از دانش وارد شد که امکان نوآوری­های بیشتر را در زمینه­های مختلف فراهم می­آورد.

       در فرهنگ بریتانیا واژه بیونیک، “ساختسیستم­های مصنوعی که دارای برخی از ویژگی­های موجودات زنده هستند” تعریف شده است. متشابه بودن واژه بیونیک و بیولوژی (زیست­شناسی) ما را متوجه ارتباط این علم با موجودات زنده می­کند. در ابتدای امر، بیونیک به کاربردهای علمی منحصر می­شد و طرح­هایی را که اساس شکل­گیری آن­ها موجودات زنده بودند بررسی می­کرد. در بازه زمان تعریف جامع­تری بدست آمد: “بیونیک عبارت است از هنر بکار گرفتن دانش سیستم­های زنده برای حل مسائل فنی”. این تعریف مبین این است که بیونیک از ابتدای حیات انسان همواره با ما همراه بوده و بسیاری از پژوهشگران پیش از آن که بیونیک به این نام معروف شود، آن را بکار گرفته­اند. می­توان گفت بیونیک یک انضباط بین علمی است که برای بهبود طراحی، ساخت ابزارها و ماشین­های مورد استفاده بشر، بکار گرفته می­شود و دستاوردهای بسیار سودمندی به بشر داده است. هدف اصلی و پرفایده از بکارگیری این دست­آوردها این است که به جای بازآفرینی از موجودات زنده، اصول و قواعد طبیعت و سازگاری آن­ها با یکدیگر مورد مطالعه قرار گیرد. به بیان ساده­تر، بیونیک تأکید بر استفاده­ی صحیح از منابع طبیعی و عدم تخریب محیط زیست دارد. هم چنین با نیم نگاهی به مسائل فنی و تکنولوژیکی خواستار طراحی به روش طبیعت است.

       از دیدگاه بیونیک ساده­ترین راه برداشت از طبیعت، تقلید صادقانه از مدل است. هم­اکنون بیشتر موجودات زنده حاصل دو میلیارد سال تکامل تدریجی هستند که در این بازه زمانی بسیار طولانی، طبیعت هر موجودی را که با هدف نهایی خلقت سازگاری نداشته از میان برداشته است. بنابراین طرح­هایی که شبیه موجودات زنده هستند از این تجربه عظیم بهره­مند می­شوند. از طریق مطالعه فرآیند تکامل می­توان به اطلاعات زیادی دست یافت و در علوم مختلف از آن بهره جست. یکی از این علوم معماری است. بیونیک کمک بسزایی به معماران می­کند. یکی از دیدگاه­های معماران پیرو این سبک این است که “ما در ساختمان­ها زندگی می­کنیم، کار می­کنیم و با دیگران تعامل می­کنیم و به نوعی ساختمان­ها باید به عنوان پوستیبرای انسان باشند.” علاوه بر این ساختمان­ها باید کیفیت زندگی را افزایش دهند و به شرایط محیطی زمین نیز نیم­نگاهی داشته باشند. 

ضرورت طرح­

       معرفی علم بیونیک به عنوان یکی از سه علم برتر دنیا از یک طرف و از طرفی ناکارآمدی و بهینه نبودن برخی ساخته­های دست بشر ما را به سمتی سوق می­دهد که از تجربه طبیعت در زمینه­های مختلف یاری بگیریم. برای رسیدن به این اهداف ضروری است تا مرکزی برای تحقیقات و گسترش این علم در جامعه ایجاد شود، تا از طرفی به شناخت نظام طبیعت پرداخته و از طرف دیگر به گسترش کاربرد آن در علوم مختلف کمک نماید. در این راستا دانشگاه شیراز به عنوان یکی از قطب­های قدرتمند علمی و پژوهشی کشور و سابقه درخشان آن در علوم طبیعی و مباحث تکنولوژی، بستری مناسب را برای تحقیق این امر مهیا می­سازد.

