НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Библиотечка «За страницами учебника»

Бионика. Жерарден Л. — 1971 г.

Люсьен Жерарден

Бионика

*** 1971 ***


DjVu


 

PEKЛAMA

Услада для слуха, пища для ума, радость для души. Надёжный запас в офф-лайне, который не помешает. Заказать 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Ознакомьтесь подробнее >>>>



     
      Живое изложение материала, остроумные схемы и отличные фотографии делают книгу крайне интересной и полезной широкому кругу читателей — от школьника и студента до специалиста любого профиля.


ОГЛАВЛЕНИЕ

От редактора русского издания 5
Глава 1. Что такое бионика 9
Глава 2. Измерение и кодирование информации 27
Глава 3. Система и модель 43
Глава 4. Связи внутри организма 61
Глава 5. Миры чувств 84
Глава 6. Форма и цвет 102
Глава 7. Мигранты и путешественники 122
Глава 8. Природные радары 139
Глава 9. Обучение, самообучение, самоорганизация 162
Глава 10. Виды биологической памяти 178
Глава 11. Искусственный разум 200
Глава 12. Жизнь и энергия 217
Глава 13. Перспективы безграничны 228


      Редакция научно-популярной и научно-фантастической литературы
      Одна из самых молодых наук — бионика — переживает сейчас период быстрого развития и становления.
      Нередко бывает, что в период становления молодой науки, как это видно и на примере бионики, ученые пытаются найти в новом панацею для решения карди-нальных научных проблем, а когда это оказывается невозможным, они проникаются неоправданным скепсисом. К чести биоников надо сказать, что по мере расширения бионических исследований быстрый переход от чрезмерных надежд к скепсису теперь становится более редким явлением. Все больше ученых самого различного профиля приобщаются к бионическим исследованиям, все зримее достижения этой науки, особенно когда дело касается создания конкретных технических устройств, применимых для практических целей.
      Находясь на стыке различных наук, бионика вовлекает в свои ряды самых разных специалистов: инженеров, конструкторов, биологов, химиков, кибернетиков, нейрофизиологов, физиков, психологов и многих других. Поэтому отдельные направления в бионике постепенно дифференцируются, все четче обрисовываются их цели, конкретнее ставятся задачи, связанные с разработкой той или иной проблемы. Вряд ли кого-то удивит, если через некоторое время от общей бионики отпочкуются дочерние науки со своими задачами и своими методами исследования, например нейробионика (как это произошло в кибернетике с появлением нейрокибернетики).
      Аспекты бионических работ так широки и многогранны, что назрела необходимость некоторого их упорядочения. И прежде всего здесь нужно выделить главные направления, требующие безотлагательной разработки.
      В какой-то мере этому будет способствовать и популяризация достижений бионики. Это позволит будущим исследователям — нынешним студентам и школьникам— приобщиться к поистине безграничным возможностям творческого научного поиска в области бионики и, быть может, предопределит выбор их специальности.
      Популяризация науки — задача сложная, особенно когда речь идет о новых направлениях. В этом случае важно не только выбрать яркие, выигрышные факты, но и в доступной, увлекательной форме преподнести читателю сухой и сложный материал, необходимый для правильного понимания сущности новой науки.
      В последние годы в нашей стране и за рубежом появилась целая серия научно-популярных книг, посвященных проблемам бионики. Среди советских* авторов прежде всего необходимо упомянуть Л. И. Крайз-мера, А. И. Прохорова и И. Б. Литинецкого *. В книгах, посвященных новой науке, использован большой фактический .материал. Из переводных изданий можно рекомендовать книгу Винцента Мартека «Бионика», которая вышла на русском языке в издательстве «Мир» (1967).
      Возникает вопрос, так ли уж нужны новые популярные книги по бионике и не достаточно ли тех, которые изданы. Безусловно, они нужны, во-первых, потому, что все вышеуказанные издания давно разошлись, а некоторые из них даже стали библиографической редкостью, и, во-вторых, потому, что предмет бионики многогранен и обширен и каждая очередная работа не только открывает новые области приложения знаний, но и помогает нам взглянуть на факты с новой стороны.
