پایان نامه رایگان درمورد فرم و عملکرد

دانلود پایان نامه ارشد

در زوريخ به طراحي يک جرثقيل جديد فکر ميکرد و با مشکل مواجه شده بود. در همين دوران، براي تفريح به آزمايشگاه آناتوميست معروف هرمن ماير26 که بر روي برش عرضي استخوان کار ميکرد رفت و با مشاهدهي چگونگي قرار گرفتن استخوانها بر روي يکديگر، فرياد زد: اين جرثقيل من است و با الهام از اين مورد جرثقيل پيشرفتهتري اختراع نمود.
اورتوليلينتال27 ( 1896-1849 ) يکي از پيشکسوتان پرواز در سال 1889 کتابي تحت عنوان “پرواز پرنده زير بناي هنر پرواز” منتشر کرد و گلايدري تحت عنوان “گلايدر ليلينتال” با الگوگيري از بالهاي پرندگان ساخت و آن را “مرغ – کبوتر28” ناميد.
در سالهاي بعد نيز الگوگيريهاي زيادي از طبيعت انجام شده است. در سال 1927 مهندس سويسي، جورج دمسترال29 متوجه شد که دليل چسبيدن نوعي گياه به نام کوکليبرس30 به پوستين او، هزاران قلاب کوچکي ميباشد که هر جوانه گياه را پوشانده است. او 8 سال بعد ولکرو31 (کف پوش و قلاب هاي چسبنده) را مشابه قلاب هاي اين گياه ابداع نمود. (شکل 2)

شکل 2- گياه کوکليبرس که منجر به ساخت ولکرو گرديد
از نيمهي دههي پنجاه نيز اين علم در کتابهاي بسياري توضيح داده شده و توسط شرکتهاي مختلفي به کار گرفته شده است. در سال 1966، آزمايشگاه مربوط به صداي حيوانات در فرانسه يک مقاله تحت عنوان “مدلهاي بيولوژيکي سيستمهاي امواج صوتي حيوانات” در مرکز تحقيقات ناوال32 ارائه نمود.
در اينجا لازم است که واژهي جديد اين علم نيز معرفي گردد. نام “بيوميمتيک” واژهي جديدي است که درسال 1991 توسط مرکز تحقيقات ويژه نيروي هوايي انگليس براي الگوگيري و الهامگيري از حيات ارائه شد. شرکت نوآوري محصولات بيوميمتيکي يک شرکت توسعهي توليدات تحقيقات و نوآوري است که به توليدکنندگان در طراحي سيستمها و فناوري با استفاده از بيوميمتيک کمک ميکند. شرکت نوآوري محصولات بيوميمتيکي معتقد است که تقليد از عملکردها و حسگرهاي زيستشناختي اسراف انرژي و آسيبهاي محيطي را کاهش ميدهد. شرکت نوآوري محصولات بيوميمتيکي33 سازندهي عملگرها و حسگرهايي است که با الگوگيري از طبيعت ساخته شدهاند و در جراحي، صنايع هوافضا، رباتها، صنايع دريايي و پدافند دفاعي کاربرد دارند. پليمرهاي سبک وزن همراه با محرکها و فعالکنندههاي الکترواکتيو، از آخرين مواد و تکنولوژيهايي هستند که توسط اين شرکت توسعه يافته است.
از جمله همايشهايي که در اين مورد برگزار شد، ميتوان به همايش بيسنل34 اشاره نمود، اين همايش يکي از اولين همايشهايي است که در آن مشکلات و مسائل مربوط به کشف اصول فناوري توسط زيستشناسان، مهندسان و رياضيدانان مورد بحث قرار گرفت. البته نخستين کنگرهي بيونيک در سال 1960 و دومين کنگرهي آن 30 اوت تا اول سپتامبر 1961 در دانشگاه کرنل35 آمريکا تشکيل شد. آگارد36 هيئت علمي پژوهشي وابسته به ناتو در ژانويه ي 1963 کنگرهاي در آتن ترتيب داد که موضوع مورد بحث آن،سيستمهاي طبيعي و مصنوعي و بيونيک بود. آگارد بار ديگر در دسامبر 1965 دو رشتهي بحث عمومي درباره بيونيک ترتيب داد که اولي در پاريس و دومي در دوسلدروف آلمان بود.
سمپوزيوم بيونيک در ماه مي 1966، در پايگاه نيروي هوايي رايت پاتريس تشکيل شد و سمپوزيوم مدلهاي بيونيکي سيستمهاي صوتي حيوانات نيز از 26 سپتامر تا 13 اکتبر 1966 در ايتاليا برگزار گرديد.
در حال حاضر، سمينارها و کنفرانسهاي متعددي در خصوص بيونيک تشکيل ميگردد. که از آن جمله ميتوان به کنفرانسهايي تحت عنوان طبيعت و طراحي اشاره نمود که هر ساله برگزار ميگردد. (عليرضا منصوريان و سيد مهدي گلستان هاشمي، 1387، ص 21-26)