1-2- طبیعت به عنوان منبع خلاقیت و نوآوری

        در گذشته بهره برداری از طبیعت تنها برای استفاده به عنوان یک عامل تولید­کننده بود ولی امروزه به صورت گسترده از منابع آن برای یافتن راه­حل­های خلاق برای مسائل فناورانه استفاده می­شود.

طبیعت بدلیل ویژگی­های خاصی که دارد به عنوان یک منبع ویژه برای رشد و توسعه خلاقیت و نوآوری می­باشد. عمده­ترین این ویژگی­ها عبارتند از:

1- سیستم­های زیستی میلیون­ها سال است برای توسعه و تکامل بهینه شده­اند.

2- آن­ها به صورت چرخه­هایی از مواد هستند که پشت سر هم با یکدیگر ترکیب شده و مواد زائد را مصرف می­کنند.

3- سیستم­های زیستی بر مبنای اصل خود سازمان­دهی[1] کار می­کنند (سیستم­هایی که خودشان تولید، تنظیم، تولید نسل و بهینه­سازی می­کنند).

4- سیستم­های زیستی در اثر عوامل تکاملی در جهت افزایش بهره­وری توسعه پیدا کرده­اند. برای مثال گیاهان می­توانند نیازهای خود را کاهش دهند، تهیه آب را بهبود بخشند، بهتر از نور استفاده کنند و در شرایط ناسازگار مقاومت بیشتری از خود نشان دهند.

5- سیستم­های زیستی می­توانند با جذب حداقل انرژی زنده بمانند و تولید نسل کنند.

6- سیستم­های زیستی دارای توانایی برای نو شدن و ایجاد دوباره اجزاء خود می­باشند بدون اینکه تغییری در ساختار اساسی آن­ها ایجاد شود.

7- سیستم­های زیستی شامل تعداد کمی از عوامل اساسی هستند که با یکدیگر در یک راه همکاری می­کنند و تعداد زیادی از عملکردهای حیاتی را می­توانند تولید نمایند (اصل حداقل نیروی مصرف شده).

اهمیت ساختارهای زیستی در حوزه فناوری از سال 1960 به بعد افزایش یافته و از همین سال نیز بیونیک به صورت یک علم ویژه درآمده است و امروزه بر اهمیت بیونیک افزوده می­شود. (علیرضا منصوریان و سید مهدی گلستان هاشمی، ص40 و 41)

-3- تعریف علم بیونیک

 بیونیک[2] از ترکیب دو کلمه زیست­شناسی[3] وتکنیک[4] تشکیل شده است ودر فرهنگ لغت­های مختلف “بیونیک” را با تعابیر مختلفی معرفی کرده­اند. فرهنگ لغتوبستر[5]بیونیک را کاربرد اصول زیست­شناسی برای مطالعه وطراحی سیستم­های مهندسی توصیف نموده است.طبق تعریف جانین بنیوس[6] (1997)، نویسنده کتاب بیومیمیکری[7]، بیونیک علم مطالعه مدل­های طبیعت و الهام گیری از این طرح ها و فرایند­ها برای رفع مشکلات انسانی است.

ورنر ویلینسکی[8]، پژوهشگر آلمانی دانش بیونیک بیان می­دارد که علم بیونیک از قوانین تکاملی طبیعت که از میلیون­ها سال قبل بدون وقفه وسر سوزنی توقف و با دقت خاص یک ساعت اتمی پیاده شده­اند تبعیت می­کند و به عنوان سازنده­ترین منبع الهام الگو می­شوند ومورد تقلید قرار می­گیرند.

یکی از مهم­ترین رسالت­های متخصصان بیونیک آن است که با دیگر متخصصان این علم در سایر نقاط جهان ارتباط برقرار کنند.