      Именно с этих позиций и интересна книга Люсьена Жерардена. Заслуга автора прежде всего в том, что он сумел в доступной форме рассказать о таких сложных вопросах, как понятие информации, ее измерение и кодирование, теория сложных систем и моделирование, понятия обучения, самообучения и самоорганизации, проводя при этом четкую грань между кибернетикой и бионикой и не смешивая задачи этих близких наук, во многом базирующихся на одних и тех же теоретических основах.
      Через все главы книги автор проводит мысль о необходимости более углубленного комплексной исследования функций центральной нервной системы. И это не случайно. Ведь первые крупные успехи бионики в моделировании органов чувств опирались на фактические данные, полученные физиологами при изучении механизмов работы периферических отделов анализаторов, например сетчатки. Именно эти данные явились базой для создания технических устройств, ныне уже широко используемых в практических целях. Но моделирование механизмов работы периферических отделов анализаторов — это только первый шаг, ,так как основной анализ и синтез сигналов внешнего мира осуществляется мозгом. Вот почему дальнейший прогресс, безусловно, ограничивается тем, что нам еще неизвестны основные принципы переработки мозгом информации, получаемой от рецепторов. Так, например, хотя мы уже умеем создавать сложнейшие модели, воспроизводящие принцип действия живых систем — даже такой сложной, как сетчатка, — вряд ли это перспективный путь создания бионических устройств и систем, используемых для распознавания зрительных образов.
      Конечно, это не значит, что инженеры прекратят работу над созданием машин, передающих или распознающих изображения (ведь без всякого участия бионики был изобретен телевизор).Однако успехи в нейрофизиологии центральных механизмов зрения, безусловно, приведут к принципиально новым идеям в этой области техники. Другой пример — локационные устройства, созданные поначалу независимо от работы биологов. Изучение структуры эхо-локационного сигнала у летучих мышей впоследствии натолкнуло специалистов на мысль о создании более совершенных локационных систем. Только теперь становится очевидным, что изучение одной лишь структуры сигнала «живых локаторов» без понимания механизмов его изменений во время обычного полета или активного поиска не может привести к решению насущных задач, стоящих перед конструкторами локационных приборов. Только теперь мы понимаем, что необхо-
      димо детально знать физиологию «приемников» отраженных сигналов, и особенно центральных — мозговых механизмов их переработки, приводящих к адекватной реакции животного. Вот почему изучение деятельности эхо-локационного аппарата летучих мышей и других животных как органа пространственного анализа привлекает все большее внимание биологов и инженеров.
      Автор не без основания подчеркивает, что использование самых различных методических приемов при изучении деятельности мозга открывает для бионики безграничные возможности. В этом отношении книга Жерардена выгодно отличается от ряда других научно-популярных изданий.
      Однако при любом популярном изложении сложных теоретических вопросов возможны неточности. У Жерардена нельзя признать удачными отдельные места в разделах, посвященных аккомодации, цветовому зрению, восприятию животными магнитного поля Земли. Стремление максимально упростить сложные проблемы подчас приводит автора к поверхностному описанию явлений, которые могут быть понятны только специалисту и ни о чем* не говорят неподготовленному читателю. Пытаясь максимально сохранить авторский текст, мы только в некоторых случаях дали необходимые примечания. Мелкие просчеты автора не умаляют значительности книги в целом. Она пользуется заслуженным вниманием за рубежом, была переведена на английский язык. Книга прекрасно иллюстрирована. Чувствуется, что она написана человеком, влюбленным в свою специальность и с научной объективностью раскрывающим перед читателем горизонты бионики. Можно надеяться, что и советский читатель оценит ее по достоинству.
      В. Я. Гусельников
     