1-6- علم بيونيک در عصر حاضر
1-6-1- نمونههايي از مهندسي خلاقيت بيونيکي

ميدانيم که تاکنون مواد شگفتانگيز متنوع و فراواني توسط محققان علوم مختلف مانند شيمي پليمر و داروسازي توليد شده، اما خواص آنها به مراتب ضعيفتر از نمونههاي طبيعي ميباشد. به طور کلي راهکارهائي که به وسيله طبيعت براي حل مسائل ارائه شده است، (از خواص نوري ذخيرهکننده بال پروانه گرفته تا نسبت باور نکردني استحکام به وزن تار عنکبوت) بسيار پيشرفتهتر ميباشند. در اينجا براي بهتر روشن شدن قابليتها و کاربردهاي مهندسي خلاقيت بيونيکي مثالهاي متنوعي که در چهار زمينه ساختار، مواد، فرم و عملکرد از طبيعت الگوگيري کردهاند، ارائه ميشوند.

1-6-1-1- از ديدگاه فرم

1- توليد سيم خاردار با الگوگيري از درخت پرتقال اوساج
پرتقال اوساج37 (مکلورا پميفرا38) درختي از خانواده توتها است که در منطقهي جنوب مرکزي آمريکا در نواحي اوکلاهوما، ميزوري، تکزاس و آلکانساس ميرويد. اين درخت داراي چندين مشخصهي قابل توجه ميباشد. درختان ماده ميوههايي بزرگ و سبز و زرد رنگ به نام سيبهاي پرچين توليد ميکند. سيبهاي پرچين ظاهراً شامل مواد شيميايي هستند که بسياري از حشرات را دفع ميکنند. پوست اين درخت قهوهاي همراه با رنگ نارنجي روشن بوده که با افزايش سن درخت شيار آن بيشتر و زبرتر خواهد شد. چندي از قبيلههاي بومي آمريکا چوب اين درخت که نارنجي روشن، بسيار متراکم و در برابر پوسيدگي و موريانه مقاوم ميباشد را به منظور ساخت چماق و کمانهاي جنگي بکار ميگرفتند.اين کاربرد فرانسويها راتشويق کرد تا اين درخت را “d’arc” به معناي چوب کمان، بخوانند. اين درخت داراي خار بوده که اين خارها بسيار ترسناک ميباشند و با حدود 1 اينچ طول (54/2 سانتيمتر) بطور متناوب و بشکل مارپيچ در امتداد طول شاخه واقع شدهاند.پرتقال اوساج بدليل کاربرد خود به عنوان يک حصار زنده در دشتهاي وسيع و بيدرخت غرب از تقاضاي زيادي برخوردار بود. اين درختها نزديک به يکديگر کاشته شده و براي توليد يک حصار انبوه و خاردار هرس ميشدند.از آنجائي که پرتقال اوساج درختي با رشد سريع ميباشد، تکميل حصاري از اين درخت فقط به 4 تا 5 سال زمان نياز داشته و بيش از صدها سال زنده ميماند.
حصار پرتقال اوساج داراي يک سري اشکالات بود. يک حصار زنده ميتوانست موجب پناه دادن حشرات و ديگر جانوران موذي، ربودن خاکهاي مغزي و آب و ايجاد سايهاي که مانع از رشد محصول ميشد، گردد. همچنين آنها به راحتي قابل حرکت نبودند. آنچه که موردنياز بود حصاري جديد و بهتر بود. ميکائيل کلي اولين فردي بود که در سال 1868 حصار خارداري از جنس سيم و به تقليد از شاخههاي پرتقال اوساج، اختراع کرد. اين حصار شامل رشتهاي از سيم به همراه ورق فلز لوزي شکل، پيکاندار و متناسبي در فاصله 6 اينچي بود. کلي کارخانه حصار سيم خارداري را در سال 1876 بر پا کرد تا بتواند اختراع خودرا بسازد.طولي نکشيد که دشتهاي وسيع و باز غرب با حصارهايي از سيم خاردار که بصورت ضربدري همديگر را قطع ميکردند پر شد.39 (شکل 3)

