книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

Г л а в а ш е с т а я

ИНЖЕНЕРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

•

. . .Дельфины — единственные существа, нашедшие великий философский принцип: дружба не за вознаграждение.

Плутарх

В течение ближайших 10—20 лет человечество наладит связь с представителями других биологических видов, т. е. не с людьми, а с какими-то другими существами, возможно, неземными, скорее всего — морскими.

Д. С. Лилли

Кпроблеме инженерного использования органи­ ческих систем можно подойти с самых широких позиций, ибо она имеет прямое отношение к науке о взаимоотноше­ ниях живых организмов со средой — экологии, с каждым годом привлекающей к себе все большее внимание. Эко­ логи забили тревогу: они предупреждают, что на Земле возможны биологические катаклизмы. Об угрозе, навис­ шей над биосферой (в том числе над флорой и фауной гидросферы), с тревогой говорят, в частности, эксперты Организации Объединенных Наций, отмечая повсеместное нарушение гармонических связей человека с окружающей средой.

Возможен и более узкий подход к рассматриваемой проблеме, связанный с использованием гидробионтов (вод­ ных организмов) для решения тех задач, которые частично уже были сформулированы при рассмотрении путей созда­ ния управляемых морехозяйств. Специфика гидросферы

иособенности современного уровня научно-технической революции позволяют предполагать, что проектирование

иорганизация органических комплексов в управляемых морских хозяйствах потребуют широкого использования методов зоопсихологии, сравнительной психологии и ки­ бернетики.

Исследования в области зоопсихологии гидробионтов имеют огромное познавательное значение. Достаточно вспомнить о комплексном теоретическом и эксперимен­ тальном исследовании дельфинов, в частности об изуче-

158

нии их «языка». Чисто научные исследования системы общения у этого вида китообразных вызвали интерес широких кругов населения разных стран.

Наиболее важными представляются системотехниче­ ские аспекты проблемы инженерного использования орга­ нических систем. Говорим ли мы о создании управляемых морехозяйств или обсуждаем перспективные способы под­ водного лова рыбы (т. е. лова рыбы с использованием подводных судов), во всех случаях возникает вопрос об обеспечении этих работ современной технической ба­ зой — техническим комплексом, включающим в себя аппа­ ратуру измерений и регистрации, автоматического регу­ лирования и управления, а также вычислительные устрой­ ства. Например, описанная в литературе [26] тактика подводного лова рыбы требует широкой автоматизации, оперативной диспетчерской службы, использования средств наблюдения и связи и т. д.

Еще около десяти лет назад такая постановка вопроса казалась либо фантастикой, либо в лучшем случае теоре­ тизированием, оторванным от строго научного обоснова­ ния. В наши дни положение резко изменилось. Доста­ точно вспомнить о великолепно оснащенных эксперимен­ тальных гидробионических базах союзной и республи­ канских академий наук. Подтверждением сказанного мо­ жет служить также обширный перечень зарубежных научно-исследовательских центров. Например, только в США экспериментальная дельфинология базируется [78] на такие центры, как Ракетный центр ВМС США (штат Калифорния), Институт связи в Майами (штат Флорида), Океанологический институт на Гавайских островах, Центр подводной войны ВМС США, а также океанариумы Сент-Огастин (штат Флорида), Палое Вердес Эстайт (штат Калифорния), Парк морской жизни в Оаху и др.

Наряду со стационарными научно-исследовательскими центрами созданы и используются подвижные, плавучие базы. Как правило, это суда большого водоизмещения, выполненные по специальному проекту. На борту такого рода специальных судов размещаются десятой лаборато­ рий, вычислительные и информационно-вычислительные центры, снабженные мощными ЭВМ, а также контрольно­ измерительные, регистрирующие и другие комплексы.

В данной главе будут рассмотрены некоторые резуль­ таты, характеризующие это направление работ в гидро­ сфере.

159

§ 18.

Использование гидробионтов

•

Нам общи с животными все виды рассудочной деятельности: индукция, дедукция, следовательно, также абстрагирование.

Ф. Энгельс

Вширокой печати много раз публиковались сообщения об использовании дельфинов и других гидро­ бионтов для различных целей. Однако далеко не всегда

эта информация является достоверной. Наши познания в данной области настолько скудны, что мы с равной вероятностью можем ошибаться как принимая на веру все сообщения, так и скептически отвергая то, что нам кажется измышлениями.

Многие аспекты использования гидробионтов доста­ точно очевидны.

Гидросфера, как уже говорилось, плохо обозревается даже на относительно небольших дистанциях. Ориентиры отыскивать в ней очень трудно. Конечно, существуют системы, позволяющие подводному пловцу прокладывать заданный курс, но это требует априорных сведений (карт, курса и т. д.) и некоторого приборного обеспечения (глу­ биномера, компаса, часов и др.). Кроме того, возможна ситуация, когда по тем или иным причинам гидронавт заблудился. Во всех этих случаях полезно иметь’надеж­ ных проводников, наподобие дрессированных собак, несу­ щих такого рода службу на суше (знаменитые сенбернары монастыря Святого Бернарда и др.). Вполне вероятно, что в подводном мире такими же помощниками могут стать, например, дельфины или морские львы.

Близко к этому примыкает служба розыска затерян­ ных, запрятанных, замаскированных предметов. По ана­ логии с сыскной службой собак можно говорить об исполь­ зовании дельфинов для поиска на дне моря затерянных приборов, затонувших кораблей, объектов археологиче­ ских изысканий и т. д.

В последние годы наряду с ростом подводных иссле­ дований— археологических, промышленнңх, промысло­ вых и др. — возрастает и армия так называемых «диких» аквалангистов, которые, появившись в закрытом районе, могут испугать и даже уничтожить обитателей подводных садков. Кроме того, и сами аквалангисты могут запутаться

160

дельфины не смогут, но поскольку в управляемых мор­ ских хозяйствах будут обученные и послушные дельфины, то почему бы не использовать их и в качестве ездовых животных? Буксировочная мощность дельфина составляет около двух лошадиных сил.

Д. Браун, работающий в океанариумеМерилэнд (США), предложил способ использования дельфинов для помощи летчикам, приводнившимся в море, где водятся акулы. Он предложил помещать в костюмах летчиков маленькие передатчики с записью дельфиньих криков бедствия. Известно, что сигналы бедствия привлекают других дель­ финов, которые тут же стремятся на помощь собрату, попавшему в беду. В данном случае предполагается, что дельфины, приплывшие на такие сигналы, отпугнут акул, с которыми они враждуют и на которых нападают так яростно, что нередко убивают. Правда, возникает опасе­ ние, что воспроизведение криков бедствийможет привлечь не столько дельфинов, сколько акул, которые поспешат полакомиться погибающим дельфином, а не найдя его, нападут на летчика. Сходная идея использования записей дельфиньих криков бедствия была предложена в кито­ бойном промысле для привлечения китообразных. Однако эта идея вряд ли найдет всеобщее одобрение.

Хотя выше речь шла о дельфинах, не следует исклю­ чать возможность использования и других гидробионтов, например косаток, которые являются сильными и доста­ точно умными животными. Несмотря на то, что они поль­ зуются мрачной славой морских разбойников, известны, пусть и немногочисленные, случаи успешного установле­ ния контакта человека с косаткой в условиях океана­ риума.

Интересно также напомнить об опытах, проведенных еще в 1916 г. В. Л. Дуровым, которые убедительно дока­ зали, что специально дрессированные тюлени могут быть использованы для отыскания и уничтожения морских мин [48]. Примерно в те же годы с аналогичным предло­ жением выступил известный американский физик Р. Вуд, который указывал на специальные опыты, проведенные в Уэльсе (Англия), с тюленями, выдрессированными для уничтожения подводных лодок противника 1.

Интересным гидробионтом является акула. Адаптация

162

времена, причем настолько хорошо, что на протяжении многих миллионов лет у большинства видов-акул морфо­ логические данные существенно не изменялись. Ученые исследуют возможности использования акул. В част­ ности, биолог А. Мюрберг на одном из Багамских островов изучает гидроакустические методы управления поведе­ нием акул. В то же время высказываются мнения, что эти гидробионты плохо поддаются дрессировке и, отличаясь' крайней жестокостью, не могут рассматриваться как жи­ вотные, полезные^ морских хозяйствах.

Начало систематических работ по дрессировке дельфи­ нов можно отнести, по-видимому, к 1938 г., когда группа американских предпринимателей с коммерческими целями открыла в Сент-Огастине (штат Флорида, США) океана­ риум Мерилэнд. Дрессировщик из Гамбурга А. Фрон стал одним из первых специалистов по обучению дельфи­ нов. В последние десятилетия эти работы вышли за рамки развлекательных аттракционов. По сообщениям амери­ канских журналов, на одной из военно-морских баз США в Калифорнии проходят подготовку необычные «кур­ санты»: дельфины, морские львы и тюлени. В конце 60-х годов группа этих «курсантов» в составе двух дель­ финов, двух морских львов и одного тюленя была подго­ товлена для участия в экспериментах по программе «Силэб-3» вместе с 40 гидронавтами. Как широко отме­ чала американская печать, уже имеются примеры успеш­ ного использования гидробионта — дельфина по кличке Таффи, который в период глубоководных исследований по программе «Силэб-2» в 1965 г. успешно выполнял ряд достаточно сложных работ: доставку легких грузов с по­ верхности моря в подводное жилище и обратно, подачу гидронавтам инструмента, сопровождение гидронавтов в дальних заплывах и даже поиск «заблудившихся» гидро-, навтов. При этом отмечены погружения дельфина Таффи на глубину до 168 м с возвращением на поверхность за 2 мин 45 сек. В экспедиции «Силэб-2» участвовал и мор­ ской лев. Он нередко появлялся в отверстии входа в под­ водный дом, дышал гелиево-кислородной смесью и без какого-либо ущерба для себя стремительно поднимался на поверхность.

Шумная реклама этих экспериментов по использова­ нию гидробионтов не должна заслонять того факта, что военная направленность таких работ, проводимых по за­ казу ВМС США, с неизбежностью ограничивает научную

публикацию полученных результатов. Однако и опубли­ кованных материалов достаточно для того, чтобы сделать вывод о принципиальной возможности широкого исполь­ зования гпдробионтов в подводных исследованиях и работах.

§ 19.

Управление органическими системами в гидросфере

•

Теперь последний срок, когда социолог, психолог, психобиолог объединяют свои силы, чтобы решить те проблемы поведения, организации и инстинктов, от которых зависит в значитель­ ной степени возможность прогресса человечества.

Р. М. Иеркс

Широкими возможностями технической киберне­ тики и современной радиоэлектроники объясняется не­ обоснованно пренебрежительное отношение инженеров к использованию биологических систем для целен управ­ ления. Исследованием органических систем и принципов их использования до сих пор занимаются исключительно биологи и зоопсихологи, которые, в свою очередь, прибе­ гают к помощи современной техники лишь при выполне­ нии ряда подсобных работ. Принципиальные же возмож­ ности кибернетического использования органических си­ стем беспредельны. Современная бионика назвала лишь некоторые и, вероятно, далеко не самые заманчивые из та­ ких возможностей. Особенно велико значение кибернети­ ческого использования органических систем в гидросфере, хотя именно здесь инженерный подход к анализу органи­ ческих систем и к синтезу биотехнических систем управ­ ления сопряжен с наибольшими трудностями.

Биология и зоопсихология уже в состоянии предло­ жить инженеру необходимые исходные данные. Основные затруднения возникают при попытках осуществить синтез систем управления, так как, помимо обычных трудностей решения задач технической кибернетики, здесь возникают дополнительные осложнения, связанные с необходимостью учитывать данные психофизиологии.

Наиболее простые системы управления можно пред­ ставить себе в виде устройств и приспособлений, коррек­ тирующих элементы сравнительно простого поведения

164

гидробионтов. К наиболее сложным системам управления следует, по-видимому, отнести такие, которые реализуют направленное изменение всех элементов поведения гидробионта. К сложным можно отнести и так называемые со­ ставные биотехнические системы, элементами которых являются и технические, и органические компоненты.

Совершенно очевидно, что математическая и техниче­ ская стороны далеко не исчерпывают существа рассматри­ ваемой задачи. Крайне важна общая методология решения проблемы, выявляющая реальные возможности управ­ ления органическими системами, ибо, как метко заметил известный физик Г. А. Гарднер, «сколько собаку ни учи, она принципиально никогда не поймет квантовую меха­ нику». Кроме того, сама наука о поведении животных — зоопсихология, накапливавшая и систематизировавшая знания на протяжении многих сотен лет, вынуждена в наши дни периодически пересматривать некоторые свои положения под влиянием новых открытий, сделанных, как правило, с помощью современных технических средств. Например, как уже говорилось выше, большинство гидро­ биологов считает, что акулы не поддаются дрессировке. Однако доктор Юджин Кларк, используя тонкую мето­ дику современного эксперимента, доказала, что вопрос о дрессировке акул, о возможности управлять их пове­ дением остается открытым.

Истоки синтеза систем управления органическими си­ стемами надо искать в первых попытках использования рецепторики 1 и эффекторики 12 разных животных. Кибер­ нетическое использование механизмов преобразования ин­ формации центральной нервной системой только начи­ нается. Разумеется, представление всего фронта работ по биокибернетике тремя названными аспектами более чем условно. Это просто очередной прием классификации, упрощающий изложение материала. Достаточно остано­ виться на таком примере.

Один из путей использования эффекторики сводится к тому, что гидробионт, например дельфин, может пере­ возить некоторый небольшой груз или специальные при­ боры, в том числе вживленные датчики, приборы теле-

на изменения внешней'среды и зависящая от ряда особенностей пере­ работки информации в центральных отделах анализатора.

1 в 5

сигнализации и т. п. Но эффекторная деятельность гидробионтов отнюдь не исчерпывается чисто моторной деятель­ ностью. Те же самые дельфины используются, по данным американской печати, в ВМС США для патрулирования охраняемых районов моря. Ясно, что при этом они осу­ ществляют направленный поиск, прослушивая акваторию с помощью своего биологического эхолокатора, осматри­ вают встречающиеся объекты, опознают и классифици­ руют те или иные цели, сообщают своим поведением или условными сигналами военнослужащим на постах наблю­ дения о результатах патрулирования. Хотя заключитель­ ный этап этой деятельности относится к эффекторикегидробионтов, ей предшествует и сенсорная деятельность, и достаточно сложные преобразования информации в мозгу животных.

Естественно, что система управления гидробионтами в этом случае включает как достаточно развитые техниче­ ские средства наблюдения и связи, так и алгоритмы (про­ граммы) управления и оптимизации поведения животных.

Не менее сложными окажутся системы управления эффекторной деятельностью микроорганизмов гидросферыПримером может служить управление перемещением бак­ терий и планктона с больших глубин к поверхности и наоборот. Принципиально может ставиться задача и управления биолюминесценцией микроорганизмов, что имеет большое научное и практическое (главным образом военное) значение. Широко ведутся работы по использова­ нию деятельности микробов, связанной с селективным извлечением ими различных металлов, содержащихся в незначительном количестве в окружающей среде (обра­ зование донных конкреций \ согласно одной из гипотез, обязано деятельности микроорганизмов). У нас в стране и за рубежом используется в промышленных масштабах обогащение руды. Бациллы с успехом справляются с обра­ боткой сернистых соединений меди. В последние годы появились сообщения о бактериях, которые способны растворять золото. Уже взят патент на промышленное применение этого открытия. Изучается роль лептотриксов, образовавших в незапамятные времена мощные за­ лежи железа. Предполагается, что деятельность мнкро-1

1 Конкреции — полиметаллические образования в виде глыб и мелких валунов, которые устилают большие участки дна океанов и морей.

166

\