На суше и на море. 1962. Выпуск 3 - Страница 165
В последнее время сотрудничество биологов и кибернетиков вылилось в совершенно новую форму: появилась молодая отрасль технической кибернетики — бионика. Это направление кибернетики занимается решением инженерных проблем, используя изучение биологических систем и процессов. Цель бионики — создание технических устройств, характеристики которых приближаются к характеристикам живых организмов.
Не надо думать, однако, что бионика ставит своей задачей просто копировать природу. Зная принципы работы различных механизмов биологических систем, человек не только сможет воспроизвести их, но и создать на их основе более совершенные устройства. Кстати, у него для этого больше возможностей, чем у природы. Ведь природа не может, подобно конструктору, разобрать свое творение на части и заново собрать его, пытаясь сотворить нечто лучшее. Ее творчество выражается лишь в поправках, достройках, доделках, усовершенствованиях.
И не так уж она мудра, эта природа. Немногого добился бы человек, если бы он решил рабски подражать ей. Наши предки правильно сделали, что не стали в свое время придумывать шагающую повозку, а изобрели колесо, которое во многих отношениях оказалось более удобным. Или еще примеры. Скажем, самолет никак нельзя назвать увеличенной во много раз птицей, а подводная лодка движется совсем не так, как рыба. Среди творений живой природы нет ни одного, которое передвигалось бы со сверхзвуковыми скоростями, а человек собирается в будущем создать межзвездные корабли, которым будут доступны субсветовые скорости.
Но вместе с этим природа создала множество устройств, о которых ученые и инженеры пока могут только мечтать. Больше всего она «дразнит» их своими системами, предназначенными для переработки громадных объемов информации, и сверхчувствительными датчиками, принимающими и передающими информацию. Количество и разнообразие оригинальных систем, созданных природой в ходе эволюции, просто ошеломляет. Кажется, нет ни одного живого организма, при знакомстве с которым не возникло бы желание: вот бы позаимствовать у него схему управляющего механизма.
Правда, сегодня о большинстве этих биологических управляющих систем мы знаем лишь в общих чертах, но в недалеком будущем несомненно появятся и целые библиотеки книг, в которых они будут описаны, и груды авторских свидетельств, выданных на аналогичные им искусственные системы. Чтобы представить себе потенциальные возможности бионики, давайте совершим с вами экскурсию в музей, где выставлены интересующие нас изобретения природы.
Вы, конечно, понимаете, что этот музей — сама природа, а его экспонаты — всевозможные живые организмы, созданные ею. Большинство из них вы видели и раньше, но, по-видимому, не догадывались при этом, с какими чудесами техники сталкиваетесь. Приглядимся к ним повнимательнее.
Мы уже упоминали об удивительной способности петухов «отмерять» время. Быть может, вы знаете и о том, что цветы на лугу или в саду открывают и складывают свои венчики в определенный час дня. Делают они это с такой пунктуальностью, что по ним можно сверять время. В последние годы способность ориентироваться во времени обнаружена у большого числа живых организмов. Оказалось также, что многие процессы внутри организма протекают в двадцатичетырехчасовом цикле. Это явление ученые называют сейчас «биологическими часами».
Где в организме помещается механизм «биологических часов» и как он действует — это пока неизвестно. А между тем вопрос этот имеет, вероятно, и большой практический интерес. Вообразите, что мы разгадали механизм «биологических часов» и научились по своему усмотрению останавливать и снова заводить их. Опыты, проведенные недавно группой английских физиологов, доказывают, что это принципиально возможно. Поместив петуха в специальную камеру, они обнаружили, что после нескольких дней пребывания в темноте он утратил «чувство времени» и, растерявшись, перестал кукарекать. Его «биологические часы» остановились. Но достаточно было осветить эту камеру хотя бы на мгновение лучом солнечного света, как «часы» снова пошли. В течение нескольких дней петух своим кукареканьем «отмерял» время как обычно, но затем опять замолк. Словно у его «часов» раскрутилась «пружина».
