На пути к бионике - [5]

Устранимы ли все перечисленные причины, мешающие человеку широко использовать богатейший опыт инженерного творчества живой природы? Вполне! Начало этому положила родившаяся в середине нашего века кибернетика - наука, изучающая процессы передачи и преобразования информации в технических устройствах, в живой природе, в обществе; наука о процессах управления.

В кибернетике нашла наиболее яркое отражение одна из главных особенностей современной научно-технической революции - взаимопроникновение самых различных и даже противоположных по своим предметам и методам наук. Она первая перебросила мост от биологии к технике, способствовала синтезу биологических и технических знаний. Кибернетика не только установила принципиальную аналогию в построении и функционировании живых и технических систем, но и выработала единый подход к изучению процессов управления и организации в мире животных и машин.

Развитие кибернетики привело к бурному развитию автоматики и телемеханики, радиоэлектроники, связи, вычислительной техники. Возникло множество новых научных и инженерных проблем. Появилась необходимость в повышении надежности радиоэлектронных систем, в создании электронно-вычислительных машин, решающих задачи без предварительного программирования, в разработке методов сбора, кодирования, обработки и накопления информации для самоорганизующихся систем и машин, в создании систем, обладающих свойством автоматически менять свои параметры в соответствии с изменением внешних условий и т. п.*.

* (См: Б С. Сотсков. Ускоритель научно-технической революции. "Наука и жизнь", 1969, № 9, стр. 22-23.)

Весь этот обширный круг задач заставил ученых вновь обратиться к живой природе, пойти к ней на выучку. Это целенаправленное стремление ученых и инженеров понять, в чем природа совершеннее, умнее, экономичнее современной техники, попытка найти в ее богатейшей "патентной библиотеке" новые идеи, методы и средства для решения многочисленных инженерных проблем породили новое научное направление, получившее название бионика (от древнегреческого слова bion - элемент жизни, ячейка жизни, или, точнее, элемент биологической системы).

В отличие от многих других научных дисциплин, время зарождения которых установить трудно, а порой и невозможно, датой появления на свет бионики официально принято считать 13 сентября 1960 года - день открытия в Дайтоне (штат Огайо) американского национального симпозиума на тему "Живые прототипы - ключ к новой технике". Бионика - наука междисциплинарная, или, как принято сейчас говорить, наука-перекресток. Она сформировалась на базе естественных и многочисленных инженерно-технических наук. По существу она синтезирует накопленные знания в биологии и радиотехнике, химии и кибернетике, физике и психологии, биофизике и приборостроении, зоопсихологии и строительном деле и т. д. Бионика соединяет разнородные знания в соответствии с единством живой природы. Не случайно бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла. Скальпель - символ творчества биолога, паяльник - инженера, интеграл - математика. Соединение этих специальностей как нельзя лучше отражает основу, на которой оформилась и бурно развивается бионика.

Каковы же особенности повой науки? В чем ее суть? Каковы предмет и метод бионики?

Предметом бионики является изучение принципов построения и функционирования живых организмов с целью применения этих принципов в технике, для коренного усовершенствования существующих и создания принципиально новых машин, приборов, механизмов, строительных конструкций и технологических процессов. Ее можно также назвать наукой о системах, которым присущи специфические характеристики природных систем или систем, которые являются их аналогами.

Основным методом бионических исследований, построения бионических систем является моделирование. В бионике используется математическое и физическое моделирование. Для изучения моделей живого бионика проводит также специальное моделирование среды, то есть воссоздает условия, в которых функционирует живая система, и в которых будет практически работать ее искусственный аналог. Изучая биологические объекты и процессы, бионика не идет по пути слепого копирования "изобретений" природы. Она стремится позаимствовать у нее лишь самые совершенные конструктивные и технологические решения, которые обеспечивают биологическим системам исключительно высокую гибкость и живучесть в сложных условиях их существования. Другими словами, бионика стремится перенести в технику лучшие создания природы, самые рациональные и экономичные структуры и процессы, которые выработались в биологических системах за миллионы лет эволюционного развития.

В многообразной тематике ведущихся ныне бионических исследований наиболее четко вырисовались пять направлений: нейробионика, моделирование анализаторных систем, ориентация и навигация, биомеханика, биоэнергетика. Что же достигнуто бионикой в каждом из этих направлений и чего можно ожидать от новой науки в обозримом будущем?

Переработка информации у высших животных и у человека, как известно, происходит в нервной системе. Основная единица этой сложной системы - нервная клетка (нейрон). Поэтому естественно, что исследование способов преобразования информации в биологических системах началось с изучения нейронов и разработки их различных математических и технических аналогов. Но это лишь первая ступень исследования. Широкие возможности в моделировании нервных процессов появляются лишь тогда, когда от построения аналогов отдельных нейронов переходят к созданию их комплексов - моделированию нервных сетей. Моделирование нейронов и нервных сетей привело к построению ряда специальных бионических устройств, позволяющих успешно решать множество задач, связанных с передачей и обработкой информации. Примером таких устройств являются перцептроны - обучающиеся самоорганизующиеся системы, выполняющие логические функции опознавания и классификации образов.