Bionică, știință care constă în construirea de sisteme artificiale care au unele dintre caracteristicile sistemelor vii. Bionica nu este o știință specializată, ci o disciplină interștiințifică; ea poate fi comparată cu cibernetica. Bionica și cibernetica au fost numite cele două fețe ale aceleiași monede. Ambele utilizează modele de sisteme vii, bionica pentru a găsi noi idei pentru mașini și sisteme artificiale utile, iar cibernetica pentru a căuta explicații ale comportamentului ființelor vii.

Bionica se deosebește astfel de bioinginerie (sau biotehnologie), care este utilizarea ființelor vii pentru a îndeplini anumite sarcini industriale, cum ar fi cultivarea drojdiilor pe petrol pentru a furniza proteine alimentare, utilizarea microorganismelor capabile să concentreze metale din minereuri de calitate inferioară și digerarea deșeurilor de către bacterii în baterii biochimice pentru a furniza energie electrică.

Mimetismul naturii este o idee veche. Mulți inventatori au modelat mașini după animale de-a lungul secolelor. Copierea din natură are avantaje distincte. Majoritatea ființelor vii aflate acum pe Pământ sunt produsul a două miliarde de ani de evoluție, iar construcția de mașini care să funcționeze într-un mediu asemănător cu cel al ființelor vii poate profita de această experiență enormă. Deși se poate crede că cea mai ușoară cale ar fi imitarea directă a naturii, acest lucru este adesea dificil, dacă nu chiar imposibil, printre alte motive, din cauza diferenței de scară. Cercetătorii în bionică au descoperit că este mai avantajos să înțeleagă principiile pentru care funcționează lucrurile în natură decât să copieze servil detaliile.

Postul următor este căutarea generalizată a inspirației din natură. Ființele vii pot fi studiate din mai multe puncte de vedere. Mușchiul animal este un motor mecanic eficient; energia solară este stocată sub formă chimică de către plante cu o eficiență de aproape 100 la sută; transmiterea informațiilor în cadrul sistemului nervos este mai complexă decât cele mai mari centrale telefonice; rezolvarea problemelor de către un creier uman depășește cu mult capacitatea celor mai puternice supercomputere. Acestea exemplifică cele două domenii principale de cercetare în domeniul bionicii – prelucrarea informației și transformarea și stocarea energiei.

Schema generală a rețelei de informații a organismelor vii este următoarea: senzațiile din mediul înconjurător sunt recepționate de către organele de simț și apoi codificate în semnale care sunt transmise prin nervi către centrele de procesare și memorare ale creierului. Viperele de groapă din subfamilia Crotalinae (care include șerpii cu clopoței), de exemplu, au un mecanism de detectare a căldurii situat într-o groapă între nări și ochi. Acest organ este atât de sensibil încât poate detecta un șoarece la o distanță de câțiva metri. Deși există detectoare în infraroșu mult mai sensibile fabricate de om, bionica poate profita de pe urma studierii viperelor. În primul rând, ar fi interesant și potențial valoros să se înțeleagă principiul de transformare a energiei care are loc în groapa cu infraroșu a șarpelui cu clopoței, precum și procesul prin care sunt stimulați nervii în absența unui mecanism de amplificare. Un alt exemplu izbitor este organul de detectare a mirosului de la molia de mătase, Bombyx mori. Masculul poate detecta substanța chimică secretată de femelă într-o cantitate de doar câteva molecule.

Într-un conductor, cum ar fi un fir telefonic, semnalul este atenuat pe măsură ce se deplasează de-a lungul firului, iar amplificatorii trebuie plasați la intervale de timp pentru a-l întări. Acesta nu este cazul axonului nervos animal: impulsul neuronal emis de organele de simț nu se slăbește în deplasarea de-a lungul axonului. Acest impuls poate călători într-o singură direcție. Aceste proprietăți fac ca axonul nervos să fie capabil de operații logice. În 1960 a fost conceput un dispozitiv semiconductor numit neuristor, capabil să propage un semnal într-o singură direcție fără atenuare și capabil să efectueze operații numerice și logice. Calculatorul neuristor, inspirat dintr-un model natural, imită comportamentul dinamic al rețelelor naturale de informații neuronale; fiecare circuit poate servi secvențial pentru diferite operații într-o manieră similară cu cea a sistemului nervos.

O altă chestiune de interes pentru bionică este modul în care un sistem viu utilizează informația. În circumstanțe în schimbare, oamenii evaluează cursuri alternative de acțiune. Fiecare situație seamănă cumva cu o situație experimentată anterior. „Recunoașterea tiparelor”, un element important în acțiunea umană, are implicații pentru bionică. O modalitate de a proiecta o mașină artificială capabilă de proprietăți de recunoaștere a tiparelor este de a utiliza procese de învățare. Au fost dezvoltate versiuni experimentale ale unei astfel de mașini; acestea învață prin stabilirea și modificarea conexiunilor între un număr mare de posibile rute alternative într-o rețea de căi. Totuși, această învățare este încă rudimentară și este departe de a fi umană.

Prima diferență esențială între calculatoarele electronice existente și creierul uman constă în modul în care sunt organizate memoriile lor. Atât în memoria unei ființe vii, cât și în cea a unei mașini, principala problemă constă în recuperarea informațiilor odată ce acestea au fost stocate. Metoda pe care o folosesc computerele se numește „adresare”. Memoria unui computer poate fi comparată cu un raft mare de porumbei, fiecare având un anumit număr sau adresă (locație). Este posibil să se găsească o anumită informație dacă se cunoaște adresa, adică numărul porumbelului. Memoria umană funcționează într-un mod foarte diferit, folosind asocierea de date. Informațiile sunt recuperate în funcție de conținutul lor, nu în funcție de o adresă externă adăugată în mod artificial. Această diferență este atât calitativă, cât și cantitativă. Dispozitivele de memorie fabricate de om sunt acum construite folosind principii asociative și există un mare potențial în acest domeniu.

A doua diferență principală între calculatoarele electronice și creierul uman rezidă în modul de tratare a informației. Un calculator prelucrează date precise. Omul acceptă date neclare și efectuează operații care nu sunt strict riguroase. De asemenea, computerele efectuează numai operații elementare foarte simple, producând rezultate complexe prin efectuarea unui număr foarte mare de astfel de operații simple la o viteză foarte mare. În schimb, creierul uman execută la viteză mică, dar în paralel și nu în succesiune, producând mai multe rezultate simultane care pot fi comparate (vezi și inteligența artificială).

În lumea vie, energia este stocată sub formă de compuși chimici; utilizarea ei este întotdeauna însoțită de reacții chimice. Energia solară este stocată de plante prin intermediul unor procese chimice complexe. Energia mișcării musculare este derivată din modificări chimice. Lumina produsă de organisme vii, cum ar fi ciupercile, viermii incandescenți și anumiți pești, este de origine chimică. În fiecare caz, transformarea energiei este remarcabil de eficientă în comparație cu motoarele termice.

Se începe să se înțeleagă modul în care au loc aceste transformări în materia vie și natura rolului complex jucat de membranele vii. Poate că unele dintre limitările legate de complexitatea și fragilitatea moleculară ar putea fi depășite în mașinile artificiale-energetice create de om și s-ar putea obține rezultate mai bune decât în cazul membranelor naturale.

.