Как же человек может использовать свою способность останавливать «биологические часы» живых организмов? Вот одна из возможностей. Токсичность большинства микробов и бактерий в течение суток неодинакова и меняется в соответствии с ходом «биологических часов» по определенному закону. У некоторых видов микроорганизмов она временами доходит почти до нуля. А что если в этот момент остановить «часы»?
С работой «биологических часов» некоторые ученые связывают, например, способность голубей находить дорогу домой. Считают, что голубь каким-то образом ставит в соответствие показания своих «часов» и положение Солнца на небе, определяя с помощью этого свое местонахождение. Может быть, используя этот принцип, инженерам удастся создать точнейшие приборы для аэро- и космонавигации?
У многих животных, рыб и насекомых удивительно развита чувствительность к запахам. Собака, например, различает нужный ей запах в «букете», составленном из нескольких сот различных ароматов. Самцы одного из видов бабочек — павлиний глаз, — по-видимому, находят самку по запаху веществ, выделяемых ее железами, даже если она находится в десяти-пятнадцати километрах. Пчелы чувствуют запах меда, находящегося в герметически закрытой банке.
Физическая природа запахов установлена лишь недавно. Согласно последней гипотезе, предполагают, что запах, присущий тому или иному веществу, объясняется характерными для этого вещества низкочастотными колебаниями его молекул или частей молекул. При этом вибрирующие молекулы излучают электромагнитные волны длиной от 8 до 14 микронов, которые воспринимаются и регистрируются органами обоняния. Таким образом, поразительная чувствительность к запахам у животных и насекомых объясняется тем, что их органы обоняния — это своего рода великолепные радиоприемники, обладающие тонкой настройкой, способные принимать и анализировать электромагнитные колебания невообразимо ничтожной мощности.
Как пригодились бы человеку такие чувствительные устройства! Ведь с их помощью химики, скажем, могли бы быстро и точно производить сложнейшие анализы различных веществ и смесей, астрономы, быть может, определили бы, не покидая своих обсерваторий, химический состав атмосфер других планет нашей Солнечной системы, врачи получили бы, пожалуй, возможность, контролируя обмен веществ в организме, ставить диагноз болезни, едва она наметится.
А ориентация рыб и водных животных с помощью обоняния, способность их улавливать запахи в воде? Ведь это означает возможность радиосвязи под водой! Надо думать, существует какой-то диапазон электромагнитных колебаний, которые не поглощаются водой или же поглощаются незначительно. Не подскажет ли природа инженеру, какие длины волн для этого подходят? Нельзя ли заимствовать у нее схемы чувствительных устройств, воспринимающих запахи?
Впрочем, не менее интересны для инженера и другие созданные природой «устройства», с помощью которых обеспечивается функционирование тех или иных органов чувств: слуха, зрения и других. Какую зависть у инженера вызывают, например, такие «приборы», как глаза — глаза насекомых, птиц, пресмыкающихся, рыб и других живых существ. Оказывается, многие насекомые воспринимают ультрафиолетовый свет, особые глаза глубоководных кальмаров способны воспринимать инфракрасные лучи, человеку же удается краешком глаза «заглянуть» в эти области электромагнитного спектра лишь с помощью сложных и несовершенных приборов. Но инженеры считают сейчас, что, «проконсультировавшись» у природы, они смогут в недалеком будущем создать особые устройства, своего рода искусственные органы зрения, которые дадут человеку возможность значительно увеличить объем получаемых им зрительных восприятий.
Прогулка по музею изобретений природы лишь началась, а сколько замечательного мы уже увидели! К сожалению, невозможно хотя бы перечислить все созданные ею системы, к которым с интересом присматриваются сейчас инженеры. Упомянем лишь еще о нескольких загадках, над которыми бьются сегодня бионики. Это прежде всего принципы ультразвуковой локации летучих мышей, дельфинов, термолокации гремучих змей, принципы действия «антенн» у бабочек, системы ориентации водных животных на основе обоняния, устройство и работа «фабрик» в клетках зеленого листа, наконец, устройство и работа человеческого мозга, механизм кодирования информации в нем, структура памяти, схемы выработки программ поведения, вопросы, связанные с тем, как осуществляется обучение, как осуществляется контроль над исполняющими органами.