      ГЛАВА 1
      ЧТО ТАКОЕ БИОНИКА
      НЕОБХОДИМОСТЬ НАУК-ПЕРЕКРЕСТКОВ*
     
      * «Науками-перекрестками» автор здесь называет синтетические науки, лежащие на стыке разных наук, например биологии, математики, электроники, механики и т. п. К синтетическим наукам относится и бионика, так как она объединяет естественнонаучное исследование (биологическое, физическое, химическое), математический анализ н инженерный подход к проблеме. Чтобы не искажать терминологию автора, термин «наука-перекресток» оставлен без изменения. — Здесь и далее примечания редактора.
     
      Грандиозное расширение объема человеческих знаний привело к сложнейшему разветвлению древа наук. Всего сто лет назад можно было считать, что вся физика исчерпывается термодинамикой, оптикой и электричеством. Теперь эта прекрасная простота позади. В наше время уже никто не станет претендовать на исчерпывающее знание хотя бы одной оптики: целая пропасть лежит между инженером, который рассчитывает характеристики фотообъективов, и ученым, исследующим красные излучения лазеров. Специалист замкнулся. в своей узкой области, сужающейся с каждым днем все больше и больше.
      В 1959 году Д. Тикунер опубликовал каталог современных наук, расположив их в алфавитном порядке. Он перечислил 1150 названий, но сейчас к ним спокойно можно прибавить еще не один десяток. Это разветвление наук неуклонно продолжается: растет армия ученых, занимающихся науками, число которых непрерывно возрастает.
      Что это принесет — добро или зло? Не таит ли в себе чрезмерная специализация крупицу того яда, который в конце концов может парализовать самый прогресс науки? На этот вопрос очень трудно ответить. Конечно, специалист отлично разбирается во всем, что касается его специальности, но та область науки, в которой он работает, становится угрожающе узкой. Один ученый великолепно знает свойства некоторых сплавов железа, другой — единственный знаток песен насекомых (впрочем, и- это еще слишком широкая область — обычно речь идет только об одном семействе насекомых); третий может часами обсуждать сложнейший состав какого-нибудь единственного в своем роде химического вещества.
      И, пожалуй, без особого преувеличения можно сказать, что удел специалистов будущего — знать все ни о чем. Пока мы еще не дошли до такой крайности, но и сейчас узкоспециализированные знания в отрыве от. других областей вряд ли могут принести человечеству прямую пользу. Необходимо найти способ широкого распространения этих знаний, чтобы затем объединить их на единой научной основе — непременное условие для того, чтобы они приносили пользу людям. Но как реализовать это насущно необходимое объединение?
      Теперь все реже и реже встречаются так называемые широко образованные люди. Человек, который хочет знать что-нибудь обо всем, неизбежно приобретает только общие, весьма поверхностные знания. Перед нами две крайности: либо это специалист, который знает все об очень немногом, либо это образованный человек, который обо всем знает очень немного.
      Решение этой труднейшей дилеммы надо искать где-то посредине между двумя одинаково неприемлемыми крайностями. К счастью, такой выход уже намечается. Лучших специалистов беспокоит их чересчур узкая специализация, они задыхаются в своих тесных изолированных отсеках. Разве не все в природе взаимосвязано? Но число новых наук растет с такой головокружительной быстротой, что ни один мозг не может охватить всего разом. Настоящий прогресс возможен только при умении обобщать все явления, смотреть на мир как на единое целое. Изобретать— это и значит сопоставлять явления, которые никогда не соприкасались; но прежде лем сравнивать и сопоставлять эти явления, их надо изучить. Почему бы не объединить специалистов разных профилей и не создать условия для плодотворного обмена мнениями? Тогда вместо одного индивидуального мозга возникнет как бы коллективный мозг, объединяющий знания отдельных специалистов.
      Вместе с тем совершенно очевидно, что изобретателю нет никакой необходимости знать все. Вряд ли стоит ожидать великих открытий от объединенных усилий специалиста по ферросплавам и знатока песен насекомых. А вот содружество такого знатока со специалистом по машинному переводу может принести явную пользу: ведь оба занимаются проблемой анаг лиза языков. Но путь от замысла до его реализации, как всегда, нелегок. Недостаточно осознать необходимость связей между разными отраслями наук, — эти связи нужно осуществить на деле. Нужно, чтобы специалисты, пришедшие из разных областей, научились понимать друг друга, нашли общий язык. Иначе все усилия будут затрачены впустую и никакой пользы такое сотрудничество не принесет. А специалистам из разных областей науки понять друг друга не так-то легко.