متخصصان بیونیک در مورد مشکلات موجود، از قبیل تغییرات آب و هوا ، بروز شکاف در لایه­ی ازن، رو به پایان رفتن ذخایر انرژی،نابودی محیط­های زندگی، افزایش رو به رشد قحطی و گرسنگی در جهان سوم، راه­حل­های علمی و عملی در نظر دارند. فراورده­های صنعتی همواره احتیاج به تجدید نظر دارند. در واقع آنها را باید به گونه­ای تولید کرد که دوستدار محیط زیست باشند وبین آنها و طبیعت هماهنگی باشد.

مهندسی خلاقیت بیونیکی را می­توان به عبارتی علم استفاده از نتایج تکاملی زیست­شناسی دانست. ایده­ی بیونیک بر این حقیقت استوار است که تکامل به طور مداوم در طبیعت در حال انجام است وفناوری های حیات بهترین حالت و نظم را با یکدیگر دارند. به همین جهت لازم است برای فناوری­های مدرن از حالت­های تکاملی حیات الگوبرداری شود.

بیونیک رویکرد خلاقی است که به مسائل موجودات زنده و ماشین­ها از طریق گرد­آوری پژوهش­های زیست­شناسان، روانشناسان، ریاضی­دانان، مهندسان و ………. می­نگرد. بیونیک محدود به رشته­ای خاص نیست، بلکه برای بخش گسترده­ای از مسائل قابل اجراست.بیونیک رفتار مکانیسم­های زنده را به طور منظم بررسی می­کند به نحوی که اصول کشف شده از این مطالعه را می­توان در سیستم­های دست­ساز بشر استفاده نمود. البته کاربرد بیونیک به میزان تفاهم و همکاری بین رشته­ای میان متخصصان بستگی دارد که می تواند موجب پیشرفت روز افزون فناوری­ها گردد.

عده­ای بیونیک را هنر به کار گرفتن دانش سیستم­های زنده برای حل مسائل تکنیکی می­دانند، هدف از علم بیونیک تولید ماشین­ها و مواد پیچیده­تر به وسیله­ی تقلید از طبیعت است. طبیعت بدون ایجاد آلودگی محصولاتی تولید می­کند که از لحاظ کاری بسیار بهتر از تولیدات دست­ساز بشر عمل می­کنند. برای مثال در مقیاس برابر، استخوان سخت­تر از فولاد است. دلیل این مهم چیست؟ پاسخ این سوال به طراحی مهندسی استخوان در سطح مولکولی بر می­گردد. پژوهشگری به نام گیت بیان می­کند که موفقیت ساختارهای زنده به طراحی و تقارن کوچک­ترین اجزای آن­ها برمی­گردد.

با نگاه دقیق­تر به کوچک­ترین اجزاء طبیعت، دانشمندان موادی را از آن جداسازی و مشخص می­نمایند ( به عنوان مثال، استخوان و ابریشم ) که از لحاظ دوام و سبکی به آن­ها رشک می­برند.

در دهه­های اخیر علاقه به تقلید از طبیعت گسترش پیدا کرده است و بسیاری طرح­ها از طبیعت الهام گرفته شده که برای پیشرفت صنایع از آن­ها استفاده می­شود. این الهام­گیری­ها، اندیشه­ها، خط تولید­ها و استراتژی­های بازاریابی را تغییر می­دهند. به همین دلیل است که شرکت­های تولیدی به الگوهای طبیعت اهمیت می­دهند و از این طریق فعالیت­های تحقیق و توسعه­ی مبتنی بر بیونیک همواره محصولات جدیدی طراحی و تولید می­کنند. اهمیت این موضوع به این دلیل است که درس­های طبیعت به طور دقیق ظرفیت تکمیل کردن نیازهای انسانی را دارند و به توسعه­ی یک دید جدید در طراحی کمک می­کنند.

جانوران و گیاهان دارای ساز و کارهای بسیار متنوعی هستند. پیچیدگی یک ویژگی حتمی و ممتاز آن­ها است. با استفاده از تکنیک­های تحلیلی پیشرفته می­توان بسیاری از این ساز و کارها را درک کرد و در توسعه­ی فناوری­های پیشرفته از آن­ها استفاده نمود. در این خصوص دکتر ویلینسکی بیان می­دارد که طبیعت چند جانبه­ترین ، عملی­ترین ، دقیق­ترین، بی­ضررترین و برای محیط زیست دوستانه­ترین راه­حل­ها را در پیش روی ما گذاشته، فقط کافی است دقت نظر داشته باشیم و آن­ها تشخیص بدهیم و سپس با داشتن درک فنی آن­ها را در صنعت پیاده کنیم و به آن­ها جنبه­ی علمی ببخشیم. به طور کلی، طبیعت با تنوع زیاد در ساختارهای کارآمد، منبع بسیار مناسبی برای الگوگیری خلاق و کشف راه­های جدید برای حل مسائل مختلف است. نمونه­های بسیار زیادی در طبیعت وجود دارد که می­توانند ابزارهای خلاق در فرآیند خلق راه­حل­ها برای مشکلات باشند. قاعده­های تکامل زیست­شناختی می­توانند برای تعیین هدف­ها و اصول عملکرد­های ساختار­ها و سازمان­ها استفاده شوند و همچنین یک مدل برای راه­حل­های تعیین شده ارائه کنند.در این حوزه­ی مهندسی خلاقیت بیونیکی با بررسی خلاقیت­های طبیعت راهکارهای ایده آلی برای فناوری و جهان مهندسی ارائه می­نماید.

به طور کلی، مهندسی خلاقیت بیونیکی در طی 3 مرحله مشکلات و مسائل فناوری را مورد بررسی قرار می­دهد:

1- بررسی مسئله، عناصر و نیازهای اساسی برای حل کردن مشکل؛

2- نمونه­هایی از طبیعت کاوش و بررسی می­شود که مشکل را حل می­کند؛

3- راه­حل طبیعت به راه­حل فناورانه تبدیل می­گردد.

پژوهشگری به نام بنیوس (نویسنده کتاببیومیمیکری) بیونیک را راهی برای ارزیابی و بررسی طبیعت می­داند که علاوه بر استخراج اطلاعات از طبیعت، یادگیری و ایده­یابی از جهان طبیعت را مورد اهمیت قرار می­دهد.

البته ایده­یابی مستلزم این نیست که تنها حیوانات و گیاهان برای به دست آوردن مواد خام مثل قندها، اسید آمینه­ها، نمک ها و …. مطالعه شوند، بلکه کنترل تشکیل و شکل دادن این مواد نیز بسیار مهم است و مکانیسم های به هم پیوستگی مواد برای شکل­گیری­های لازم، بسیار اهمیت دارد.

پروفسور وینسنت[9]، رئیس مرکز بیومیمتیک در دانشگاه ریدینگ[10]انگلستان، بیومیمتیک را استخراج طرح و ایده­یابی از طبیعت تعریف کرده است.

دکتر بنیوس[11] بیان می­دارد که انسان باید شبیه یک برگ انرژی را تحت کنترل خود درآورد، مواد غذایی همانند چمنزار تولید کند، نخ­هایی مانند عنکبوت خلق کند، کیفیت سرامیک­ها مانند صدف­­ها باشد و راه­اندازی یک تجارت مانند ایجاد یک جنگل با درختان غول پیکر در نظر گرفته شود.

نتایج بالقوه وسیعی از تقلید مواد طبیعت به دست می­آید که عبارت­اند از کاربردهای جدید مواد پیشرفته، بهبود عملکرد، کاهش هزینه و کاهش آلودگی. علاوه بر آن پژوهشگران یک جعبه رنگارنگ و بسیار بزرگ از مواد و ساختارها را با استفاده از اصول طراحی طبیعت به دست می­آورند و اغلب طبیعت به عنوان یک معیار زیست محیطی برای نوآوری­ها در نظر گرفته می­شود.