شکل 3- سيم خاردار الگوگيري شده از درخت پرتقال اوساج

1-6-1-2-از ديدگاه مواد

در اين بخش، پژوهشهايي که در رابطه با نسل بعدي مواد بيونيکي صورت گرفته و مواد بيونيکي حاصل از اين پژوهشها ارائه شده است. اين مواد بر اثر همکاري بين بيولوژي و نانوتکنولوژي بوجود آمدهاند.

1- توليد ريسمانهاي پليمري در توليد اونيفرم جهت سربازان
تحقيقات و پروژههاي بسيار زيادي در موضوعات مختلف انجام گرفته و در حال سرمايهگذاري بر روي آنها ميباشد. يکي از اين طرحها پروژه 50 ميليون دلاري بود که از سوي وزارت دفاع آمريکا به کارشناسان مؤسسه تکنولوژي ماساچوست محول شد. هدف اين پروژه ساخت پوشش خارجي محافظتي براي سربازان است که قدرت و استحکام بيشتري به آنان ببخشد، آنها را در برابر سلاحهاي شيميايي و بيولوژيکي حفاظت کند و حتي در بهبود جراحتها به سربازان ياري رساند. يکي از محققان مشغول به کار در اين پروژه در موسسه تکنولوژي ماساچوست يول فينيک40 است که همراه با اعضاي تيم خود قصد دارد با الگوگيري از طبيعت و استفاده از علم بيونيک بهترين ريسمانهاي پليمري براي توليد اونيفورم جهت سربازان آينده را ابداع نمايد. اين پليمرها ميتوانند به طور انتخابي طول موج ويژهاي از نور را به خود جذب کنند و داراي يک بار نوري هستند. به واسطه ويژگيهاي خاص اين پليمرها، با استفاده از عينک مخصوص در شب ميتوان به راحتي سربازان خودي که اونيفورم مزبور بر تن آنان است را از نيروهاي دشمن تشخيص داد. اين ويژگي در شبهاي عمليات بسيار حائز اهميت است و کاربرد قابل توجهي دارد. اين طرح از جمله مواردي است که با استفاده پيشرفتهاي جديد در عرصه نانو تکنولوژي، در خدمت سربازان و اهداف نظامي مورد استفاده قرار ميگيرد.
2- تهيه مواد مستحکم با الگوگيري از تار عنکبوت و پيله کرم ابريشم
به تازگي گروهي از محققان مرکز زيست مهندسي تافت در دانشگاه ماساچوست توانستهاند راز اسرارآميز عنکبوتها و کرمهاي ابريشم را بر ملا کنند و راه را براي تهيه مواد جديد خيلي مستحکم و فوق بهينه فراهم آورند. همانطور که در بخشهاي قبل توضيح داده شد ابريشم به کار رفته در تار عنکبوت و پيله کرم ابريشم محکمترين الياف طبيعي شناخته شده است. حتي با وجود آن که ميتوان در آزمايشگاهها، ابريشم مصنوعي توليد کرد باز هم ابريشم طبيعي کيفيت خاص خود را دارد و به مراتب فراتر از نوع مصنوعي است مهمترين ابهام موجود در روند توليد ابريشم طبيعي آن است که عنکبوت و کرم ابريشم چگونه ميتوانند يک محلول آبي را بدون استفاده از چسب به رشتههاي نخ و الياف تبديل کنند و چگونه بلافاصله پس از خروج محلول آبي از غده توليد ابريشم يک الياف مقاوم جامد توليد ميگردد.
