Изот Литинецкий - На пути к бионике

Четвертая. Природа нелегко раскрывает секреты своего творчества. Расспрашивать ее о тайнах структурообразования живых организмов, о происходящих в них жизненных процессах, об устройстве и принципах функционирования многочисленных тончайших механизмов можно лишь путем кропотливых исследований с помощью специально разработанных методов, с помощью новейшей экспериментальной техники - электронной, киносъемочной, химической и другой аппаратуры. Весь этот арсенал методов и средств научных исследований начал создаваться лишь недавно.

Пятая. Живые системы значительно многообразнее и сложнее технических конструкций. Чтобы познать "конструкцию" и принцип действия биологической системы, промоделировать ее и претворить в металле, исследователю необходимы универсальные знания. Между тем до сравнительно недавнего времени шел интенсивный процесс дробления научных дисциплин. На определенном этапе такая дифференциация знаний способствовала успешному развитию всех или почти всех отраслей науки и техники. Но в дальнейшем узкая специализация ученых стала тормозить прогресс: усложнилось общение специалистов, работающих даже в смежных областях. Ученые начали говорить на разных "языках" и подчас плохо понимать друг друга. Изобретать, творить - это значит сопоставлять явления. Но для этого необходимо объединить специалистов разных профилей, нужно, чтобы они научились понимать друг друга, нашли общий язык. Тогда вместо одного индивидуального мозга возникнет как бы коллективный мозг, обладающий универсальными знаниями. Иными словами, появилась настоятельная потребность такой организации знаний, которая позволила бы охватить их целиком, интегрировать на основе единых всеобъемлющих принципов.

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?