رساله, طراحی, مرکز تحقیقات, و ,توسعه, بیونیک

چکیده

اگر نگاهی گذرا به معماری در طول تاریخ بشر بیندازیم، ارتباط تنگاتنگ طبیعت جاندار و بیxadجان و معماری را خواهیم دید. چرا که معماری با الهام از طبیعت سعی در هر چه بیشتر پایدار نمودن خود کرده و این ارتباط در طول سدهxadهای متعدد به گونهxadهای متفاوتی، نمود خود را در معماری نشان داده است که از آن جمله میxadتوان به تقلید فرمی موجودات زنده و یا استفاده از نحوه همزیستی موجودات با طبیعت (اقلیم و معماری) اشاره نمود. همچنین انسان بدلیل وابسته بودن به طبیعت برای ادامه حیات خود و رفع نیازهایش به ناچار باید آن را بشناسد. از طرفی با بررسی طبیعت، تصویری بهتر از گذشته و آینده و حقایق هستی بدست میxadآورد، زیرا شکلxadهای طبیعی ذاتاً کارآمدند و طرحxadهای کارکردی در طبیعت از نظر زیباشناسی نیز خوشایند و مطلوبند. ارتباط دادن طرح به اشکال و قوانین طبیعی میxadتواند به طراحان کمک نماید تا طرحxadهای خلاقانه و دارای کیفیت زیباییxadشناسانه که آسیب کمتری به طبیعت میxadرساند ایجاد نمایند با توجه به مطالب عنوان شده لزوم شناخت مبحث بیونیک و بکارگیری آن در معماری آشکار میxadشود.

هدف از این تحقیق آن است که در ابتدا به بحث شناخت بیونیک پرداخته و سپس با آشنایی با اصول طراحی بیونیک، روش الگوگیری از طبیعت را دریابیم، همچنین با طراحی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک و بکارگیری اصول الگوگیری شده از طبیعت در آن به طرحی دست پیدا کنیم که تقلید صرف از طبیعت نباشد، بلکه سازه بکارگرفته شده، نیازهای عملکردی و زیبایی شناسی و فرم انتخاب شده به بهترین صورت ترکیب شده و منطبق بر اصول بنیادین طبیعت و با توجه به نیازها و بستر طرح انتخاب و گزینش شود به طوری که طرح نهایی جوابگوی نیازهای استفادهxadکنندگان بوده و آسیب کمتری به طبیعت برساند.

