چکيده

مهندسی خلاقیت بیونیکی عبارت از فرایند خلاق الگو برداری يا الهام گيری از ساختارها و نظام های گوناگون طبيعت و موجودات زنده براي ايجاد ايده ها و طرح هاي جديد و ابداع و اختراع و نوآوری می باشد . این روش به دانشمندان براي حل مشكلات تكنيكي كمك  مي كند. مهندسي خلاقيت بيونيكي يك نوع مهندسی خلاقیت و نوآوری پيشرفته است كه در مورد عملكردهاي نظام های زیست شناختی در زمينه هاي مختلف مهندسي پژوهش مي كند.

کلمات کليدی :

 مهندسی خلاقیت بيونيکی ، خلاقیت شناسی بیونیک ، خلاقيت ، نوآوری ، حل خلاق مسئله

مقدمه

از زمان ظهور حيات بر روي كره زمين طبيعت و ساختارها و نظام های زست شناختی در حل مسائل مهندسي نقش داشته است. طراحي و عملكرد گياهان و جانوران در فرايند تكاملي طي ميليون ها سال بهينه شده است . اين الگوها كه در زمان هاي طولاني به وقوع پيوسته به راحتي مورد استفاده جهان آشفته مهندسي قرار نمي گيرد. به همين  دليل براي به دست آوردن راه حل هاي بهتر از طبيعت بايد تلاش كرد. معيارهاي زمان ممكن است متفاوت باشد اما اهداف و اجبار هاي طراحي كردن بسيار مشابه است. توجه به عملكرد با ارزش، بهينه سازي و بهبود كيفيت همه و همه موجب فشار در طراحي ها مي گردند بنابراين تعجب آور نيست كه بشر معمولاً ساختارهايزیست شناختی را تحسين كرده و اغلب از آنها الهام گرفته و از اين الهام گيري براي مهندسي و برنامه ريزي استفاده نموده است.

با گذشت سالهاي متمادي و با پيشرفت علم، درخت دانش انساني پربارتر شده است . صد سال پيش مباحت ترموديناميك ، نور و الكتريسته با هم تمامي علم فيزيك را تشكيل مي داده اند ولي امروزه هيچ كس نمي تواند ادعا كند كه همه چيز را درباره نور مي داند. بين فيزيكدانان متخصص نور كه روي پارامترهاي عدسي دوربين كار مي كنند و پژوهشگري كه با نور ليزر آزمايش انجام مي دهد شكاف بزرگي به وجود آمده است. هر روزه تقسيم بندي علوم به موضوع هاي جديد ادامه پيدا مي كند چون بر تعداد پژوهشگران و محققاني كه به بررسي موضوع هاي بيشتر و تازه تر مي پردازند، مرتباً افزوده مي شود و بدين ترتيب يك روش تخصص گرايي در جهان گسترش پيدا كرده است . حال اين سؤال ايجاد مي شود كه آيا افراط در تخصص ثمرات خوبي به همراه دارد ياپيشرفت صنعت را به مخاطره مي اندازد؟ آيا بهتر نيست دانشي كه از علوم تخصصي به دست مي آيد به وسيله اي گسترش يافته و به صورت يك دانش عمومي درآيد. در اين رابطه و براي كاربرد بهترتحقيقات، علوم رابط يا بين رشته اي از نيمه دوم قرن بيستم پا به عرصه حضور گذاشتند و در حوزه اين علوم بين رشته اي شرايط مناسبي براي تداخل انديشه ها و تخصص ها فراهم آمده كه موجب پيشرفت پژوهشها مي گردد. در اين رابطه يكي از اين علوم بين رشته اي بيونيك مي باشد كه با تداخل انديشه هاي زيست شناسان و مهندسان پيشرفت هاي چشمگيري در عرصه تمام علوم به دست آورده و منجر به بهبود و سازگاري بهتر انسان و صنايع بشري با طبيعت شده است.

اهميت زياد بيونيك به دليل بين رشته ای بودن آن مي باشد. در اين زمينه محققان از استخراج ايده هاي زیست شناسی و طبيعت و به كار بردن آنها براي راه حل هاي مهندسي تمام علوم سود مي جويند . به طور كلي مهندس كسي است كه توانائی استخراج عملكرد ماكزيمم با هزينه مينيمم را از موادي كه در دسترس دارد، داشته باشد و يك طرح مناسب براي رسيدن به هدف ارائه كند در صورتي كه مهندسان اغلب به وسيله  برچسب هايي كه خودشان مي سازند محدود شده اند ولي در طبيعت مرزهاي بين مواد و ساختارها از بين رفته است و مطالعه سيستم هاي بيولوژيكي به منظور درك جنبه هاي طراحي براي هدف هاي مورد نياز مفيد واقع مي شود. دليل اصلي موارد ذكر شده اين مي باشد كه ساختارهاي بيولوژيكي اغلب چند عملكردي هستند به همين دليل است مهندسی خلاقيت بيونيک به عنوان يکی از راهکارهای نوين حل مسئله های مهندسی ارائه شده و راهبردهای آن به طور مستمر استفاده می گردد .

