Bionika, věda o konstrukci umělých systémů, které mají některé vlastnosti živých systémů. Bionika není specializovaná věda, ale mezioborová disciplína; lze ji srovnat s kybernetikou. Bionika a kybernetika byly nazývány dvěma stranami téže mince. Obě využívají modely živých systémů, bionika za účelem nalezení nových myšlenek pro užitečné umělé stroje a systémy, kybernetika k hledání vysvětlení chování živých bytostí.

Bionika se tedy liší od bioinženýrství (nebo biotechnologie), což je využití živých organismů k plnění určitých průmyslových úkolů, jako je například kultivace kvasinek na ropě za účelem získání potravinářských bílkovin, využití mikroorganismů schopných koncentrovat kovy z nekvalitních rud a trávení odpadů bakteriemi v biochemických bateriích k dodávce elektrické energie.

Napodobování přírody je stará myšlenka. Mnoho vynálezců v průběhu staletí modelovalo stroje podle zvířat. Kopírování z přírody má zřetelné výhody. Většina živých tvorů, kteří jsou nyní na Zemi, je výsledkem dvou miliard let evoluce a konstrukce strojů, které pracují v prostředí podobném prostředí živých tvorů, může těžit z těchto obrovských zkušeností. Ačkoli se může zdát, že nejjednodušší cestou je přímé napodobení přírody, je to často obtížné, ne-li nemožné, mimo jiné i z důvodu rozdílného měřítka. Výzkumníci v oblasti bioniky zjistili, že je výhodnější pochopit principy, proč věci v přírodě fungují, než otrocky kopírovat detaily.

Dalším krokem je obecné hledání inspirace v přírodě. Živé bytosti lze studovat z několika hledisek. Svaly živočichů jsou účinným mechanickým motorem; sluneční energii ukládají rostliny v chemické formě s téměř stoprocentní účinností; přenos informací v nervovém systému je složitější než největší telefonní ústředny; řešení problémů lidským mozkem zdaleka převyšuje kapacitu nejvýkonnějších superpočítačů. To jsou příklady dvou hlavních oblastí výzkumu bioniky – zpracování informací a transformace a skladování energie.

Obecné schéma informační sítě živých organismů je následující: vjemy z prostředí jsou přijímány smyslovými orgány a poté kódovány do signálů, které jsou nervy přenášeny do center zpracování a zapamatování v mozku. Například zmije z podčeledi Crotalinae (kam patří chřestýši) mají mechanismus vnímání tepla umístěný v jamce mezi nozdrami a očima. Tento orgán je tak citlivý, že dokáže odhalit myš na vzdálenost několika metrů. Ačkoli existují mnohem citlivější infračervené detektory vyrobené člověkem, bionika může ze studia zmijí stále těžit. Především by bylo zajímavé a potenciálně cenné pochopit princip přeměny energie, k níž dochází v infračervené jámě chřestýše, a také proces, jímž jsou nervy stimulovány při absenci zesilovacího mechanismu. Dalším pozoruhodným příkladem je orgán pro vnímání pachů u bource morušového, Bombyx mori. Samec dokáže detekovat chemickou látku vylučovanou samicí v množství pouhých několika molekul.

Ve vodiči, jako je telefonní drát, je signál při cestě podél drátu zeslabován a pro jeho zesílení musí být v určitých intervalech umístěny zesilovače. To není případ živočišného nervového axonu: nervový impuls vydaný ze smyslových orgánů při cestě podél axonu neslábne. Tento impuls se může šířit pouze jedním směrem. Díky těmto vlastnostem je nervový axon schopen logických operací. V roce 1960 bylo vynalezeno polovodičové zařízení zvané neuristor, které je schopno šířit signál v jednom směru bez zeslabení a je schopno provádět numerické a logické operace. Neuristorový počítač, inspirovaný přírodním modelem, napodobuje dynamické chování přirozených nervových informačních sítí; každý obvod může sloužit postupně pro různé operace podobně jako nervová soustava.

Další otázkou, která zajímá bioniku, je, jak živý systém využívá informace. V měnících se okolnostech lidé vyhodnocují alternativní způsoby jednání. Každá situace se nějak podobá situaci, kterou zažili dříve. „Rozpoznávání vzorů“, důležitý prvek lidského jednání, má důsledky pro bioniku. Jedním ze způsobů, jak navrhnout umělý stroj schopný rozpoznávat vlastnosti vzorů, je použít procesy učení. Byly vyvinuty experimentální verze takového stroje; učí se vytvářením a úpravou spojení mezi velkým počtem možných alternativních cest v síti drah. Toto učení je však stále rudimentární a má daleko k lidskému.

První zásadní rozdíl mezi stávajícími elektronickými počítači a lidským mozkem spočívá ve způsobu organizace jejich paměti. Ať už jde o paměť živé bytosti, nebo o paměť stroje, hlavní problém spočívá ve vyhledávání informací poté, co byly uloženy. Metoda, kterou používají počítače, se nazývá „adresování“. Počítačovou paměť lze přirovnat k velkému regálu holubníků, z nichž každý má určité číslo nebo adresu (umístění). Určitou informaci je možné najít, pokud je známa adresa – tj. číslo holubníku. Lidská paměť pracuje zcela odlišným způsobem, a to pomocí asociace dat. Informace jsou vyhledávány podle svého obsahu, nikoli podle uměle přidané vnější adresy. Tento rozdíl je kvalitativní i kvantitativní. Paměťová zařízení vyrobená člověkem jsou nyní konstruována na asociačních principech a v této oblasti existuje velký potenciál.

Druhý hlavní rozdíl mezi elektronickými počítači a lidským mozkem spočívá ve způsobu zacházení s informacemi. Počítač zpracovává přesná data. Lidé přijímají rozmazaná data a provádějí operace, které nejsou přísně rigorózní. Počítače také provádějí pouze velmi jednoduché elementární operace a složité výsledky vytvářejí prováděním obrovského množství takových jednoduchých operací velmi vysokou rychlostí. Naproti tomu lidský mozek provádí operace nízkou rychlostí, ale spíše paralelně než postupně a vytváří několik souběžných výsledků, které lze porovnávat (viz také umělá inteligence).

V živém světě je energie uložena ve formě chemických sloučenin; její využití je vždy doprovázeno chemickými reakcemi. Sluneční energii uchovávají rostliny pomocí složitých chemických procesů. Energie svalového pohybu je odvozena z chemických změn. Světlo produkované živými organismy, jako jsou houby, světlušky a některé ryby, je chemického původu. V každém případě je přeměna energie ve srovnání s tepelnými motory pozoruhodně účinná.

Začíná se chápat, jak tyto přeměny probíhají v živém materiálu a jakou složitou roli hrají živé membrány. Možná, že některá omezení vyplývající z molekulární složitosti a křehkosti by mohla být u umělých energetických strojů vyrobených člověkem překonána a mohlo by být dosaženo lepších výsledků než u přírodních membrán.