      Биологи, например, пользуются совершенно иной терминологией, чем физики, и у них совсем другая научная методика. Значит, прежде чем совместная работа даст какие-то результаты, нужно провести большую предварительную подготовку, установить полное взаимопонимание. Для этого есть только один путь: необходимо, чтобы ученые поставили перед собой общие задачи, определили круг своих интересов, очертили, так сказать, границы своих владений. Такой круг задач, установленный по общему соглашению, и станет предметом новой науки, которая получила название междисциплинарной науки, или науки-перекрестка.
      Возникновение наук-перекрестков знаменательно для второй половины XX века и чрезвычайно важно для будущего всей науки в целом. Только в рамках таких наук может происходить воссоединение, необходимое для прогресса. Столкновение разных точек зрения, на первый взгляд противоречащих друг другу, но совпадающих по сути, может зажечь фейерверк новых идей. Рдни замыслы, возникшие при этом, окажутся бесплодными, но зато другие, принесут богатейшие плоды и докажут на деле пользу такого сотрудничества.
      Взаимоотношения между отдельными дисциплинами и науками-перекрестками можно показать на схеме (рис. 1). К первым относятся науки аналитические. Каждая из них представляет собой сумму фактических знаний. В отличие от них науки-перекрестки — это науки синтетические, представляющие собой сочетания идей. В то время как отдельные дисциплины развиваются в направлении все большей специализации (через а, а , а", а "), наука-перекрс-сток расширяет поле своего действия за счет захвата и сопоставления новых областей, относящихся к разным дисциплинам (переход от Л к Б).
      Для ученых XIX века такой подход был бы просто немыслим. В частности, науки о живых организмах никак не соприкасались с науками о неживой природе. А разве живые организмы не похожи на удивительные машины особого рода, на тонкие, точные механизмы? Разве не интересно было бы объединить под знаком одной науки биологов и инженеров и вместе обсудить эти вопросы? Это и составляет задачу новой науки, которая называется бионикой.
      Сходство слов «бионика» и «биология» сразу наводит на мысль о живых существах.
      В одном отношении бионика выгодно отличается от многих других наук, время зарождения которых установить трудно или невозможно. Ее официальное появление на свет произошло в конце лета 1960 года и сопровождалось соответствующими церемониями. Семьсот ученых — биологи, инженеры, математики, физики и физиологи — были приглашены Военно-воздушным ведомством США на конгресс, который проходил 13, 14 и 15 сентября в Дейтоне, штат Огайо. Тридцать ораторов представляли бионику, и отчет о торжестве составил внушительный том в 500 страниц. Для большей Точности заметим, что о бионике заговорили несколько раньше, на двенадцатой ежегодной конференции по аэронавигационной радиоэлектронике в мае 1960 года. На одном из заседаний под председательством доктора Джона Кито были заслушаны четыре доклада по бионике, в том числе и доклад Стила. Это заседание было посвящено программе исследований в центре Райт-Паттерсон (ВВС США), относящихся к области бионики. Чтобы быть абсолютно точными, надо сказать, что слово «бионика» предложил исследователям в августе 1958 года Джек Стил. По его собственным словам, организационная работа и некоторые бионические исследования начались за несколько лет до того, как родилось это название. Оно появилось тогда, когда уже стало ясно, что возникла новая наука, которой пора дать имя.
      Автор дал четкое определение бионики *: это наука о системах, функции которых копируют функции жи* вых систем, о системах, которым присущи специфические характеристики природных систем или которые являются их аналогами. Это грандиозная программа, и ее, конечно, нужно растолковать и объяснить на
      * Заслуживает внимания определение бионики, предложенное Г. С. Гудожником в брошюре «Место бионики в системе наук», общ-во «Знание», РСФСР, М., 1966.
