Bioonika

Bioonika (bio + (elektro)onika; varasemas kirjanduses "biomimeetika") on bioloogia ja tehnika piiriteadus, mis uurib bioloogilisi struktuure, süsteeme ja protsesse ning neid analüüsides ja aluseks võttes püüab leida tehnikaprobleemidele lahendusi. Bioonika muutus iseseisvaks teadusharuks 1960. aastatel.
Sõna tuleneb arvatavasti sõnade "bios" (kreeka keeles 'elu') ja "elektroonika" järelliite ühendamisel. Teise võimalusena tuleb sõna tehnilisest terminist "bion" (vanakreeka keelest: "βίος", tähendab 'elu') ning järelliitest "-ic", mis tähendab 'moodi'. Sellest tuleb ka termini tähendus: 'elu moodi'.
Sõna "biomimeetika" kasutatakse rohkem keemiliste reaktsioonide puhul. Biomimeetika on interdistsiplinaarne valdkond, kus tehnika, keemia ja bioloogia põhimõtete rakendamisel kasutatakse materjalide sünteesi, sünteetiliste süsteemide või masinate funktsioone, mis jäljendavad bioloogilisi protsesse.
Biooniliste leiutiste hulka kuuluvad bioonilised silmad, bioonilised jäsemed, Intarcia insuliiniimplantaat, biooniline pankreas ja palju muud. Biomimeetika professor Julian Vincent Bathi ülikooli mehaanilise inseneeria osakonnast on öelnud, et seni on bioloogia ja tehnoloogia kattuvus mehaanika kasutamise vaatenurgast kõigest 12%.
Ajalugu.
Varaseim teadaolev tehisjäse loodi 15. sajand eKr, mil muumial oli eemaldatud varvas ning asendatud nahast ja puidust tehtud proteesiga. Kõige rohkem kasutati algelisi bioonilisi jäsemeid sõdade ajal. Järgmised teated tehisjäsemete kasutamise kohta on pärit Kreeka ja Rooma sõja ajast, mil Ambroise Pare'i, prantsuse militaarkirurgi tunnustati kunstlike ala- ja ülajäsemete loomise eest. Tema mehaanilist kätt kandis prantsuse sõjakapten lahingus. Tolleaegsed tehisjäsemed tehti olemasolevatest materjalidest ehk puidust, nahast ja metallist.
1797. aastal mõistis Alessandro Volta, et kuulmise saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil. Sellele järeldusele jõudis Volta patsiendi abiga, kes väitis, et kuuleb müra pärast ajuoperatsiooni, kui tema kuulmisnärvile anti elektriimpulss. See viis esimese implantaadi paigaldamiseni kotikesenärvi stimuleerimiseks. Tänu Volta avastusele hakkasid teadlased Dijourno ja Eyries eksperimente tegema. Nad tegid sisekõrva mähise, mis oli ühendatud elektroodiga, mis oli omakorda ühendatud oimulihasega. Seejärel võtsid nad teise mähise ning kasutasid seda mikrofoni abil genereeritud signaalide edastamiseks. Katsealune kuulis taustamüra ja suutis eraldada muutusi signaalis. See avastus tõi kaasa uute tehnoloogiliste vidinate, näiteks sisekõrva implantaadi loomise.
Kui avastati, et kuulmist saab taastada elektrilise stimulatsiooni abil, loodi mitmekanaliline sisekõrvaimplantaat. See möödub talitlushäirega sisekõrvast ning tagab infovoo edastuse aju kuulmiskeskuse kuulmisnärvidele elektrilise stimulatsiooni abil.
Samasugused avastused tehti ka bioonilise nägemise, kardiovaskulaarsete rakenduste ja palju muu kohta.
Bioonika tänapäeval.
Firma Open Bionics on vabavaraline firma, mis loob 3D-prinditavaid käsi. 3D-printimise tõttu on nende loomine tunduvalt odavam kui enne. Kätt juhitakse müoelektriliste sensorite abil.
Hugh Herr, MIT biomehatroonika uurimisgrupi juht, lõi 2011. aastal ettevõtte BioniX. Ta hakkas tootma bioonilisi jalgu, mis jäljendavad väga täpselt tavajäsemete liikumist. Tema loodud BioM jalg taastab musklite jõu, liigub nagu loomulik jalg ning aitab amputeeritud jäsemetega inimestel tasakaalu hoida. Hugh Herr hakkas bioonikaga tegelema pärast mägironimisõnnetust, mille tõttu amputeeriti ta mõlemad jalad.
Bioonika Eestis.
Tallinna Tehnikaülikoolis leiutas Mart Min koos inseneridest ja arstidest meeskonnaga adaptiivse südamestimulaatori (rütmuri) jaoks lahenduse, mis mitte ainult et oskab aru saada inimorganismi verevarustuse vajadusest, ehk sellest, kas inimene parasjagu puhkab, magab, teeb sporti või on ärevuses, ning vastavalt sellele muuta stimuleerimise rütmi (südame löögisagedust), vaid mis on võimeline jälgima ka südamelihase enda verevarustuse piisavust selleks tööks, ega luba (haige) südame ohtlikku ülekoormamist.
Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudis luuakse polümeeride abil pehmeid lihaseid.