Бионика и ее маленькая семья

Видимо, не зная об идеях румынского врача Штефана Одоблежи, изложенных им в мало известной работе "Консонантистская психология" (2 тома), которая была издана тиражом 300 экземпляров неизвестным книгоиздателем Малуана в Париже в 1938 году, американский ученый Норберт Винер заложил основы кибернетики в работе "Кибернетика или управление и связь в живом организме и машине", которая появилась также в Париже 10 лет спустя. Кибернетика мгновенно прижилась, ибо она отвечала требованиям обновления современной технологии.

Норберт Винер определил ее как науку управления и передачи информации в механизмах, организмах и в обществе. "Математический аппарат новой науки отмечают Н. Н. Михаил и М.А. Русу в работе "Что такое биокибернетика?"^* - относится к теории вероятностей, теории функций, математической логике. Краеугольным камнем кибернетики является наука информации, теория алгоритмов и теория автоматов. Последняя изучает возможности построения автоматизированных систем для обработки информации". Значительную роль в развитии бионики играла идентичность передачи и обработки информации в двух крупных системах: в живых организмах и в автоматических машинах. В обеих системах передача и обработка информации аналогичны и подчиняются одним и тем же законам. Эту идею Винер разработал вместе с физиологом В. А. Розенблюэтом. По Винеру, информация-это дискретная, но непрерывная последовательность измеряемых, разделенных по времени событий. Информация имеет материальный носитель и семантику (значение). Чтобы циркулировать, она должна быть интегрирована в систему.

^* (N. N. Mihail si M. A. Rusu, Ce este biocibernctica.)

"Энциклопедия кибернетики", появившаяся в 1975 году в Киеве, дает более полное определение кибернетики: "Кибернетика - это наука об общих законах получения, хранения, передачи и обработки информации в комплексных системах управления. Под системой управления подразумеваются не только технические системы, но и любые биологические, административные и социальные системы".

А. И. Берг уточняет, что кибернетика изучает процессы, происходящие в комплексных динамических системах, а также управляет ими всегда в направлении точной цели. Она изучает и возможность улучшения, следовательно, оптимизации системы или механизма. Кибернетика включает три основные части: теоретическую, техническую и прикладную. Теоретическая, или абстрактная кибернетика занимается исследованием философских проблем кибернетики, а также математическими и логическими проблемами управления и контроля. Техническая кибернетика изучает конкретные технические средства, которые составляют системы или устройства управления или контроля от элементарных автоматических средств до электронных машин, используемых в управлении и контроле. Прикладная кибернетика использует теоретическую фундаментальную кибернетику и ее технические средства в решении задач управления и контроля в различных областях человеческой деятельности.

Из кибернетики выделился ряд отраслей для изучения живой материи, организмов и биологических систем.

Биокибернетика. Немецкий ученый Г. Миттельштедт определяет биокибернетику как науку, призванную изучать живую материю с помощью понятий, методов и аппаратов кибернетики. Н. М. Амосов, В. Р. Эшби, Е. П. Одум и Н. Ботнарюк дополняют, что одной из ее основных задач является кибернетическое обоснование системной теории эволюции.

Нейрокибернетика. По Эд. Николау, нейрокибернетика преследует цель совершенствовать и применять на практике модель нейрона, самую высокую форму организации живой материи, самый сложный элемент биокибернетической системы каковой, является нервная система. Эта модель была предложена Шанноном в 1948 году.

Биоинженерия. Это более широкое и туманное понятие 10-15 лет тому назад уточнено Коринной Джекер. По ее мнению, биоинженерия имеет своим объектом изучение переноса инженерных методов в некоторые области биологии и медицины. Следовательно, речь идет о генной инженерии, которая исходит из вторжения в гены - носители генетической информации, преследующей цель изменения наследственных черт и даже создание новых видов, а также об анатомической инженерии, целью которой является изобретение и изготовление ряда искусственных и пересаживаемых органов (сердце, почки, легкие, печень), действующих на биокибернетических и интегрированных в природную систему принципах.

Бионика. Бионика в отличие от биоинженерии имеет целью, как считает советский ученый А. А. Ляпунов, перенос в технику некоторых животных и растительных моделей, следовательно, изучение структур и конструкций физических систем через аналогию со структурами и конструкциями природных систем.

Проблемы бионики более сложны, чем кажется на первый взгляд. Отталкиваясь сначала от изучения человеческого мозга, от "загадочной" системы ориентирования летучих мышей, птиц, рыб и дельфинов, от совершенства ряда анатомических органов, от удивительных структур растений, бионика пришла к выводу, что природа представляет собой неисчерпаемый источник идей по улучшению техники и даже перевороту в ней и что технологическое изучение организмов, способностей живых существ подсказывать промышленные модели имеет огромные перспективы.