      конкретных примерах. Хотя нам еще не совеем ясно, насколько широкое поле действия захватывает новая наука, уже сейчас каждый чувствует, что бионика может быть только динамической наукой, как электроника или ядерная физика, и должна занять не менее важное место в нашем стрехмительно развивающемся мире. Поначалу биоников занимали в основном практические вопросы — возможность конструировать машины по живым моделям. Отсюда более узкое определение бионики — это использование знаний о живых системах для разрешения тех или иных технических проблем.
      Если исходить из этого определения, то нельзя отрицать, что бионика стара как мир и что ею, сами того не зная, занимались многие ученые и механики. Во все времена именно из окружающей природы человек черпал идеи и замыслы своих изобретений. Тысячи лет человек мечтал летать, как птица, и это вдохновляло его на создание бесчисленных проектов летательных аппаратов. Самый известный пример — Леонардо да Винчи. В тетради, датированной 1505 годом, этот универсальный гений, великий художник, замечательный инженер, гидравлик и механик сделал записи о летучей мыши. Именно летучая мышь, говорит он, должна служить образцом летательной машины, ибо у нее кожная перепонка покрывает и укрепляет арматуру, являющуюся основой крыла, в то время как покрытые перьями крылья птиц, сквозь которые проникает воздух, должны опираться на прочные кости и сильные мышцы. А у летучей мыши кожная перепонка, объединяющая все крыло, непроницаема для воздуха. Удивительно сходство чертежа летательной машины Леонардо да Винчи (рис. 2) с обликом летучей лисицы, крупного представителя рукокрылых, сильного летуна. Построил ли гениальный мастер эту машину, от которой остались только чертежи? Этого никто не знает. Ему не хватало одной существенной детали—двигателя, достаточно легкого и мощного, чтобы приводить в движение крылья; в его распоряжении была только мышечная сила человека, заведомо непригодная для этой цели. Примерно через 400 лет появился первый летательный аппарат, и сконструирован он был все на том же принципе строения крыла летучей мыши. Это был «Эол» Клемана Адёра. Конструктор тщательно измерил скелет летучей Мыши и воспроизвел его в увеличенном виде, используя склеенные и связанные бамбуковые планки. Этот каркас он обтянул тонким шелком, имитирующим кожаную перепонку летучей мыши. Но у Клемана Адера было то, чего недоставало его предшественнику, — достаточно сильный двигатель. Конечно, это был не современный ракетный двигатель, а всего-навсего паровой мотор, сверхлегкий для своего времени: он давал одну треть лошадиной силы на каждый килограмм собственного веса. Не пытаясь привести в движение крылья, Адер использовал пропеллеры. О том, насколько далеко можно зайти в копировании, говорит одна деталь: пропеллеры были сделаны из настоящих птичьих перьев. В октябре 1890 года конструктор совершил на своей машине перелет в 50 метров. Впоследствии он разорился, конструируя более мощную летающую машину — «Авион». Эта машина хранится в Париже, в Музее искусств и ремесел. Потрясает ее несомненное сходство с живым прототипом.
      Вы скажете, что если человек всегда мечтал летать, как птица, п если в 1890 году еще казалось возможным точно копировать крылья летучей мыши, то в наше время такие методы, должно быть, давно устарели? Трудно понять, каким образом наблюдения зоологов помогут инженеру создать проект современного сверхзвукового самолета. Совершенно верно. Но это всего-навсего значит, что бионика не внесет ничего нового в эту частную область. К счастью, бионика располагает богатейшими возможностями, и во многих областях она может послужить толчком для развития творческих идей, подобно чудодейственному ферменту в живом организме.
      Однако почти прямое копирование природы оправдывает себя и в наши дни. Приведем один пример. Дельфин движется в воде с огромной скоростью как будто без видимых мышечных усилий. Это объясняется тем, что вода перемещается вдоль тела дельфина совершенно равномерно и отдельные ее слои остаются параллельными друг другу. А у любого судна при быстром движении вокруг корпуса образуются завихрения, нормальное течение воды нарушается, оно становится завихренным, или турбулентным. В результате возникает сопротивление, снижающее скорость судна. Секрет дельфина заключается в том, что его кожа состоит из двух слоев: наружного, тонкого и очень эластичного, и внутреннего, более толстого, состоящего из трубочек, заполненных губчатым веществом. Завихрения всегда сопровождаются повышением давления. Когда вокруг тела быстро плывущего дельфина образуется турбулентное течение, наружный эластичный слой кожи передает давление на внутренний. Этот упругий слой служит как бы амортизатором, и зарождающиеся завихрения не успевают развиться. Уже сделаны искусственные покрытия, копирующие кожу дельфина; подводные лодки с таким покрытием при прежней мощности моторов могут достигать более высоких скоростей — вот пример практического приложения бионики (хотя он имел место до ее официального утверждения). Но это только частный случай, он далеко не исчерпывает возможности бионики.