تاريخچه

نخستين كسي كه براي اولين بار واژه بيونيك را به كار برد جك اي استيل
(J.E. Steel) بود . او مقاله اي در مورد بيونيك در سال 1960 در همايش نيروي هوايي Wrighr – Patterson در داتيون اوهايو (Dayton Ohio) ارائه كرد. تعريف او از بيونيك عبارت است از : بيونيك علم سيستم هايي است كه شالوده آنها سيستم هاي زنده مي باشد يا خصوصيات سيستم هاي زنده را دارند و يا به سيستم هاي زنده شباهت دارند.

 انسان همواره براي الهام گرفتن به جهان زنده پيرامون خود نگريسته است. يكي از بهترين طرح هاي شناخته شده از لئوناردو دواينچي  (1519 – 1452) مي باشد . او طرحي از يك ماشين پرنده براساس ساختمان بدن يك خفاش رسم نمود. البته امروزه وقتي هواپيماها در اطراف زمين پرواز مي كنند هيچ كس درباره دانشمند ايتاليايي پير كه از مشاهده طبيعت اين مطلب را الگو برداري كرد، فكر نمي كند.

بعد از لئوناردو داوينچي دو پروفسور آناتومي كارل كارمن و هارمن ون ماير
(Carl Carman  & Harman Van Mayer) يك مدل ويژه از لگن خاصره انسان در دو سيستم داخلي و خارجي تهيه كردند كه با يكديگر مقاومت در برابر استرس هاي فشار و نيروهاي كششي را تضمين مي كنند. از نمونه هاي ديگر نيز  مي توان كارهاي ايگو اتريچ و اگنازيو(Igo Etrich  & Ignazio )را نام برد آنها اولين هواپيماي بي موتور سبك را با كپي سازي از دانه هاي بازدانگان ساختند كه به وسيله باد منتقل مي شد و مي توانست فاصله هاي قابل ملاحظه اي را بپيمايد.

چهار صد سال (1890) بعد از لئوناردو دواينچي ، كلمان آدر ماشين پرنده اي با طرح او تهيه كرد با اين تفاوت كه ماشين پرنده وي داراي موتور بود و به جاي اينكه بالها را به حركت در آورد از ملخ استفاده مي نمود.

اورتوليلينتال(O.Lilienthal)  1849–1896) يكي از پيش كسوتان پرواز در سال 1889 كتابي تحت عنوان پرواز پرنده در مقام زير بناي هنر پرواز منتشر كرد و گلايدري تحت عنوان گلايدر ليلينتال با الگوگيري از بال هاي پرندگان ساخت و آن را  مرغ – كبوتر (Taube) ناميد.

در سال هاي جديد نيز الگوگيري هاي زيادي از طبيعت انجام شده است . در سال 1927 مهندس سويسي جئورج د مسترال (George de Mestral متوجه شد كه دليل چسبيدن گياه Cockleburs به پوستين او، هزاران قلاب كوچكي بود كه هر جوانه گياه را پوشانده است . او 8 سال صرف كرد و Velcro (كف پوش و قلاب هاي چسبنده ) را مشابه قلاب هاي اين گياه ابداع نمود.

در حال حاضر نيز کنفرانس ها ، همايش ها و سمينارهای متعددی در اين زمينه برگزار می شود که می توان به کنفرانس Nature & Design اشاره نمود که هرساله در يکی از کشورهای جهان برگزار می شود و در اين کنفرانس متخصصان علوم مختلف ازجمله بيولوژی ، الکترونيک ، کامپيوتر ، رياضی ، فيزيک و ... در رابطه با اين علم به بحث و تبادل نظر می پردازند.

مهندسی خلاقيت بيونيکی، استخراج برترین راهکارهای خلاق از طبيعت

 بيونيك (Bionics)  را در ارتباط با مسائل و راهکارهای متنوعی که استفاده می شود تعريف نموده اند  عده ای بيونيک را كاربرد اصول بيولوژيكي براي مطالعه و طراحي سيستم هاي مهندسي به ويژه سيستم هاي الكترونيكي مي داند و طبق تعريف جانين بنيوس ( Janine Benyus)  (1997) نويسنده كتاب Biomimicry، بيونيك علم مطالعه مدل هاي طبيعت و   الهام گيري از اين طرح ها و فرايندها براي رفع مشكلات انساني است البته مفهوم الهام گيري بايد از كپي سازي از طبيعت به طور ساده تشخيص داده شود. اين مسئله بسيار مهم است كه بايد مشكل را از ديد مهندسي بررسي كرده و سپس ايده از طبيعت اتخاذ گردد كه اين موضوع به پيشرفت و توانائي مهندسي  بيونيك كمك مي كند.