اما پس از سال ها مطالعه، بيوشيميستها توانستهاند با حل کردن مجدد ابريشم به دست آمده از پيله و بازسازي روند سفت شدن آن، راز اين فرآيند را آشکار کنند. هنگامي که بخشي از آب محلول ابريشم، بخار و محلول غليظتر شود جزيرههاي کروي شکل و کوچکي که همان هستههاي اوليه الياف جامد بودند در محلول تشکيل ميگردد. از دست دادن آب مساوي با تجمع اين هستهها در ساختارهاي بزرگتر ژلهاي ميباشد. اما هنوز فرآيند بلورسازي شروع نشده است، در اين هنگام دانشمندان ژل را ميان دو صفحه شيشهاي قرار داده و صفحات را به هم فشردند، گويچهها تغيير شکل داده و خود را در راستاي خط نيرو قرار دادند، در نهايت يک رشته الياف را تشکيل دادند و ابريشم محکم به دست آمد.
کشف اين روند ميتواند به توليد مواد بهتر و پرکيفيتي منجر شود و اين اليافهاي با دوام در صنايع و فعاليتهاي بسيار زيادي کاربرد خواهند داشت که موارد زيست درماني و لوازم حفاظتي نيروهاي نظامي و انتظامي، ابزارهاي ورزشي، لباسهاي پيادهروي از آن جملهاند. اما مهمترين استفاده اين مواد جديد را بايد در کاربرد آنها در مهندسي بافت و ترميم بافت جستجو کرد. (عليرضا منصوريان و سيد مهدي گلستان هاشمي، ص 59-71)
3- توليد اپکسي با الهام از صدف
پوسته خارجي صدف بسيار سخت است. اين جانور از غدههاي موجود در پاي حلزون شکل خود چسبي را ترشح ميکند که در کمتر از پنج دقيقه به يک رشته سخت يا نخ بايسال41 تبديل شده و آن را براي هميشه به يک صخره متصل ميکند. در طي چند روز اين جانور پوستهي خود را بوسيلهي کابلي از صدها نخ اينگونه مهار کرده که اين کابل سالها در برابر ضربههاي آب مقاومت خواهد کرد. چسب توليد شده توسط اين صدف ميتواند در برابر نيروي هزار ضربه در هر اينچ مربع استقامت ورزد. همچنين اين صدفها ميتوانند به تفلن نيز بچسبند.
چسبهاي کرازي و چسبهاي صنعتي ويژه در جاي خشک بسيار مؤثر عمل ميکنند. اما در صورت فرورفتن در آب، در مقايسه با محصول صدف کيفيت خود را از دست ميدهند. محققان سالها به دنبال تقليد از طبيعت و ايجاد چسبي که در رطوبت نيز بسرعت و بادوام بچسبد، بودهاند. اين چسب ميتوانست براي پزشکان جراح و تعميرکاران دريايي کاربرد زيادي داشته باشد.
از دههي 1960 تلاش براي يافت چسبهاي دريايي آغاز شده و ابتدا چسبندگي بارناکل42 (انگل دريايي) در مرکز توجه قرار داشت. اين سختپوستان، با رسوب در تنهکشتي و کاهش قابل توجه سرعت سفر، کشتيرانها را از زمان روميان بستوه آوردهاند. عليرغم تلاش زياد براي کشف راز چسب بارناکلها، اين راز در زير پوست سخت و بسيار کوچک اين جانور پنهان باقي مانده است.
هربرت ويت43 زيست شيميدان

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه درمورد حقوق و دستمزد، سنجش عملکرد، عزل و نصب Next Entries پایان نامه درمورد امنیت ملی، ژئوپولیتیک، ژئوپولیتیکی