      Разумеется, прямым копированием природы не следует пренебрегать: ведь живые существа на Земле эволюционировали два миллиарда лет; в течение всего этого времени естественный отбор безжалостно отбрасывал всех, кто не мог приспособиться к условиям существования. При конструировании машин, предназначенных для работы в тех же условиях, в каких существуют живые организмы, можно опираться на результаты этих бесчисленных экспериментов природы. Самое простое в даком случае — наиболее точное копирование природных моделей, например кожи дельфина. Но все это имеет отношение только к первой части определения бионики, как науки о системах, функции которых копируют функции природных живых систем. Не надо забывать и две другие части определения: это наука о системах, которые повторяют специфические характеристики природных систем, наука о системах, аналогичных природным системам. Итак, эволюция представила нам системы, которые стоит копировать, но методы, использованные самим процессом эволюции, тоже необходимо изучать. Это изучение может принести много пользы, и прежде всего оно позволяет вывести одно общее правило: слишком хорошая адаптация к окружающей среде может оказаться столь же губительной, как и недостаточная приспособленность.
      На каждом этапе, при каждом значительном изменении среды обитания жизнь делала шаг вперед, подвергая пересмотру прежние решения, которые раньше казались безупречными и процветали достаточно долго. А не окажется ли то, что было благотворно для живых систем, полезным и для аналогичных искусственных систем? Постоянная переоценка существующих методов и концепций должна быть золотым правилом для всех биоников. Подходя к решению той или иной проблемы, всегда стоит спросить себя, нужно ли следовать по прежнему пути и не лучше ли вернуться к истокам и попытаться обойти препятствия, вместо того чтобы тратить силы на их преодоление.
      К тому же точно скопировать природную модель трудно, а подчас и невозможно. Хотя Клеман Адер откровенно скопировал свою летающую машину с летучей мыши, она вовсе не была ее точной копией. Этот конструктор, человек большого и оригинального ума, долго изучал полет птиц, прежде чем взялся своими руками и на собственные деньги сооружать летательный аппарат. Он понимал, что не стоит и думать о машущих крыльях, потому что такие попытки уже делались до него и всегда безуспешно. Он знал, что переход от размеров летучей мыши с полуметровым размахом крыльев к машине с размахом крыльев 14 метров потребует другого двигателя, и поэтому вместо машущих крыльев поставил пропеллеры. Бионика должна взять за основу этот подход — не копировать прототип в деталях, но сначала понять принцип действия, а затем применить его в конструкции. Только при таком подходе моделирование будет плодотворным и послужит дальнейшему прогрессу.
      Теперь нам стало немного понятнее, что такое бионика. Но это пока только поверхностное знакомство. Попробуем немного углубить наши знания. Как обычно поступают в таком случае? Просто сравнивают
      Р и с. 4. Птицы и самолеты подчиняются одним и тем же законам аэродинамики, но искусственно воспроизвести многообразные движения крыльев птиц (слева) очень трудно. Огромные крылья стервятника (справа вверху) позволяют ему парить, почти не теряя скорости. Просветы ‘ между перьями на концах крыльев снижают турбулентность; такие прорези иногда применяются в самолетостроении. Так как подъемная сила прямо пропорциональна площади крыла и квадрату скорости, птицы с быстрым полетом, как, например, стриж (внизу справа) или ласточка (внизу слева) имеют короткие перья, но большой размах крыльев позволяет им парить в воздухе, не падая вниз.
      данную область с близкими ей областями науки и определяют, в чем их сходство и различие. В той области, где естественные науки сходятся с инженерно-техническими науками, бионика не единственная наука-перекресток. Еще раньше появилась кибернетика. Эта наука уже широко известна, и многочисленные труды по кибернетике дадут нам богатый материал для сравнения.
     
