Изот Литинецкий - Беседы о бионике

"Он нахмурил брови, и автомобиль остановился" — так примерно начал бы свой рассказ об этом изобретении писатель-фантаст. Однако в сконструированной инженером Водовником опытной модели вспомогательной тормозной системы нет ничего фантастического. Устроена она и работает так. К обычным очкам прикреплены стальные пружинки, в концы которых вделаны серебряные контакты, прижатые к надбровным дугам (в результате этого сокращается первый период реакции). Проводнички от контактов соединены с обычным дифференциальным усилителем на транзисторах.

Выходной сигнал с усилителя подается на мультивибратор, в цепи которого стоит быстродействующее реле. Последнее передает возбуждение контактору мощного электромагнита, установленного на педали тормоза автомобиля. В момент возникновения опасной ситуации водителю достаточно нахмурить брови, и машина остановится: мгновенно включается электромагнитный тормоз (параллельно шофер действует и обычным ножным тормозом). Через 0,5 сек электромагнитный тормоз отключается и вновь готов к действию.

Как показали испытания опытной модели, такая система позволяет сократить время торможения с 0,5 до 0,15 сек, т. е. на 0,35 сек, что при скорости 100 км/час равносильно сокращению тормозного пути примерно на 9,7 м. Этого часто достаточно для предотвращения несчастного случая. В дальнейшем, совершенствуя электрическую систему, инженер Водовник надеется, что ему удастся еще больше сократить время торможения автомобиля.

Теперь представьте себе современный реактивный сверхзвуковой самолет. Это чрезвычайно сложная машина. В полете летчик должен непрерывно следить за положением стрелок десятков приборов, расположенных перед ним на щите, время от времени переключать десятки тумблеров, перемещать многочисленные рычаги. И все это необходимо выполнять в весьма неудобных условиях, обусловленных жесткой экономией места в кабине пилота. При таких обстоятельствах на лицо летчика можно наложить несколько миниатюрных электродов, позволяющих улавливать малейшую электрическую активность мышц лица. Изменяя мимику, летчик может дать машине необходимую в данный момент "команду" в виде биоэлектрического сигнала. Последний, после предварительного усиления, изменит с помощью соответствующего электромеханического устройства положение управляющих ручек и кнопок. Контроль за биотоками своих мышц летчик будет осуществлять визуально, по показаниям приборов. Ведь все они служат органами обратной связи, помогающими летчику "чувствовать" машину, ее состояние и то, как она выполняет его приказы.

Разумеется, для создания систем, позволяющих с помощью биотоков лицевых мышц быстро, легко и надежно управлять автомобилем или самолетом, потребуется затратить еще немало времени и труда. Новая система инженера Водовника, например, пока еще далека от совершенства и требует ряда доработок. В частности, выбранные изобретателем мышцы бровей могут производить движения, не зависящие от воли человека, что, конечно, значительно усложняет дело. Кроме того, сложно отрегулировать силу нажатия на тормозную педаль в зависимости от состояния дороги (сухая или мокрая, ровная или ухабистая). Но все эти трудности, в конце концов, преодолимы.

После того, как будут созданы новые системы биоуправления автомобилями и самолетами, шоферы и летчики должны будут пройти специальную тренировку, которая будет заключаться в приобретении навыков почти автоматически посылать определенными движениями мышц лица нужный биоэлектрический сигнал-команду определенному агрегату или механизму автомашины или самолета. Но это не так уж сложно, если учесть уже накопившийся опыт обучения человека управлению биоманипуляторами. Ведь в принципе это одно и то же.

В системе "человек — космический корабль" к космонавту предъявляются более, серьезные требования, чем в системах "шофер — автомобиль", "летчик — самолет". Дело в том, что при "объединении" человека и космического корабля в единую систему иногда могут возникать ситуации, когда руки и ноги космонавта заняты или по каким-либо другим причинам не могут управлять тем или иным исполнительным органом. В некоторых случаях задача управления космическим кораблем вообще может превзойти способности человека. Поскольку психофизиологические возможности человека ограничены и в отдельных случаях это может послужить причиной нарушения нормального и точного функционирования системы "космонавт — корабль", естественно, необходимы поиски принципиально новых методов и средств управления космическим кораблем. Очевидно, при решении этой актуальнейшей проблемы неоценимую услугу могла бы оказать новая оптимальная система биоэлектрического управления, т. е. такая система, которая предъявляла бы минимальные требования к космонавту и одновременно позволяла бы наиболее эффективно воздействовать на корабль.

Но для превращения космонавта в "оптимального" оператора, т. е. для значительного расширения его возможностей как звена системы управления, необходимо преодолеть ряд трудностей. Одним из важнейших факторов, ограничивающих возможность создания оптимальной системы управления космическим кораблем, опять-таки является промежуток времени между поступлением информационных импульсов в головной мозг, их трансформацией в командные сигналы и поступлением в исполнительные органы — конечности — для выполнения необходимых движений. А нельзя ли добиться того, чтобы этот фактор не оказывал существенного влияния на выполнение космонавтом действий, связанных с управлением кораблем? Оказывается можно, если установить прямую связь между глазом, вернее, мышцей глазного яблока человека и системой управления. Работы в этом направлении уже ведутся. Изучаются возможности создания прибора, который мог бы преобразовывать движения глазного яблока в импульсы, командующие системой управления космическим кораблем.

Поворот глазного яблока можно измерить электро-окулографическим способом. На выходе при этом мы получаем электрический сигнал. По данным А. Лаурингсона, повороту глаза — на 1° соответствует изменение электрических потенциалов глазодвигательных мышц, варьирующее от 10 до 40 мкв. Линейная зависимость между углом поворота и амплитудой снимаемых биопотенциалов сохраняется при углах поворота, не превышающих 30°. Таким образом, глазодвигательные мышцы обладают очень удобной для управления характеристикой: их электрическая активность прямо пропорциональна углу поворота. Возникающие при повороте глазного яблока биопотенциалы можно усилить и передать на соответствующие сервомеханизмы.

В будущем цепь "глазного" биоэлектрического управления будет выглядеть так: глаз → нервный канал → мозг → нервный канал → глазодвигательные мышцы → исполнительный орган → объект. Такая система имеет ряд существенных преимуществ перед ручной системой управления. Во-первых, в ней не будет такого малонадежного и инерционного звена, как конечность. Во-вторых, два других звена (нервный канал, идущий от мозга к мышце конечности, и сама мышца конечности) будут заменены иными. Следовательно, "глазная" биоэлектрическая система будет малоинерционной, сможет работать при более высоких частотах, а главное — здесь фактор времени не будет оказывать существенного влияния на выполнение космонавтом действий, связанных с управлением кораблем. Короче, создание такой системы во многом упростит и облегчит управление аэрокосмическими объектами.