Однако между техникой и природой нельзя провести абсолютную параллель, как и нельзя установить совершенные аналогии между организмами, созданными природой, и механизмами, изготовленными человеком. "Это побудило некоторых ученых отрицать автономность бионики, - пишет в работе "Бионика" (1970 г.) советский исследователь Игорь Губерман. - Они утверждают, что природа создала свои живые машины и аппараты с помощью особых материалов и путями, чуждыми человеческому мышлению. Следовательно, существует якобы только биология, которая приобретает новое качество благодаря вмешательству инженеров и математиков. Что же касается патентов, заимствованных от живых механизмов, то они могли быть переняты только после определенных подобных открытий, сделанных техникой совершенно независимо от биологии". Губерман приводит несколько веских примеров. Секрет радара летучих мышей, например, был распознан только тогда, когда был открыт и использован ультразвук. Инженер Крамер сначала сделал заявку на изобретение корпуса корабля с низким сопротивлением при плавании и только после этого заметил, что кожа дельфина действует поэтому же принципу. Тысячи самолетов с неподвижными крыльями рассекают воздух, в то время как тайна махательного полета остается неизвестной. Математики научили машину различать буквы и чертежи, но до сих пор мы не знаем, как выполняет такую работу мозг.

Это замечание остается действительным для всей истории человечества. С самых незапамятных времен человек внимательно следил за природой и имитировал ее эмпирически задолго до открытия ряда основных принципов. Наблюдая за полетом птицы, человек изготовил для себя крылья подобно Икару или мастеру Маноле. Убедившись в том, что дерево может плавать по воде, человек изготовил первое плавательное средство путем выдалбливания бревна или импровизации примитивного плота. Открытие Архимедом законов гидростатики улучшило качество и эффективность водных транспортных средств, стимулировало кораблестроение, получившее огромное развитие в древности, а также в средние века. Проблема полета оставалась нерешенной в течение ряда веков, потому что законы аэродинамики были разработаны только в XIX веке, а изучение сравнительной анатомии лишь во второй половине XVIII века показало несовместимость между анатомией человека и птицы; это приблизило проблему воздухоплавания (также в свете законов Архимеда) к изготовлению летательных аппаратов легче воздуха. Этот приоритет технического открытия перед биологическим открытием в создании человеком огромного числа механизмов, особенно в последние два столетия, а также и кажущийся факт, что биология больше приобрела в результате технического прогресса, чем техника благодаря прогрессу в области биологии, ничуть не отрицает оправданность зарождения и становления бионики как самостоятельной дисциплины. Бионика является одной из синтезированных наук. Она зиждется на взаимозависимости и творческом сотрудничестве двух, долгое время ошибочно считавшихся противоположными дисциплин: кибернетической инженерии, с одной стороны, биологии со всеми ее современными отраслями, с другой. Биология очень много выигрывает от контакта с математикой и физикой, а, в свою очередь, кибернетика извлекает огромную пользу от изучения ряда биологических моделей большой тон ости, сложности и эффективности, которые могли быть использованы только благодаря прогрессу информационной техники.

Было бы наивно верить, чтобы бионика занялась созданием механизмов, точно имитирующих природу. Нет ничего более ошибочного. Материалы, требования, предназначение существенно различаются. Однако общие принципы, идеи, возникающие во время исследования живых структур, благодаря тесному сотрудничеству между биологом, математиком и инженером будут чрезвычайно полезны, даже если технические приспособления, создание которых подскажут биологические модели, будут столь же мало похожи на прототипы, как мало похожи современные приборы, сигнализирующие о приближении бури, на желатинную массу медуз.

Почти полвека назад чешский писатель Карел Чапек, один из предвосхитителей бионики, красочно описал со свойственным ему юмором такой тип сотрудничества менаду человеком и природой в известной своей книге "Фабрика абсолюта": "Самолет столь же мало похож на птицу, как мало похожа торпеда на форель... Конечно, человек пожелал летать наподобие птиц, но, чтобы этого добиться, ему надо было сделать совсем другое: изготовить пропеллер... Человек сумел приблизиться к природе, только регулярно решая проблему другим образом... Задумав быстрее перемещаться по поверхности земли, он не стремился обзавестись четырьмя ногами, как это подсказывает пример оленя или лошади, он изобрел колесо... Канатчик, вьющий анат, движется назад, а паук, вьющий паутину, движется в обратном направлении. Вся техническая фантазия человека в отношении природы состоит в том, что он начинает с противоположного конца: я бы даже сказал с диаметрально противоположного конца". В настоящее время наука достигла такого уровня, который позволяет ей приоткрыть покров многих тайн живых существ и найти идеи, предложения, модели, которые могут быть плодотворно и оригинальным способом перенесены в технику. Однако это не означает ни раболепную имитацию природы, ни отсутствие интереса к органическим структурам, совершенствовавшимся на протяжении длительных геологических эпох. "Из двух экстремальных мнений то, что мы узнаем, является не истиной, а новой проблемой, проблемой, решение которой различно в каждом отдельном случае", - говорил Карел Чапек. Деятельность человека, достигшую ныне высокого уровня совершенства, можно поставить рядом с действием природы: такое право завоевано огромным напряжением гения человека. Эволюция имела в своем распоряжении миллионы лет, человек - всего лишь несколько столетий. Эра бионики только начинается. Она не принимает боевой клич: "завоюем и овладеем природой", а провозглашает благородное стремление лучше познать и превзойти природу в том, что она создала лучшего, продуктивного, красивого, прочного.