      БИОНИКА И КИБЕРНЕТИКА
      Происхождение кибернетики известно так же точно, как и происхождение бионики. В 1949 году появилась книга, которая называлась гак: «Кибернетика, или управление и связь в животном и в машине». Ее автором был Норберт Винер, профессор Массачусетского технологического института, талантливый ученый (он получил степень доктора наук в Гарвардском университете, когда ему было всего восемнадцать!), математик и философ, к тому же удивительный полиглот, владеющий четырнадцатью языками. Во время второй мировой войны профессор Винер занимался вопросом автоматической наводки зенитных орудий. Тогда уже появились первые следящие радарные установки, которые точно определяли положение и постоянно измеряли скорость самолета, попавшего в луч радара. Известно, что орудие наводят не на самолет, а на точку впереди него. Действительно, выпущенному снаряду нужно какое-то время, чтобы долететь до цели, а за это время самолет успеет переместиться. Значит, положение точки прицела является функцией длины траектории снаряда, а длина траектории в свою очередь зависит от положения точки прицела. Разбирая эту функциональную зависимость, мы оказываемся перед задачей, где неизвестное— длина траектории — является функцией самого себя. Винер нашел элегантное решение и создал вычислительную машину, так сказать, замкнутую на саму себя: часть сигнала, полученного на выходе, снова передавалась на вход машины. Это была так называемая система замкнутой петли, или петли обратной связи. Благодаря такой обратной связи машина самостоятельно находила точное время движения снаряда и правильно вычисляла положение точки прицела.
      Профессор Винер заметил, что и в живой природе можно найти системы с аналогичными функциями, то есть органы, где часть выходного сигнала снова подается на вход. Еще в 1S42 году он обсудил этот вопрос с биологом Артуро Розенблютом, и они пришли ж мысли сравнить процессы управления в машинах и в живых организмах. Как ведет себя живое существо по отношению к окружающей его среде? Каждый момент оно получает поток информации в форме ощущений. Эта информация от органов чувств передается в мозг. Мозг, обрабатывая поток информации,
      воспринимает определенное ощущение, узнает его, выбирает подходящее поведение, определяет нужное действие по отношению к внешней среде и дает двигательным органам соответствующий сигнал. Совершенно ясно, что каждое такое действие влечет за собой и более обобщенную реакцию, изменяя поведение в целом.
      Заслуга профессора Винера в том, что он уловил все неисчерпаемые возможности применения подобной аналогии, которая стала основой кибернетики. О г формальной аналогии он пришел к уподоблению свойств: изучение функций машины объясняет функции живых существ. Таким образом, кибернетика и бионика предстают перед нами как две стороны одного взгляда на вещи: бионика изучает и реализует механические системы, используя принцип действия живых организмов, а кибернетика изучает живые организмы по аналогии с машинами. В дальнейшем мы еще не раз уточним и углубим понимание этого самого существенного сходства бионики и кибернетики, хотя каждая из этих наук сохраняет свои отличительные черты и свою специфику.
