Biónica, ciência da construção de sistemas artificiais que têm algumas das características de sistemas vivos. A biónica não é uma ciência especializada, mas uma disciplina intercientífica; pode ser comparada com a cibernética. A biónica e a cibernética têm sido chamadas as duas faces da mesma moeda. Ambos utilizam modelos de sistemas vivos, a biónica para encontrar novas ideias para máquinas e sistemas artificiais úteis, a cibernética para procurar a explicação do comportamento dos seres vivos.

A biónica distingue-se assim da bioengenharia (ou biotecnologia), que é o uso de seres vivos para realizar certas tarefas industriais, tais como a cultura de leveduras em petróleo para fornecer proteínas alimentares, o uso de microrganismos capazes de concentrar metais de minérios de baixa qualidade, e a digestão de resíduos por bactérias em baterias bioquímicas para fornecer energia eléctrica.

Mimética da natureza é uma ideia antiga. Muitos inventores têm modelado máquinas após animais ao longo dos séculos. Copiar a partir da natureza tem vantagens distintas. A maioria dos seres vivos agora na Terra são o produto de dois bilhões de anos de evolução, e a construção de máquinas para trabalhar em um ambiente semelhante ao dos seres vivos pode lucrar com esta enorme experiência. Embora a maneira mais fácil possa ser pensada como sendo a imitação directa da natureza, isto é muitas vezes difícil, se não impossível, entre outras razões devido à diferença de escala. Os pesquisadores biônicos descobriram que é mais vantajoso entender os princípios do porquê das coisas funcionarem na natureza do que copiar detalhes de forma escravagista.

O próximo passo é a busca generalizada de inspiração na natureza. Os seres vivos podem ser estudados a partir de vários pontos de vista. O músculo animal é um motor mecânico eficiente; a energia solar é armazenada em forma química pelas plantas com quase 100% de eficiência; a transmissão de informação dentro do sistema nervoso é mais complexa que as maiores centrais telefônicas; a resolução de problemas por um cérebro humano excede de longe a capacidade dos supercomputadores mais poderosos. Estes exemplificam os dois principais campos da pesquisa biônica – processamento de informação e transformação e armazenamento de energia.

O padrão geral da rede de informação dos organismos vivos é o seguinte: as sensações ambientais são recebidas pelos órgãos dos sentidos e depois codificadas em sinais que são transmitidos pelos nervos para os centros de processamento e memorização do cérebro. As víboras de fossa da subfamília Crotalinae (que inclui as cascavéis), por exemplo, têm um mecanismo sensor de calor localizado numa fossa entre as narinas e os olhos. Este órgão é tão sensível que pode detectar um rato a poucos metros de distância. Embora existam detectores infravermelhos muito mais sensíveis feitos pelo homem, os biónicos ainda podem lucrar com o estudo das víboras. Primeiro, seria interessante e de valor potencial compreender o princípio da transformação energética que ocorre no poço infravermelho da cascavel, bem como o processo pelo qual os nervos são estimulados na ausência de um mecanismo amplificador. Outro exemplo notável é o órgão sensor de odores da traça da seda, Bombyx mori. O macho pode detectar o químico segregado pela fêmea em uma quantidade tão pequena quanto algumas moléculas.

Em um condutor como um fio telefônico, o sinal é atenuado enquanto viaja ao longo do fio, e os amplificadores devem ser colocados em intervalos para reforçá-lo. Este não é o caso do axônio nervoso animal: o impulso neural emitido pelos órgãos dos sentidos não enfraquece ao viajar ao longo do axônio. Este impulso pode viajar em apenas uma direção. Estas propriedades tornam o axônio nervoso capaz de operações lógicas. Em 1960 um dispositivo semicondutor chamado neuristor foi concebido, capaz de propagar um sinal em uma direção sem atenuação e capaz de realizar operações numéricas e lógicas. O computador neuristor, inspirado num modelo natural, imita o comportamento dinâmico das redes naturais de informação neural; cada circuito pode servir sequencialmente para diferentes operações de forma semelhante à do sistema nervoso.

Outra questão de interesse para os biónicos é como um sistema vivo faz uso da informação. Em circunstâncias mutáveis, os seres humanos avaliam cursos de ação alternativos. Cada situação de alguma forma se assemelha a uma situação vivida anteriormente. O “reconhecimento de padrões”, um elemento importante na ação humana, tem implicações para os biônicos. Uma maneira de projetar uma máquina artificial capaz de propriedades de reconhecimento de padrões é usar processos de aprendizagem. Foram desenvolvidas versões experimentais de tal máquina; elas aprendem estabelecendo e modificando conexões entre um grande número de rotas alternativas possíveis em uma rede de caminhos. Esta aprendizagem, contudo, ainda é rudimentar e longe de ser humana.

A primeira diferença essencial entre os computadores electrónicos existentes e o cérebro humano reside na forma como as suas memórias estão organizadas. Tanto na memória de um ser vivo como na de uma máquina, o principal problema reside na recuperação de informação uma vez que esta tenha sido armazenada. O método que os computadores usam é chamado de “endereçamento”. A memória de um computador pode ser comparada a um grande poço de pombos, cada um com um determinado número ou endereço (localização). É possível encontrar uma certa informação se o endereço – ou seja, o número do pombal – for conhecido. A memória humana funciona de uma forma muito diferente, utilizando a associação de dados. A informação é recuperada de acordo com o seu conteúdo, não de acordo com um endereço externo adicionado artificialmente. Essa diferença é tanto qualitativa como quantitativa. Os dispositivos de memória feitos pelo homem são agora construídos usando princípios associativos, e há um grande potencial neste campo.

A segunda principal diferença entre computadores eletrônicos e o cérebro humano reside na maneira de lidar com a informação. Um computador processa dados precisos. O ser humano aceita dados difusos e realiza operações que não são estritamente rigorosas. Além disso, os computadores realizam apenas operações elementares muito simples, produzindo resultados complexos ao realizar um grande número de operações tão simples a uma velocidade muito alta. Em contraste, o cérebro humano executa a baixa velocidade mas em paralelo e não em sequência, produzindo vários resultados simultâneos que podem ser comparados (ver também inteligência artificial).

No mundo vivo, a energia é armazenada na forma de compostos químicos; o seu uso é sempre acompanhado de reacções químicas. A energia solar é armazenada pelas plantas por meio de processos químicos complexos. A energia do movimento muscular é derivada de mudanças químicas. A luz produzida por organismos vivos como os cogumelos, os vermes cintilantes e certos peixes é de origem química. Em todos os casos a transformação de energia é notavelmente eficiente em comparação com os motores térmicos.

Um começo está sendo feito para entender como essas transformações ocorrem no material vivo e a natureza do complexo papel desempenhado pelas membranas vivas. Talvez algumas das limitações da complexidade e fragilidade molecular possam ser superadas em máquinas artificiais de energia e melhores resultados alcançados do que em membranas naturais.

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