فهرست مطالب

عنوان…………………………………………………………………………………………………………………………..صفحه

فصل اول: شناخت علم بیونیک

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………….1

1-2- طبیعت به عنوان منبع خلاقیت و نوآوری………………………………………………………………………………3

1-3- تعریف علم بیونیک………………………………………………………………………………………4

1-4- منشأ علم بیونیک………………………………………………………………………………………………………9

1-5- تاریخچه علم بیونیک……………………………………………………………………………………………….10

1-6- علم بیونیک در عصر حاضر…………………………………………………………………………………….14

1-6-1- نمونهxadهایی از مهندسی خلاقیت بیونیکی………………………………………………………………………….14

1-6-1-1- از دیدگاه فرم………………………………………………………………………………………………………………..15

1-6-1-2- از دیدگاه مواد……………………………………………………………………………………………………………….16

1-6-1-3- از دیدگاه ساختار…………………………………………………………………………………………………………..23

1-6-1-4- از دیدگاه فرآیند…………………………………………………………………..……………………………………….33

1-6-1-5- از دیدگاه عملکرد………………………………………………………………………………………………………….35

1-7- علم بیونیک در آینده……………………………………………………………………………………………………………..38

1-8- نتیجهxadگیری…………………………………………………………………………………………………………………38

فصل دوم: جایگاه بیونیک در علوم مختلف

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………..41

2-2- بیونیک علم رابط بین علوم مختلف………………………………………………………………………………………42

2-3- شاخهxadهای مهندسی خلاقیت بیونیکی…………………………………………………………………………………..43

2-3-1- شاخهxadها یا رشتهxadهای بخشی……………………………………………………………………………………………..43

2-3-2- شاخهxadها یا رشتهxadهای موضوعی………………………………………………………………………………………….46

2-4- رابطه بیونیک با سیبرنتیک……………………………………………………………………………………………………48

2-5- صاحبxadنظران حوزه بیونیک……………………………………………………………………………………………………50

2-5-1- ورنر ویلینسکی………………………………………………………………………………………………………..50

2-5-2- خاویر جی پیوز وماریا رزا سرورا………………………………………………………………………………………51

2-5-3- گرگ لین………………………………………………………………………………………………………….53

2-5-4- سانتیاگو کالاتراوا………………………………………………………………………………………………..57

2-5-5- نیکلاس گریمشاو……………………………………………………………………………………………….60

2-6- نتیجهxadگیری……………………………………………………………………………………………….61

فصل سوم: مبانی طراحی بیونیک و پایداری

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………….64

3-2- بیونیک و معماری بیونیک…………………………………………………………………………………..65

3-2-1- شرایط، تعاریف، پیشxadزمینهxadها……………………………………………………………………………..65

3-2-2- استخراج و ترجمه………………………………………………………………………………………………68

3-2-3- انتقال……………………………………………………………………………………………………………70

3-2-3-1- رویکرد بالا به پایین-اصول بیولوژیکی موثر بر طراحی………………………………………71

3-2-3-2- رویکرد پایین به بالا-اهداف طراحی بدنبال انطباق با بیولوژی…………………………………..72

3-2-3-3- رویکرد اتفاقی………………………………………………………………………………………..73

3-2-4- اصول طراحی بیونیک…………………………………………………………………………………..75

3-3- تأثیر و بکارگیری بیونیک در ایجاد طرحxadهای پایدار……………………………………………………………..77