      Итак, мы рассмотрели некоторые определения, которые помогут нам лучше понять, что такое бионика. Чтобы продвинуться дальше, лЪгично было бы спросить у самих биоников, что они думают или, скорее, что они делают. Но тут нужна осторожность: нельзя говорить о бионических исследованиях как таковых — речь идет о смешанных группах, где биологи и инженеры объединяются под знаком бионики. Бионика вряд ли составит предмет курса, который читают в университетах. Да и учебник по этому курсу трудно себе представить.
      В настоящее время деятельность биоников протекает главным образом в форме конгрессов, коллоквиумов, симпозиумов. Обмен идеями становится основой для лабораторных работ. Короче говоря, инженер-био-ник и биолог-бионик в своей ежедневной работе — только инженер и только биолог, а как бионики они встречаются на конгрессе, чтобы обсудить вместе нужные вопросы. Основные принципы бионики создаются именно на этих съездах и публикуются в отчетах.
      За первым конгрессом в I960 году последовал второй, проведенный в Корнеллском университете (с 30 августа по 1 сентября 1961 года), затем — третий, состоявшийся, как и первый, в Дейтоне в марте 1963 года
      В июле 1963 года в Афинах был организован конгресс на чисто бионическую тему: «Искусственные и естественные органы обработки информации». В декабре 1965 года та же группа снова организовала в Париже и в Дюссельдорфе сессии по общим вопросам бионики. Сообщения, имеющие отношение к бионике, начинают все чаще появляться в научных обозрениях по биологии, зоологии и электронике, выходящих в США, СССР и других странах Европы. Четвертый общий симпозиум по бионике проходил на базе Райт-Паттерсон (ВВС США) с 3 по 5 мая 1966 года. Нужно также упомянуть коллоквиум по бионическим моделям сонаров животных, проходивший в Италии с 26 сентября по 3 декабря 1966 года. На этом коллоквиуме была продемонстрирована особая, в полном смысле бионическая форма работы —тройственные дискуссии биологов, инженеров и математиков. Эта интересная работа дала возможность определить все то новое, что принесла с собой бионика. В следующих главах мы постараемся рассказать об этом и разобрать несколько основных примеров, иллюстрирующих главные темы, над которыми работают бионики. Но сначала — последнее замечание.
      Современная цивилизация началась промышленной революцией XVIII—XIX веков, тогда же началась и погоня за новыми видами энергии. Но в настоящее время человек понял, что первостепенное значение имеет информация. Кибернетика совершенно ясно показала, что необходимо научиться быстрее и лучше обрабатывать неуклонно растущий поток информации.
      Этим и объясняется разработка множества автоматических устройств, обрабатывающих информацию, в частности гигантских электронных вычислительных машин. Бионика может многое сделать в этой области, потому что человеческий мозг — удивительно совершенный прибор для обработки информации: он потребляет небольшую мощность, обладает высокой надежностью и почти неограниченной емкостью памяти. Но недостаточно уметь обрабатывать информацию, нужно еще получить ее в той форме, которая годится для введения в машину. Именно здесь бионике и предстоит показать все свои возможности, потому что живые существа не только умеют обрабатывать информацию, но и прежде всего обладают замечательной способностью получать только нужную информацию путем отбора, отсеивая ненужные сигналы и случайные помехи.
      KOHEЦ ГЛАВЫ И ФPAГMEHTA КНИГИ

 

 

НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru