5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Бионика Жерарден Л

ток песен насекомых (впрочем, и- это еще слиШКОМ

суждать сложнейший состав какого-нибудь единствен­

ного в своем роде химического вещества.

И, пожалуй, без особого преувеличения можно

сказать, что удел специалистов будущего - знать все

ни о чеы. Пока мы еще не дошли до такой крайности, но и сейчас узкоспециализированные знания в отрыве

от. других областей вряд ли могут принести челове­

честву прямую пользу. Необходимо найти способ ши­

рокого распространения этих знаний, чтобы затем

объединить их на единой научной основе - непремен­ ное условие для того, чтобы они приносили пользу людям. Но как реализо_вать это насущно необходимое объединение?

Теперь все реже и реже встречаются так называе­

мые ШIIРОКО образованные люди. Человек, который

хочет знать что-нибудь обо всем, неизбежно приобре­

тает ТО.'1Ы\О общие, весьма поверхностные знания. Пе­

ред нам!! две крайности: либо это специалист, кото­

рый знает все об очень немногом, либо это образо­

ванный человек, который обо всем знает очень

lIе~IНОГО.

Решение этой труднейшей дилеммы надо искать

где-то посредине между двумя одинаково неприемле-

1I1ЫМИ крайностями. К счастью, такой выход уже на­ мечается. Лучших специалистов беспокоит их черес­

чур узкая специализация, они задыхаются в своих

тесных изолированных отсеках. Разве не все в при­ роде взаимосвязано? Но число новых наук растет

с такой головокружительной быстротой, что ни один

мозг не 1II0жет охватить всего разом. Настоящий про­ гресс возможен только при умении обобщать все яв­ ления, смотреть на мир как на единое целое. Изобре­

тать - это и значит сопоставлять явления, которые

никогда не соприкасались; но прежде _чем сравнивать

и сопоставлять эти явления, их надо изучить. Почему

бы не объединить специалистов разных профилей и

не создать условия для плодотворного обмена мне­

ниями? Тогда вместо одного индивидуального мозга возникнет как бы КQллективный мозг, объединяющий

знания отдельных специалистов.

10

Вместе с тем совершенно очевидно, что изобрета­

телю нет НlIкакой необходимости знать все. Вряд ШI

стоит ожидать великих открытий от объединенных

усилий специалиста по ферросплавам и знатока песен

насекомых. А вот содружество такого знатока со спе­

циалистом по машинному переводу может принести

явную пользу: ведь оба занимаются проблемой ана: лиза языков. Но путь от замысла до его реализации,

"ак всегда, нелегок. Недостаточно осознать необходи­ l\!OCTb связей между разными отраслями наук, - эти связи нужно осуществить на деле. Нужно, чтобы спе­ циалисты, пришедшие из разных областей, научились понимать друг друга, нашли общий язык. Иначе все усилия будут затрачены впустую и 'Никакой пользы такое сотрудничество не принесет. А специалистам из разных областей науки понять друг друга не так-то

легко.

Биологи, например, пользуются совершенно иной

терминологией, чем физики, и у них совсем другая научная методика. Значит, прежде чем совместная

работа даст какие-то результаты, нужно провести большую предварительную подготовку, установить

полное взаимопонимание. Для этого есть только один

путь: необходимо, чтобы ученые поставили перед собой общие задачи, определили круг своих интере­

сов, очертили, так сказать, границы своих владений.

Такой круг задач, установленный по общему соглаше­

нию, и станет предметом новой науки, которая полу­ чила название междисциплинарной науки, или науки­

перекрестка.

Возникновение наук-перекрестков знаменательно для второй половины ХХ века и чрезвычайно важно для будущего всей науки в целом. Только в рамках таких наук может происходить воссоединение, необ­

ходимое для прогресса. Столкновение разных точек

зрения, на первый взгляд противоречащих друг другу,

но совпадающих по сути, может зажечь фейерверк

новых идей. .одни замыслы, возникшие при этом, ока­

жутся бесплодными, но зато другие, принесут богатей­

шие плоды и докажут на деле пользу такого сотруд­

ничества.

Взаи!\юотношенин между отдеJIЬНЫМИ дисципли­

нами. и наука ми-перекрестка ми можно показать на

11

р 11 С. 1. Специальные науки и наУКII·перекрестки.

й, б, 8, г, д - специальные наУIПi; А - нзука-перекресток;а - а' - а" - а'" - раз...

БИТJlе· в направлешш большей спеЦН3.1нзаЦIШ; Б - развитие\ вауюt-пере.. l~peCT}(a.

схеме (рис. 1). к первьш относптся науки аналитиче­

ские. Каждая !lЗ них представляет собой сумму фак­ тических знаний. В отличие от НlIX науки-перекре­

стки - это науки синтетические, представляющие

собой сочетания идей. В то время как отдельные

Д!!СЦИПЛИНЫ развиваются в направлении все большей

специализацrш (через а, а', а", а"'), наука-перекрс­

сток расширяет полс своего действия за счет захвата

и сопостаВ.'IеIШЯ новых областс-й, ОТlюсящихся к раз­ ньш дисциплинам (переход от А к Б).

ДЛЯ ученых XIX века такой подход был бы про­

сто IIС1\1ЫСJ1ИМ. В частности, науки о живых организ­

мах Н/шак не соприкаса.1ИСЬ с наукаыи о неживой

природе. А разве живые организмы не похожи на

УДИВlIте.rIьные машины особого рода, на тонкие, точ­ ныс ысханизмы? Разве не интересно было бы объ­

единить под знаком одной наvки б!lОЛОГОВ и инжене­

ров 11 B~lecTe обсудить эти BO~pocы? Это и составляет

задачу новой наук!!, которая называется бионикой.

12

ВОЗНИКНОВЕНИЕ БИОНИКИ

Сходство слов «бионика» и «6IIOЛОГИЯ» сразу на­

водит на мысль о живых существах.

В одном отношении бионика выгодно отличается от

многих других наук, время зарождения которых уста­

новить трудно или невозможно. Ее официальное по­ явление на свет произошло в ко.нце лета 1960 года

исопровождалось соответствующими церемонишlИ.

Семьсот ученых - био.rюги, инженеры, математики, физики и физиологи - были приглашены Военно-воз­ душным ведомство!\! США на конгресс, который про­ ходил 13, 14 и 15 сентября в Дейтоне, штат Огайо.

Тридцать ораторов представляли бионику, и отчет

о ToplI<ecTBe составил внушительный том в 500 стра­

ниц. Для большей tочности заметим, что о бионике

заговорили несколько раНЬШЕ', на двенадцатой еже­

годной конференции по аэронавигационной радиоэлек­ тронике в мае 1960 года. На одном из заседаний под

председательством дOlпора Джона Кито были заслу­

шаны четыре ДОК.'1ада по бионике, в том числе и до­

клад Стила. Это заседание было посвящено про­

грамме исследований в центре Райт-Паттерсон (ВВС

США), относящихсн к области бионики. Чтобы быть

абсолютно точными, надо сказать, что слово «био­ ника» предложил исследователям в августе 1958 года Джек Сти.n. По его собственным словам, организа­ ционная работа и некоторые бионические исследова­

ния начались за неСhОЛЬКО лет до того, как родилось

это название. Оно появилось тогда, когда уже стало

ясно, что возник,nа новая наука, котор.ой пора дать имя.

Автор дал четкое определение бионики *: это наука

о системах, функции которых копируют функции жIl" вых систем, о системах, которым присущи специфиче­

ские характеристики природных систем или которые

являются их аналогами. Это грандиозная программа, и ее, конечно, нужно растолковать и объяснить на

* Заслуживает внимания определение БИОНIIКИ, предложен­ ное Г. С. Гудожником В брошюре «Место бионики в системе наук».

общ· во «Знание», РСФСР. М., 1966.

13

конкретных примерах. ХОlЯ нам еще не совсем ясно,

насколько широкое поле действия захватывает новая

наука, уже сейчас каждый чувствует, что бионика может быть только динамической наукой, как элек­

троника или ядерная физика, 11 должна занять не ме­

нее важное место в нашеы стреl\lите.льно развиваю­

щемся мире. Поначалу бllОНИКОВ заНliмаiIИ в основном

практические вопросы - ВОЗ1liО}КНОСТЬ конструировать

машины по живым модеЛЯll!. Отсюда БОJ1ее узкое

определение бионики - это использован'ие знаний о

живых системах для разрешения тех И.1И иных тех­

нических проблем.

Если исходить из этого определения, то нельзя

отрицать, что бионика стара как мир и что ею, саl\1И

того не зная, занима,чись многие ученые и механики.

ВО все времена именно из окружающей природы' че­

ловек черпаJ1 идеи и замыслы своих изобретений.

Тысячи лет человек l\Iечтал летать, как птица, и это

вдохновляло его на создание бесчисл~нных проектов

летательных аппаратов. Самый известный пример -

Леонардо да ВИНЧИ. В тетради, датированной 1505 го­ дом, этот универсальtJый гений, великий художник,

замечательный инженер, гидравлик и механик сдела,l

записи о летучей мыши. Иl\Н'НIIO летучая мышь, го­

ворит он, должна служить образцом летательной ма­

шины, ибо у нее кожная перепонка покрывает и укрепляет арматуру, являющуюся основой крыла,

вто время как покрытые перьями крылья птиц,

сквозь которые проникает воздух, должны опираться

на прочные кости и сильные мышцы. А у летучей

мыши кожная пер.епонка, объединяющая все крыло,

непроницаема для воздуха. Удивительно сходство

чертежа летательной машины Леонардо да Винчи

(рис. 2) с обликом летучей лисицы, крупного пред­

ставителя рукокрылых, сильного летуна. ПОСТРОИЛ ли гениальный мастер эту машину, от которой оста­

лись только чертежи? Этого никто не знает. Ему не

хватало одной существенной детали - двигателя, до­

статочно легкого и мощного, чтобы приводить в дви­

жение крылья; в его распоряжении была только мы­

шечная сила человека, завеДОl\1O непригодная для

этой цеJIИ. Примерно через 400 лет появился первый

летательный аппарат, и СКОНСТРУlIрован 011 был все

14

на том же принципе строения крыла летучей мыши.

Это был «Эол» Клемана Адера. Конструктор тща­

тельно измерил скелет летучем Ыыши и воспроизвел

его в увеличенном виде, используя CK~eeHHыe и свя­

занные бамбуковые планки. Этот каркас он обтянул

тонким шелком, ИlllИТИРУЮЩИl\l кожаную перепонку

летучей мыши. НО у Клемана Адера было то, чего

недоставало его предшественнику, - достаточно силь­

ный двигатель. Конечно, это был не современный ра­

кетный двигатель, а всего-навсего паровой 1II0TOP,

сверхлегкий для своего временн: 011 давал одну треть лошадиной силы на каждый килогра1llМ собственного

веса. Не пытаясь привести в движение крылья, Адер использовал пропеллеры. О том, насколько далеко

можно зайти в копировании, говорит одна деталь: пропеллеры были сделаны из настоящих птичьих

перьев. В октябре 1890 года конструктор совершил на

своей машине перелет в 50 метров. Впоследствии он

разорился, конструируя более мощную летающую

:машину - «Авион». Эта машина хранится в Париже, в Музее искусств И ремесел. Потрпсает ее несомнен­

ное сходство с жнвым прототипом.

Вы скажете, что ест! человек всегда мечтал ле­ тать, к:ш птица, II ссли в 1890 году еще казалось воз­

можным точно копировать крылья летучей МЫШИ, то

в наше вреlllЯ такие ыетоды, должно быть, давно устарели? Трудно понять, каким обраЗО~1 наблюдения

зоологов помогут инх(енеру создать проект современ­

ного свеРХЗВУIЮВОГО Cal\Io.leTa. Совершенно верно. Но

это всего-навсего значит, что БИОIIика не внесет ни­

чего нового в эту частную область. К счастью, биони­

ка располагает богатеЙШJlИИ ВОЗi\IOЖНОСТЯМИ, и ВО

многих областях она может послужнть ТОЛЧIЮМ для

развития творческих идей, подобно чудодейственному ферменту в живом организме.

Однако почти прямое копирование прнроды Qправ­

дывает себя и в наши дни. Приведем один I1ример. Дельфин движется в воде с огромной скоростью как будто без видимых мЫШечных усилий. Это объясняется тем, что вода перемещается вдоль тела дельфина со­

вершенно равномерно и отдельные ее слои остаются

параллельными друг другу. А у любого судна при бы­

стром движении вокруг корпуса образуются завихре-

]6

ния, норма.'1ьное течение воды нарушается, оно ста·

новится завихренным, ИЩi турбулеНТНЫlll. В резуль­

тате возникает сопротивление, снижающее скорость

судна. Секрет дельфина заключается в тоы, что его

кожа состоит из двух слоев: наружного, тонкого и

очень эластичного, и внутреннего, более толстого, со­ стоящего из трубочек, заполненных губчатым веще­

ством. Завихрения всегда сопровождаются повыш(~­ нием давления. Когда вокруг тела быстро плывущего дельфина образуется турбулентное течение, наружный

эластичный слой кожи передает давление на внутрен-

/ниЙ. Этот упругий слой служит как бы аыортизато­

ром, и зарождающиеся завихрения не успевают раз­

БИТЬСЯ. Уже сделаны искусственные покрытия, копи­ РУЮЩIIе кожу дельфина; подводные ЛОДЮI с таким

покрытием при прежне!1 ~lОщности моторов могут до­ стигать более высоких СIюростей - вот пример прак­

тического приложения бионики (хотя он иыел место

до ее официального УlверждеНI!Я). Но ЭТО только ча­ стный случай, он далеко не исчерпывает возможности бионики.

Разумеется, ПРЯ!llЫl\I копированием природы не следует пренебрегать: ведь JI\!lВbIe существа на Земле эволюционировали два I\!иллиарда лет; в тече­ ние всего этого вреl\lени естественный отбор безжа­ лостно отбрасывал всех, кто не ыог прнсг!Особитьсп к условияы сущеСТВОВ3f1ИЯ. Пр!! конструировании

машин, предназначенных для работы в тех же усло­

виях, в какнх существуют живые организмы, можно

опираться на результаты' этих бесчисленных экспеРJl­

ментов природы. Самое простое в ,таком случае­

наибо.1Jее точное копироваНИ,е природных моделей, например кожи дельфина. Но все это имеет отноше­ ние только к первой част!! определения бионики, как науки о системах, функции которых копируют функ­

ции природных живых систеl\l. Не надо забывать и

две другие части определении: это наука о системах,

которые повторяют специфичеСЮIе характеристики

природных СlIстем, наука о системах, аналогичных

природным системам. Итак, эволюция представила

нам системы, которые стоит копировать, 110 методы, использованные сами!\! процессоы эоолюции, тоже

18

необходимо IIзучать. Это изучение может принести

много пользы, и прежде всего оно позволяет выве­

сти одно общее правило: слишком хорошая адап­

тация к окружающей среде может оказаться столь

же губllтельноi'f, как II недостаточная приспособлеll­

насть.

На каждо:\[ этапе, при каждом значите.1ЬНОЫ из­

менении среды обитания жизнь делала шаг вперед,

подвергая пересмотру прежние решения, которые

раньше казались безупречными и процветал!! доста­

точно долго. А не окажется .1И то, ЧТО было благот­

ворно ДЛ51 жнвых систеы, полезным и для аналогичных

искусственных систем? Постоянн'ая переоценка суще­ СТВУЮЩИХ ыеТОДОБ и концеПЦIlЙ должна быть ЗОЛОТЫМ праВIIiIOМ для всех биоников. Подходя К решению тоl'I

II.1II иной проблемы, всегда стоит спросить себя, нужно

/IИ следовать по прежнеl\lУ пути и не лучше ЛИ вер­

нуться к I1CTOKa;V! 11 попытаТЬС51 оБОЙТII препятствия, вместо того чтобы тратить силы на их преодоление.

К ТОll1У же точно скопировать природную ыодель

трудно, а подчас и невозможно. Хотя Клеман Адер

откровенно скопировал свою летающую машину с ле­

тучей I\IЫШ!!, она вовсе не была ее точной копией.

Этот конструктор, человек большого и оригинального

ума, ДОJ1ГО изучал полет птиц, прежде чем взялся

СВОIВ!И руками и на собстпенные ден'ьги сооружать летательныi'I аппарат. Он понимал, что не стоит и

думать о машущих КРЫЛЬЯХ, потому что такие по­

пытки уже делались до него и всегда безуспешно. Он

знал, что переход от размеров летучей мыши с полу­

ыeTpOBЫ~1 размаХОl\I крыльев к маШlIне с разма-'

хом крыльев 14 метров потребует другого дпига­

теля, и поэтому вместо ;v;ашущих крыльев поставил

пропеллсры. Бионика должна взять за основу этот

подход - не копировать прототип в деталях, но сна­

чала понять принцип действия, а затем применить его

в КОНСТРУКЦИИ. ТОЛЬКО при' таком подходе моделиро­

вание будет плодотворным и послужит дальнейшему

прогрессу.

Теперь нам стало Hei\IHOfO понятнее, что такое био­

ника. Но это пока только поверхностное знакомство.

Попробуем немного углубить наши знания. Как обычно

поступают в таIЮJ\l случае? Просто сравнивают

19