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

На разлагающейся мертвой рыбе размножаются све­ тящиеся бактерии. Этих бактерий l\IOЖНО собрать,

поместить в питательную среду и получить своеобраз­

ную лампу. На Антильских островах дЛЯ ТОЙ же цеm!

помещают в сетку несколько светляков. Но живые фонарики не выдерживают конкуренции с электри­

ческими, да и экономически это невыгодно.

с.'1едует упомянуть еще одно использование ХО,'10Д­ ного света. В Японии есть маленькие ракообразные,

которым ученые присвоили неблагозвучное имя Сур­ ridina hilgendorfi. ИХ высушивают и растирают в по­

рошок, который при увлажнении испускает С,'1абый свет. Во время второй мировой войны японские сол­

даты ночью при таком свете ориентировались по

карте. Этот свет, вполне достаточный для чтения карты, не настолько ярок, чтобы ПРИВ,'1ечь внимание противника. Ни одно ИЗ этих применений не отно­ сится к бионике, хотя в общем бионика может предъ­ явить на них свои права. Действите,'1ЬНО, интересно Бы.'1o бы сконструировать источники холодного света

того же типа, что и природные. Возможно ли это?

Чтобы ответить на вопрос, нужно сначала узнать, от­

распространено. Светятся бактерии, гри'бы, некоторые

кораллы, черви, моллюски, ракообразные, ка,'1ьмары и, Ha~OHeц, рыбы. Но на этой ступени придется оста­ liОВИТЬСЯ: нет ни светящихся амфибий, ни ящериц и­

заранее можно сказать - нет свеТЯЩИХС5! птиц или мле­

копитающих. Феномен связан TOJIbKO с низшими фор­

мами жизни, и это очень ценное указание: как видно,

это очень древний процесс, КОТОРЫЙ был отброшен на

пути эвоmоции. Химические реакции, лежащие в ос­

нове процесса, прекрасно изучены: происходит раз­

ложение определенных органических веществ, назы­

ваемых люциферинами. Мак-Элрой и 3е,'1игер иссле­

довали эти вещества у свеТ,'1яка и попытаm1СЬ их син­

тезировать. На чистом люциферине подтвеРДИ,'10СЬ и

преДПО,'10жение о стопроцентном ИСПО,'1ьзовании энер­

гии на свечение - это поистине ХО,'10ДНЫЙ свет. Но авторы полагают, что сам процесс люминесценции­ всего-навсего почтенное ископаемое. Несколько

220

миллиардов лет назад в атмосфере Земли не было

кис,тюрода. Первые живые организмы были анаэробны­ ми, то есть не нуждались в кис,тюроде. Но постепенно

за миллионы веков кис,тюрод накапливался в атмо­

сфере, и прежде всего - в результате разложения мо­

лекул ВОДЫ под действием ультрафиолетового ИЗ,flУ­

чения Солнца. Этот процесс мог происходить потому, что все лучи Солнца достигали земной поверхности,

а в наше время именно благодаря кислороду бо,тlьшая

часть активного ультрафиолетового излучения задер­ живается в верхних с,тюях атмосферы экраном из озо­ на (активный атомарный кислород). Кислород не был нужен примитивным организмам, наоборот, он бы,'! для них ядом, который нужно было как можно ско­ рее обезвредить и вывести из организма. Самый про­

стой процесс - связать кислород, превратив его В воду. При этой реакции выделяется большое количе­

ство энергии, которая может быть испо,'!ьзована для

свечения. Постепенно в ходе эволюции живые сущест­

тился в г,'!авный источник жизни. Но некоторые виды сохранили этот примитивный механизм.

Если объяснение прави,'lЬНО (а оно по крайней ме­

ре правдоподобно), то сам факт эво,'!юционной непри­

годности этого процесс а говорит не в его пользу.

Действите,'!ьно, до сих пор он не нашел практического применения, разве что созданный синтетическим путем люциферин пригодится в химических источни­ ках холодного света. Но с точки зрения рентабе,'!ь­

ности этот процесс вызывает сомнение.

МЫШЦА - ТРАНСФОРМАТОР ЭНЕРГИИ

Еще интереснее и важнее явление преобразования

химической энергии в механическую. Оно· происходит

мя удивительно проста. Даже поверхностный осмотр

показывает, что мышца имеет ВQ,'!окнистое строение

иволокна состоят из чередующихся светлых и тем­

ных дисков. При сокращении мышц светлые диски

222

2

А

з

4

Рис. 66. Искусственная мышца.

А - расслабленная; Б - сокращенная.

1- клапан; 2 - оболочка из жесткого и эластичного материалов; 3 - ПОСТУ"

пающий под давлением воздух; 4 - поднятый груз.

как бы сжимаются. М. Болдуин, Дж. Уайт.,. Р. Брайн и С. Висце из лаборатории по изучению сенсорных си· стем в Таксоне (Аризона) создаJЩ простую модель

такого двухсоставного волокна. Это трубка, стенка. IЮТОРОЙ состоит из двух материа.тюв разной эластич­

ности, например из стеклянных волокон, зашIТЫХ кау­

чуком. Как показано на рис. 66, этот искусственный

мускул можно наполнить воздухом под небольшим

даВ,'1ением. Стеклянные волокна сохраняют прежнюю

длину, но не мешают трубке растягиваться в ТО,'1щи­

ну, поэтому она сокращается и поднимает груз (4).

Подача воздуха регулируется клапаном, работающим по тому же принципу. Если подача воздуха ритмиче­

ски прерывается, искусственная мышца ритмически

сокращается и УД,'1иняется. Это движение можно пре­ образовать во вращательное с помощью Iшассическо­ го кривошипа. ПО,'1учаеТС>l своеобразный двигатель.

Это хорошая, но все же очень примитивная мо­

дель настоящей мышцы. БО,'1ее интересную модель

223

мышцы создал А. КачальскиЙ. Активный элемент

этой модели - протеин, точнее коллаген, вещество,

входящее в состав ко5ки и связок (в хирургии оно

используется под названием «K~тrYT»). KOJI.ТIa ген

имеет винтообразную структуру, напоминающую СПII­

ральную пружину, его нити очень тонки: не более од·

ШкиВ

CocyiJ с LiBr

----------+

Рис. 67. Мышечный мотор Качальского.

он представляет собой <ПРIfВОДIJОЙ ремень> ИЗ ко.,.,агеновых волокон, про· ходящий то через сосуд с раствором бромистого лития, то через сосуд с ди'

стиллироваииой водой. Кол.оаген СЖl\маетея в растворе бромистого лития, а в сосуде е водон приобретает прежнюю длииу. Когда коллаген сжимается.

<ремень» тянет вниз РОЛИК {~леваt а ОН в СВОЮ очередь передает движение

через ШКИВ на ролик справа. Этот щ)оцссс продолжается ДО тех пор, пока

в сосудах сохраняется раствор бр()м ИСТQI О ЛИТИЯ и чистая вода, а усилие от любого ролика мпжст быть использовано для работы n машине.

ной десятой МИЛЛИl\lетра. Если волокна коллагена по­

местить в раствор бромистого лития, они быстро со­

кращаются, поднимая при этом вес в тысячу с лиш­

ним раз больше собственного. Ес,'1И затем удалить

бромистый литий - промыть волокна в чистой воде,'­ их длина становится прежнеЙ. Здесь нет остаточных

деформаций, и процесс сокращения и расслабления

может повторяться почти беСlюнечно. На ЭТО!'.I ПРИН­ ципе и основан мотор КачаJlЬСКОГО (рис. 67). Эта бllО­ ническая модель еще будет совершенствоваться, 110

уже сейчас ясно, что она очень интересна, так как

224

s

декодировать их, а затем усилить. Полученные Э,'1ект­

рические импульсы управляют моторами, встроенными

в искусственную руку. Эl0, несомненно, область при­

менения бионики, тем более что ИСI<усственная рука почти точно повторяет природную l\Iодель. Но поми­

мо протезов этот принцип применим и в иных случа­

ях, например при ускорениях, в несколько раз превы­

шающих земную СИ,'1у тяготения. Механизмы помогут

че,'10веку действовать в С,10ЖНЫХ условиях, добавляя

свою силу к силе его мышц.

Изучение действия мышц имеет еще некоторые ин­ тересные Д,'1я бионика аспекты. Управление мышцаМI!

МОЖIIО изучать на кибернетической модели, в кото­

рой учитываются механические характеристики мышц

226

Г л А В А 13

ПЕРСПЕКТИВЫ БЕЗГРАНИЧНЫ

Бионика обещает принести интересiIЫе результа­

ты и в мире энергии и в мире информации. Это под­ тверждается тем, что мы только что рассмотрели. Что

же самое интересное в бионике? В первой главе мы

говорили об одном из основных признаков БИОНИКII -

о том, что это hayka-пеJ3екресток. Бионика осуществ­

ляет совершенно новый подход к проблемам жизни и

техники, потому что она свела воедино интересы био­

лога, психолога, математика и инженера. Эта ее осо­

бенность стаНОВlIлась все яснее по мере того, как ~lbI

осваивались с миром бионических идей; мы все боль­ ше убеждались в том, что в отличие от специальных

наук бионика не имеет четко очерченных границ, а,

наоборот, захватывает новы е рубежи по мере развитии

специализированных наук, на которые она опираетси.

По самой своей природе бионика не из тех наук, кото­

рые преподают в пределах одного академического

курса. Самое ваЖllое в ней - это особый подход к изу­

чению жизни и технических проблем. Это утвержде­ ние, может быть, покажется кое-кому спорным, но тем не менее в нем закшочается самая суть бионики.

Бионика явил ась плодом общих усилий - ана,тш­ тической деяте.тIЬНОСТII биологов и синтетической дея­

ТС,'1ьности инженеров. Это систематизация изучения

функций живых мсхаШ!ЗJ\IOВ, подчиненная задаче их

воплощения в искусственных конструкциях.

Чтобы БИОIlика существова,'1а, необходимо разре­

шить проб,'1ему взаИМОПОНИl\lаНIlЯ специалистов, при­

шедших из таких отдаленных друг от друга об,'1астей

науки, как биология и техника. И тут прежде всего

необходим общий язык Начало формирования тако­ го языка будет уже ОГРОl\ШЫМ шагом вперед. Не нуж­

но преуменьшать трудности этого шага. Чтобы содру­

жество инженера с биологом стало реальностью, каж­

дый из них прежде всего должен научиться правильно

228

задавать вопросы на общем языке, ПОНЯТНО;\1 каждо­ му собеседнику.

Правильно' постаВ,'1енный вопрос уже отчасти со­

держит в себе ответ. Но чтобы научиться это делать,

приходится долго обсуждать предварительные во­

просы. Их необходимо задавать и обсуждать, какими

бы наивными ИЮI нелепыми они ни каза,'1ИСЬ. Ес,'1И

инженер, специалист по вычислительной технике,

спросит биолога: «В какой части мозга локализована

память человека?» - вопрос прозвучит наивно, но его

достоинство в 1'01\1, что он очеРЧIlвает проблему. По­ степенно, общими усилиями собеседники смогут сфор­

мулировать праВИ.1ЬНЫЙ вопрос, и это принесет

пользу обоим. Только надо быть осторожнее - даже

впраВИЛЫЮ~1 с виду вопросе иногда таится ло~

вушка. .

Мозг удивительно надежен в работе: Какие про~

цессы обеспечивают эту надежность? Нельзя ли ско­ пировать их в электронных l\'Iашинах? Как будто бы

сэтим вопросоы все в порядке, а на самом де,'1е он

поставлен плохо, потому что здесь как бы сыlO собой

разумеется, что 1\IOЗГ 11 машина работают одинаково.

А мы уже убедились, что это вовсе не так. П.l0ХО поставленный вопрос вызывает бесконечные прения, потому что каждый собеседник, не понимая другого,

тут же переходит на свой технический жаргон. Между

ними разверзается пропасть, и из 'такого спора ничего

хорошего не выйдет, потому что точки зрения споря~ щих С,'1ишком далеки друг от друга. Можно сказать,

что устаНОВ,'1ение ВЗ8иыопонимания и плодотворного

единства - это и есть биоыика.

Бионика уже доказала свою жизнеспособность. Она станет еще сильнее в бу'дущеы, когда расширит свои исследования. Первые свои победы она одержа­ ла в области прямого приыенения биологических от­ крытий в технике. Но как бы интересны ни были полу­

ченные результаты, са;\IУЮ плодотворную для бионика

работу можно найти не в О~,'1асти копирования. В

природе надо искать скорее руководящие идеи, чем

модели для подражательного копирования. Заметим,

что в об,'1асти энергетики, как правило, появляются

именно копии или ПРЯl\lые повторения, а общие идеи становятся особенно ценным!!, когда мы переХОДИl\f

229