و گروهی از متخصصان علوم مختلف بيونيك را علم استفاده از نتايج تكاملي بيولوژي مي دانند. آنها بر اين عقيده اند كه وظيفه بيونيك بررسي فرايندها و ساختارهاي بيولوژيكي و سنتز مواد براي طراحي هاي آينده است ايده بيونيك بر اين حقيقت استوار مي باشد كه تكامل به طور مداوم در طبيعت در حال انجام است و تكنولوژي هاي حيات بهترين حالت و نظم را با يكديگر دارند به همين جهت لازم است براي تكنولوژي هاي مدرن از حالتهاي تكاملي حيات الگو برداري شود

متخصصان ديگری بيونيک را هنر به كار گرفتن دانش سيستم هاي زنده براي حل مسائل فناورانه مي دانند و هدف از علم بيونيك توليد ماشين ها و مواد پيچيده تر به وسيله تقليد از طبيعت تعريف نموده اند آنها معتقدند طبيعت بدون ايجاد آلودگي محصولاتي توليد مي كند كه از لحاظ كاري بسيار بهتر از توليدات دست ساز بشر عمل مي كنند. براي مثال در مقياس برابر، استخوان سخت تر از فولاد است. دليل اين مهم چيست؟ قسمتي از پاسخ اين سوال به فرم مهندسي عالي آن - ولي دلايل كليدي آن كه دقيق تر است – در سطح مولكولي بر مي گردد. گيت Gates)) در اين زمينه  مي گويد موفقيت ارگانيسمهاي زنده به طراحي وتقارن كوچكترين اجزاء آن بر مي گردد .

به طور کلی بيونيک ، الگو گيری ،  الهام  گيری و استخراج راه حل های خلاق مسائل و ايده های نوآورانه  از طبيعت می باشد و آن راه تازه اي است كه به مسائل موجودات زنده و ماشين ها از طريق گردآوري پژوهش هاي زيست شناسان، روانشناسان، رياضيدانان، مهندسان و ... مي نگرد. بيونيك محدود به رشته خاص نمي باشد بلكه براي دامنه گسترده اي از مسائل قابل اجرا است اين علم ماحصل گردهم آوري فعاليت هاي تحليلي زيست شناسان وتلاش هاي سازنده مهندسان مي باشد. بيونيك رفتار مكانيسم هاي زنده را به طور منظم بررسي مي كند به نحوي كه اصول كشف شده از اين مطالعه را مي توان در سيستم هاي دست ساز بشر استفاده نمود .

در دهه هاي اخير علاقه زيادي به تقليد از طبيعت گسترش پيدا كرده است و بسياري طرحها از طبيعت مشتق شده كه براي پيشرفت صنايع از آنها استفاده مي شود. اين الهام گيري ها، انديشه ها، خط توليدات و استراتژي بازاريابي را تغيير مي دهند به همين دليل است كه شركتها به الگوهاي طبيعت اهميت داده و بدين وسيله كالاي جديدي به مشتريان ارائه ميكنند. اهميت اين موضوع به اين دليل است كه درس هاي گرفته شده از طبيعت به طور دقيق ظرفيت تكميل كردن نيازهاي انساني را دارند و به توسعه يك ديد جديد در طراحي كمك مي كنند .

 منابع

1-Altshuller ، G.S. 1984. Creativity as an exact science.، Gordon and Brech Science .

2-Vincent, J. F. V. and D. L. Mann (2002). “Systematic technology transfer from biology to engineering.” Philosophical transactions of the Royal Society of London Series. Mathematical physical and engineering sciences 360: 159-173.

3-Vincent, J. F. V.(2000). Deployable  Structures  in Nature Center for Biomimetics, The University of Reading, U.K.

4- Mansoorian, Alireza & heidaryan, Fatemeh. 2004. 40 Inventive Principles and Biological Models. September . TRIZ Journal .

5- Mansoorian Alireza.(2005). Integrating TRIZ and Bionical Engineering. TRIZ Journal. March2004.

6- Mansoorian Alireza. TRIZ and Bionical Engineering as tools for Creative Problem Solving. 4th TRIZ Congress Europe . 2005.

7- Mansoorian Alireza. the Future of TRIZ with Biology. 5th TRIZ Future Conference .Graz, Austria, November 16-18, 2005.