При техническом моделировании тех или иных процессов, элементов и узлов живых организмов, осуществляемом с позиций бионики, отнюдь не следует стремиться к воспроизведению всех характеристик оригиналов. Преследуя цели создания высокосовершенных кибернетических устройств, следует стремиться к моделированию лишь тех функций и характеристик, которые повышают гибкость, надежность, экономичность и другие показатели кибернетической техники. В то же время целесообразно создавать модели, лишенные недостатков своих биологических оригиналов.
Например, при моделировании нейрона желательно, с одной стороны, по возможности более полно воспроизвести его гибкие логические функции, обусловленные описанной ранее способностью к пространственной и временной суммации раздражений и множественностью входов. С другой стороны, моделирование такого явления, как относительно длительный период рефрактерности, биологически обусловленный необходимостью отдыха и восстановления энергетических ресурсов клетки, может оказаться необязательным, а зачастую и нежелательным в технических моделях нейронов. Continue reading “Техническое моделирование нейронов” »
Все живое имеет клеточную структуру: от простейших одноклеточных организмов до высших животных и человека. В этом смысле живые клетки можно назвать «кирпичиками», из которых складываются самые причудливые и сложные органы животных. Однако, если заглянуть внутрь клетки, то нетрудно убедиться, что структура и функции «кирпичика» настолько сложны, что само по себе исследование отдельной клетки требует комплексного подхода биофизиков, биохимиков и ряда других специалистов, и сколько вы ни исследовалась клетка, будут оставаться и трудные вопросы, и неразрешимые проблемы. Живая клетка поистине неисчерпаема. Положение осложняется еще и тем обстоятельством, что в ходе эволюции осуществлялась специализация клеток, каждая из которых выполняет теперь только свои, специфические функции, а из этой специфики функционирования вытекает и своя, присущая только этой клетке, структура.
Клетка содержит сотни разных белков. В некоторых клетках встречаются белки, свойственные только ей. Принято считать, что огромные (в масштабах микромира) белковые молекулы составляют те основные детали, из которых складывается основная структура клетки. Но и сами белковые молекулы имеют очень сложную структуру, без знания которой трудно определить функции молекулы. Это еще более осложняет картину: ведь на сегодня из сотен белков, входящих в состав клетки, полная структура известна только для пяти белков. Continue reading “Клетка, ее структура и функции” »
Большое внимание, которое уделяется в бионике исследованию нейронов, определяется тем обстоятельством, что техническая кибернетика остро нуждается в широком ассортименте функциональных элементов.
Кибернетика устанавливает общность процессов управления и связи в живых организмах и кибернетических устройствах. Однако наряду с общими свойствами между ними имеются и весьма существенные различия в поведении и характеристиках. Эти различия объясняются не только количеством элементов, из которых построены сети управления, но и свойствами этих элементов.
Нейрон живого организма представляет собой элемент, который может находиться в двух состояниях – возбуждения и торможения. Таким образом, нейрон в весьма упрощенной трактовке по своим функциям может быть уподоблен двухпозиционному элементу типа реле (электромеханического, лампового, транзисторного). Однако неправильно представлять себе дело таким образом, что достаточно создать кибернетическое устройство с количеством реле, приближающимся к количеству нейронов в организме (порядка 109-1010 элементов и более), чтобы это устройство могло полноценно имитировать свойства живых организмов. Continue reading “Нейроны и нервные сети” »
Про бионику говорят, что она в известном смысле перебрасывает мосты от биологии к технике.
Действительно, основным назначением бионики является обслуживание тех или иных запросов техники путем использования идей, заимствованных в биологии.
Ряд идей биологии издавна используется в сельском хозяйстве и в медицине. Техника же столетиями развивалась практически вне связей с биологией, и вот теперь, когда общеизвестные достижения техники— космические корабли, атомные двигатели, электронные машины — казалось бы, свидетельствуют о безусловном торжестве технического прогресса, вдруг заговорили о необходимости использования в технике идей биологии.
В качестве основной задачи такого использования называют заимствование принципов и методов, которые осуществлены в живых организмах.
Возникновение бионики может вызвать некоторое недоумение. Ведь люди издавна знали, что дельфины и некоторые рыбы плавают быстрее, чем корабли. И вот появились атомные подводные лодки, суда на подводных крыльях, на воздушной подушке. Скорость кораблей резко возросла, а ученые и инженеры серьезно изучают тело и кожу дельфинов для использования в кораблестроении тех механизмов, которые позволяют телу дельфина двигаться в воде с большой скоростью.
Другой пример: ученым давно известно, что летучие мыши умеют хорошо ориентироваться в пространстве в условиях «слепого полета», обнаруживая препятствия и добычу на некотором расстоянии. И хотя полезно было бы иметь нечто подобное в технике, названную способность летучих мышей исследовали лишь эпизодически отдельные биологи. В последние десятилетия появились мощные локаторы, дальность действия которых заведомо превосходит все то, что могло быть достигнуто летучими мышами в ходе эволюции. И после этого ученые обратились к летучим мышам, исследуют их локаторы самым подробным образом для бионического использования.
Обобщая сказанное, можно отметить, что в биологии задолго до появления бионики было известно о многочисленных полезных механизмах связи, управления, измерения, перемещения и др. Хотя эти механизмы всегда казались интересными и полезными, практически не велось никаких работ по их внедрению в технику.
В наши дни не просто пробудился интерес инженеров к биологии, а и созрели определенные предпосылки для заимствования и использования ряда идей биологии в технике. Возникла кибернетика, методы которой одинаково применимы к системам живой природы и к техническим системам. Сам по себе прогресс техники открыл огромные возможности технической реализуемости самых смелых идей.
И, наконец, неуклонный прогресс техники ставит все новые, все более высокие требования перед инженерной мыслью, и, будучи не в силах в ряде случаев справиться с поставленной трудной задачей, инженер вынужден обращаться в «патентную кладовую» природы почти так же, как он привык обращаться к патентам и лицензиям научно-технических библиотек и архивов.