3-3-1- اندیشهxadها و مفاهیم (سطوح بیونیک)……………………………………………………………….78

3-3-1-1- سطح ارگانیسم…………………………………………………………………………………………80

3-3-1-2- سطح رفتار………………………………………………………………………………….80

3-3-1-3- سطح اکوسیستم…………………………………………………………………………………..81

3-3-2- جنبهxadهای ساختمان از دید پایداری………………………………………………………………………………….83

3-3-2-1-خصوصیت مواد و مصالح ساختمان………………………………………………………………………………84

3-3-2-2- پوشش ساختمان………………………………………………………………………………………87

3-3-2-3- شرایط محیطی…………………………………………………………………………………………….89

3-4- نتیجهxadگیری…………………………………………………………………………………………………….92

فصل چهارم: اجزای ساختمان و بیونیک

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………….94

4-2- فرم و بیونیک……………………………………………………………………………………………………95

4-2-1- تفاوت فرمxadهای زمینهxadگرا و تقلیدی از طبیعت………………………………………………………………….95

4-2-2- مقایسه فرم دو نمونه معماری……………………………………………………………………………………96

4-2-3- مقیاس معتبر…………………………………………………………………………………………………………99

4-2-4- فرم طبیعی معتبر………………………………………………………………………………101

4-3- سازه و بیونیک…………………………………………………………………………………………………102

4-3-1- طبیعت و کارایی سازه…………………………………………………………………………………103

4-3-2 طبیعت و زیباگرایی سازه…………………………………………………………………………………..104

4-3-3- انواع سازهxadهای بیونیک………………………………………………………………………………………..106

4-3-3-1- طبیعت و سازهxadهای بلند (سیستمxadهای ساختمانی ستونی)……………………………………….107

4-3-3-2- سازهxadهای درختی…………………………………………………………………………………………..114

4-3-3-3- سازهxadهای پوستهxadای در طبیعت…………………………………………………………………………………..117

4-3-3-4- سازهxadهای ورق تا شو در طبیعت…………………………………………………………………………………118

4-3-3-5- سازهxadهای تنسگریتی در طبیعت…………………………………………………………………………………119

4-3-3-6- سازهxadهای بادی در طبیعت………………………………………………………………………………………….124

4-3-3-7- سازهxadهای ژئودزیک در طبیعت…………………………………………………………………………………..126

4-3-3-8- سازهxadهای کابلی کشسان در طبیعت…………………………………………………………………………..128

4-3-3-9- سازهxadهای قوسی در طبیعت……………………………………………………………………………………….130

4-3-3-10- اسکلت بدن جانداران………………………………………………………………………………………………132

4-4- بیونیک و مصالح……………………………………………………………………………………………………..134

4-4-1- نقش مصالح در معماری عصر حاضر با نگاهی به طبیعت…………………………………………….134

4-4-2- نمونهxadهایی از مصالح بیونیکی………………………………………………………………………………………….135

4-4-2-1- ساخت مصالح مقاوم به سایش بیونیکی…………………………………………………………………….135

4-4-2-2- تولید مصالح رنگی ساختمانی…………………………………………………………………………………….136

4-4-2-3- مصالح هوشمند………………………………………………………………………………………………………….137

4-4-2-3-1- با قابلیت تغییر ویژگی……………………………………………………………………………………………140

4-4-2-3-2- با قابلیت تبدیل انرژی……………………………………………………………………………………………146

4-4-2-4- نانو مصالح…………………………………………………………………………………………………………….146

4-4-2-4-1- مصالح خود تمیز شونده………………………………………………………………………………………..147

4-4-2-4-2- مصالح تصفیهxadکننده هوا…………………………………………………………………………………………150

4-4-2-4-3- مصالح تنظیمxadکننده دما (تغییر فاز)………………………………………………………………………153

4-4-2-5- ساخت عایق رطوبتی……………………………………………………………………………………………156

4-4-2-6- تهیه سطوح نچسب………………………………………………………………………………………….157

4-4-2-7- تولید رنگxadهای خودپاکxadشونده…………………………………………………………………………………..158

4-4-2-8- تولید بیوکامپوزیتxadهای سخت……………………………………………………………………………………160

4-5- بیونیک و تأسیسات………………………………………………………………………………………………161

4-5-1- نمونهxadهایی از تأسیسات بیونیکی……………………………………………………………………………………..161

4-5-1-1- ساخت سلولxadهای فتوولتائیک بیونیک……………………………………………………………………….161

4-5-1-2- طراحی تأسیسات مکانیکی بنا……………………………………………………………………………………167

4-5-1-3- توسعه عایقxadکاری گرمایشی نیمه شفاف…………………………………………………………………….169

4-6- بیونیک و پوشش…………………………………………………………………………………………….172

4-6-1- طراحی پوست تنفسی بیونیکی برای ساختمان……………………………………………………………..172

4-7- نتیجهxadگیری…………………………………………………………………………………………………..180

فصل پنجم: نمونه موردی

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………….182

5-2- نمونه موردی مراکز تحقیقاتی…………………………………………………………………………………………….183

5-2-1- مرکز علوم گیاهی دونالد دانفورث…………………………………………………………………………………..183

5-3- نمونه موردی معماری بیونیک…………………………………………………………………………………………….184

5-3-1- مرکز هنر سنگاپور، سنگاپور، مالزی……………………………………………………………………………….184

5-3-2- استادیوم المپیک بیجینگ، پکن، چین………………………………………………………………………….186

5-3-3- مرکز شنا و بازیxadهای آبی بیجینگ، پکن، چین…………………………………………………………….188

5-3-4- برج بیونیک، شانگهای، چین………………………………………………………………………………………….190

5-3-5- برج رودخانه مروارید، گانزهو، چین………………………………………………………………………………..193

5-3-6- مرکز ایست گیت، هاراری، زیمباوه…………………………………………………………………………………195

5-4- نتیجهxadگیری……………………………………………………………………………………………………197

فصل ششم: مکانxadیابی و تحلیل سایت

6-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………..200

6-2- درباره شهر شیراز…………………………………………………………………………………200

6-3- مکانxadیابی و تحلیل سایت انتخابی…………………………………………………………………………201

6-3-1- عوامل موثر در مکانxadیابی به صورت عام………………………………………………………………………….201

6-3-2- عوامل موثر در مکانxadیابی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک……………………………………………202

6-3-3- مکانxadیابی……………………………………………………………………………………………………206

6-3-4- تحلیل سایت انتخابی………………………………………………………………………………………….215

6-4- مطالعات جغرافیایی………………………………………………………………………………………………222

6-4-1- موقعیت جغرافیایی استان فارس…………………………………………………………………………………….222

6-4-2- موقعیت جغرافیایی شهرستان شیراز………………………………………………………………………………222

6-4-3- مشخصهxadهای جغرافیایی شهر شیراز……………………………………………………………………………….223

6-4-4- مشخصهxadهای ارتفاعی شهر شیراز……………………………………………………………………………………223

6-5- مشخصهxadهای اقلیمی شهر شیراز…………………………………………………………………………………224

6-5-1- آب و هوا……………………………………………………………………………………………………….224

6-5-2 دما………………………………………………………………………………………………………225

6-5-3- رطوبت…………………………………………………………………………………………………………….226

6-5-4- بارندگی…………………………………………………………………………………………………………228

6-5-5- باد………………………………………………………………………………………………………………..228

6-6- زمینxadشناسی و ژئومورفولوژی………………………………………………………………………………………………230

6-6-1- لرزهxadخیزی………………………………………………………………………………………………………………230

6-7- خاک و پوشش گیاهی…………………………………………………………………………………………..231

فصل هفتم: برنامهxadریزی و طراحی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک

7-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….233

7-2- مبانی نظری طرح……………………………………………………………………………………………….234

7-3- برنامهxadریزی فیزیکی……………………………………………………………………………………………………………..236

7-3-1- عرصه آموزشی و پژوهشی………………………………………………………………………………………………236

7-3-2- عرصه خدماتی-رفاهی…………………………………………………………………………………………………….237

7-3-3- عرصه اداری…………………………………………………………………………………………………………………….239

7-3-4- عرصه نمایشگاهی……………………………………………………………………………………………………………240

7-4- معرفی روند شکلxadگیری کلیت طرح……………………………………………………………………………………241

7-5- رویکرد پایداری طرح…………………………………………………………………………………………………………..245

7-6- رویکرد بیونیکی طرح…………………………………………………………………………………………………………..247

7-6-1- سازه…………………………………………………………………………………………………………..247

7-6-2- تأسیسات……………………………………………………………………………………………………………248

7-6-3- مصالح و پوشش………………………………………………………………………………………………………………252

7-7-نقشهxadها و تصاویر نهایی…………………………………………………………………………………………………………252

منابع و مأخذ

منابع فارسی……………………………………………………………………………………………………………….266

منابع غیر فارسی…………………………………………………………………………………………………………………..268

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………274

– مقدمه

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 زمینهxadهای مختلف تحقیقاتی رخ دادهxadاند. خودسازماندهیxadهای مجذوبxadکننده سیستمxadهای ساده در طبیعت، امروزه توجه بسیاری از دانشمندان در زمینهxadهای مختلف علمی را به خود جلب کرده است. پیشرفت علم کامپیوتر و امکانات جدیدی که این علم در اختیار دانشمندان قرار داده نیز تحقیقات پیچیدهxadای را در این زمینه میسر ساخته است. همxadچنان که شبیهxadسازیxadهای کامپیوتری نشان میxadدهد، دو علم بیولوژی و تکنولوژی با تمام پیچیدگیxadهایشان براساس قوانین مشابه و ماوراء شکل گرفتهxadاند. با ترکیب این دو علم میxadتوان به عرصه جدیدی از دانش وارد شد که امکان نوآوریxadهای بیشتر را در زمینهxadهای مختلف فراهم میxadآورد.

در فرهنگ بریتانیا واژه بیونیک، “ساختسیستمxadهای مصنوعی که دارای برخی از ویژگیxadهای موجودات زنده هستند” تعریف شده است. متشابه بودن واژه بیونیک و بیولوژی (زیستxadشناسی) ما را متوجه ارتباط این علم با موجودات زنده میxadکند. در ابتدای امر، بیونیک به کاربردهای علمی منحصر میxadشد و طرحxadهایی را که اساس شکلxadگیری آنxadها موجودات زنده بودند بررسی میxadکرد. در بازه زمان تعریف جامعxadتری بدست آمد: “بیونیک عبارت است از هنر بکار گرفتن دانش سیستمxadهای 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 گرفتهxadاند. میxadتوان گفت بیونیک یک انضباط بین علمی است که برای بهبود طراحی، ساخت ابزارها و ماشینxadهای مورد استفاده بشر، بکار گرفته میxadشود و دستاوردهای بسیار سودمندی به بشر داده است. هدف اصلی و پرفایده از بکارگیری این دستxadآوردها این است که به جای بازآفرینی از موجودات زنده، اصول و قواعد طبیعت و سازگاری آنxadها با یکدیگر مورد مطالعه قرار گیرد. به بیان سادهxadتر، بیونیک تأکید بر استفادهxadی 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 سادهxadترین راه برداشت از طبیعت، تقلید صادقانه از مدل است. همxadاکنون 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 طرحxadهایی که شبیه موجودات زنده هستند از این تجربه عظیم بهرهxadمند میxadشوند. از طریق مطالعه فرآیند تکامل میxadتوان به اطلاعات زیادی دست یافت و در علوم مختلف از آن بهره جست. یکی از این علوم معماری است. بیونیک کمک بسزایی به معماران میxadکند. یکی از دیدگاهxadهای معماران پیرو این سبک این است که “ما در ساختمانxadها زندگی میxadکنیم، کار میxadکنیم و با دیگران تعامل میxadکنیم و به نوعی ساختمانxadها باید به عنوان پوستیبرای انسان باشند.” علاوه بر این ساختمانxadها باید کیفیت زندگی را افزایش دهند و به شرایط محیطی زمین نیز نیمxadنگاهی داشته باشند.

ضرورت طرحxad

معرفی علم بیونیک به عنوان یکی از سه علم برتر دنیا از یک طرف و از طرفی ناکارآمدی و بهینه نبودن برخی ساختهxadهای دست بشر ما را به سمتی سوق میxadدهد که از تجربه طبیعت در زمینهxadهای 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 قطبxadهای قدرتمند علمی و پژوهشی کشور و سابقه درخشان آن در علوم طبیعی و مباحث تکنولوژی، بستری مناسب را برای تحقیق این امر مهیا میxadسازد.

1-2- طبیعت به عنوان منبع خلاقیت و نوآوری

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

طبیعت بدلیل ویژگیxadهای خاصی که دارد به عنوان یک منبع ویژه برای رشد و توسعه خلاقیت و نوآوری میxadباشد. عمدهxadترین این ویژگیxadها عبارتند از:

1- سیستمxadهای زیستی میلیونxadها سال است برای توسعه و تکامل بهینه شدهxadاند.

2- آنxadها به صورت چرخهxadهایی از مواد هستند که پشت سر هم با یکدیگر ترکیب شده و مواد زائد را مصرف میxadکنند.

3- سیستمxadهای زیستی بر مبنای اصل خود سازمانxadدهی[1] کار میxadکنند (سیستمxadهایی که خودشان تولید، تنظیم، تولید نسل و بهینهxadسازی میxadکنند).

4- سیستمxadهای زیستی در اثر عوامل تکاملی در جهت افزایش بهرهxadوری توسعه پیدا کردهxadاند. برای مثال گیاهان میxadتوانند 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- سیستمxadهای زیستی میxadتوانند با جذب حداقل انرژی زنده بمانند و تولید نسل کنند.

6- سیستمxadهای زیستی دارای توانایی برای نو شدن و ایجاد دوباره اجزاء خود میxadباشند بدون اینکه تغییری در ساختار اساسی آنxadها ایجاد شود.

7- سیستمxadهای زیستی شامل تعداد کمی از عوامل اساسی هستند که با یکدیگر در یک راه همکاری میxadکنند و تعداد زیادی از عملکردهای حیاتی را میxadتوانند 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 میxadشود. (علیرضا منصوریان و سید مهدی گلستان هاشمی، ص40 و 41)

-3- تعریف علم بیونیک

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

ورنر ویلینسکی[8]، پژوهشگر آلمانی دانش بیونیک بیان میxadدارد که علم بیونیک از قوانین تکاملی طبیعت که از میلیونxadها سال قبل بدون وقفه وسر سوزنی توقف و با دقت خاص یک ساعت اتمی پیاده شدهxadاند تبعیت میxadکند و به عنوان سازندهxadترین منبع الهام الگو میxadشوند ومورد تقلید قرار میxadگیرند.

یکی از مهمxadترین رسالتxadهای 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 لایهxadی ازن، رو به پایان رفتن ذخایر انرژی،نابودی محیطxadهای زندگی، افزایش رو به رشد قحطی و گرسنگی در جهان سوم، راهxadحلxadهای علمی و عملی در نظر دارند. فراوردهxadهای صنعتی همواره احتیاج به تجدید نظر دارند. در واقع آنها را باید به گونهxadای تولید کرد که دوستدار محیط زیست باشند وبین آنها و طبیعت هماهنگی باشد.

مهندسی خلاقیت بیونیکی را میxadتوان به عبارتی علم استفاده از نتایج تکاملی زیستxadشناسی دانست. ایدهxadی 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 فناوریxadهای مدرن از حالتxadهای تکاملی حیات الگوبرداری شود.

بیونیک رویکرد خلاقی است که به مسائل موجودات زنده و ماشینxadها از طریق گردxadآوری پژوهشxadهای زیستxadشناسان، روانشناسان، ریاضیxadدانان، مهندسان و ………. میxadنگرد. بیونیک محدود به رشتهxadای خاص نیست، بلکه برای بخش گستردهxadای از مسائل قابل اجراست.بیونیک رفتار مکانیسمxadهای زنده را به طور منظم بررسی میxadکند به نحوی که اصول کشف شده از این مطالعه را میxadتوان در سیستمxadهای دستxadساز بشر استفاده نمود. البته کاربرد بیونیک به میزان تفاهم و همکاری بین رشتهxadای میان متخصصان بستگی دارد که می تواند موجب پیشرفت روز افزون فناوریxadها گردد.

عدهxadای بیونیک را هنر به کار گرفتن دانش سیستمxadهای زنده برای حل مسائل تکنیکی میxadدانند، هدف از علم بیونیک تولید ماشینxadها و مواد پیچیدهxadتر به وسیلهxadی تقلید از طبیعت است. طبیعت بدون ایجاد آلودگی محصولاتی تولید میxadکند که از لحاظ کاری بسیار بهتر از تولیدات دستxadساز بشر عمل میxadکنند. برای مثال در مقیاس برابر، استخوان سختxadتر از فولاد است. دلیل این مهم چیست؟ پاسخ این سوال به طراحی مهندسی استخوان در سطح مولکولی بر میxadگردد. پژوهشگری به نام گیت بیان میxadکند که موفقیت ساختارهای زنده به طراحی و تقارن کوچکxadترین اجزای آنxadها برمیxadگردد.

با نگاه دقیقxadتر به کوچکxadترین اجزاء طبیعت، دانشمندان موادی را از آن جداسازی و مشخص میxadنمایند ( به عنوان مثال، استخوان و ابریشم ) که از لحاظ دوام و سبکی به آنxadها رشک میxadبرند.

در دههxadهای اخیر علاقه به تقلید از طبیعت گسترش پیدا کرده است و بسیاری طرحxadها از طبیعت الهام گرفته شده که برای پیشرفت صنایع از آنxadها استفاده میxadشود. این الهامxadگیریxadها، اندیشهxadها، خط تولیدxadها و استراتژیxadهای بازاریابی را تغییر میxadدهند. به همین دلیل است که شرکتxadهای تولیدی به الگوهای طبیعت اهمیت میxadدهند و از این طریق فعالیتxadهای تحقیق و توسعهxadی مبتنی بر بیونیک همواره محصولات جدیدی طراحی و تولید میxadکنند. اهمیت این موضوع به این دلیل است که درسxadهای طبیعت به طور دقیق ظرفیت تکمیل کردن نیازهای انسانی را دارند و به توسعهxadی یک دید جدید در طراحی کمک میxadکنند.

جانوران و گیاهان دارای ساز و کارهای بسیار متنوعی هستند. پیچیدگی یک ویژگی حتمی و ممتاز آنxadها است. با استفاده از تکنیکxadهای تحلیلی پیشرفته میxadتوان بسیاری از این ساز و کارها را درک کرد و در توسعهxadی فناوریxadهای پیشرفته از آنxadها استفاده نمود. در این خصوص دکتر ویلینسکی بیان میxadدارد که طبیعت چند جانبهxadترین ، عملیxadترین ، دقیقxadترین، بیxadضررترین و برای محیط زیست دوستانهxadترین راهxadحلxadها را در پیش روی ما گذاشته، فقط کافی است دقت نظر داشته باشیم و آنxadها تشخیص بدهیم و سپس با داشتن درک فنی آنxadها را در صنعت پیاده کنیم و به آنxadها جنبهxadی علمی ببخشیم. به طور کلی، طبیعت با تنوع زیاد در ساختارهای کارآمد، منبع بسیار مناسبی برای الگوگیری خلاق و کشف راهxadهای جدید برای حل مسائل مختلف است. نمونهxadهای بسیار زیادی در طبیعت وجود دارد که میxadتوانند ابزارهای خلاق در فرآیند خلق راهxadحلxadها برای مشکلات باشند. قاعدهxadهای تکامل زیستxadشناختی میxadتوانند برای تعیین هدفxadها و اصول عملکردxadهای ساختارxadها و سازمانxadها استفاده شوند و همچنین یک مدل برای راهxadحلxadهای تعیین شده ارائه کنند.در این حوزهxadی مهندسی خلاقیت بیونیکی با بررسی خلاقیتxadهای طبیعت راهکارهای ایده آلی برای فناوری و جهان مهندسی ارائه میxadنماید.

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

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

2- نمونهxadهایی از طبیعت کاوش و بررسی میxadشود که مشکل را حل میxadکند؛

3- راهxadحل طبیعت به راهxadحل فناورانه تبدیل میxadگردد.

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

البته ایدهxadیابی مستلزم این نیست که تنها حیوانات و گیاهان برای به دست آوردن مواد خام مثل قندها، اسید آمینهxadها، 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 شکلxadگیریxadهای لازم، بسیار اهمیت دارد.

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

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

نتایج بالقوه وسیعی از تقلید مواد طبیعت به دست میxadآید که عبارتxadاند 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 میxadآورند و اغلب طبیعت به عنوان یک معیار زیست محیطی برای نوآوریxadها در نظر گرفته میxadشود