Очерки адаптации и биологии и технике - Лабутин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
В заключение нашего очерка можно попытаться сделать некоторые обобщения, в частности поискать ответа на вопрос: что же такое адаптация?
Легко заметить, что в биологическом плане понятие адаптации имеет двойственное значение. Иногда под адаптацией подразумевается просто наличие выработанных тем или иным об? разом (в результате эволюции или индивидуального опыта) благоприятных приспособлений или способностей, т. е. приспособленность. Так, можно говорить об адаптации в связи с наличием у животного приспособлений для передвижения, согласованностью спектральной характеристики органа зрения с солнечным светом, соответствием набора ферментов роду употребляемой пищи, в связи с выработкой определенных условных рефлексов и т. д. В этих случаях понятие адаптации вполне равноценно понятиям целесообразности или согласованности структуры и образа действия биологического объекта с условиями его существования. Заметим, что соответствующие понятия в технике давно известны и являются непременными критериями конструирования любого полезного устройства. Правда, живая природа еще долго будет демонстрировать инженерам массу решений, по степени целесообразности значительно превосходящих аналогичные технические решения. Вспомним заимствованнные конструкторами пропорции ствола бамбука при строительстве телевизионных башен и еще не воспроизведенные техникой принципы действия мышц, преобразующих химическую энергию в механическую с к. п. д., достигающим 50%. Однако наиболее полнокровным и специфичным для биологических систем понятие адаптации становится, когда внимание сосредоточивается на другой его стороне — на внутренних процессах, которые приводят к появлению этой целесообразности, к проявлению способности действовать в высшей мере согласованно с конкрет-
иыми условиями, т. о. на приспособляемости. Именно этой стороне биологических адаптаций мы старались уделить основное внимание на протяжении всего очерка. Она связана с высокой гибкостью характеристик и способов действия биологических систем. Именно эта сторона адаптивных систем представляет наибольший интерес для техники в связи с настоятельной потребностью автоматизации и повышения «интеллектуальности» сложных устройств, создание которых стоит на повестке дня современной техники.
Таким образом, уместно определить адаптацию как автоматическое изменение характеристик или способа функционирования системы, направленное на повышение ее эффективности.
Для переноса какого-либо принципа из одной сферы в другую необходим промежуточный этап формулировки этого принципа в достаточно общей, абстрактной, форме с исключением тех конкретных его деталей, которые связаны с одной нз сфер и в силу физических или химических особенностей оригинала не могут быть сохранены в другой сфере.
Таков путь и бионики, занимающейся изысканием путей совершенствования технических устройств за счет внедрения в них принципов построения и действия биологических объектов. Диалектику бионического исследования можно представить схемой, показанной на рис. 14. Изучение биологического объекта служит накоплению сведений, обобщение которых позволяет предложить абстрактное описание изучаемого принципа. Таким описанием является бионическая модель. Оиа может представлять собой схематический чертеж конструкции, сохраняющий принципиальные особенности заимствуемой структуры, но уже не требующий использования конструктивных материалов биологической природы и освобожденный от всех несущественных деталей конфигурации биологического оригинала. В других случаях бионическая модель может быть совокупностью математических уравнений, описывающих существенные геометрические соотношения биологического объекта или зависимости между физиологическими переменными. Для бионического подхода к решению задач, характерных для радиоэлектронной техники, наглядны и достаточно продуктивны модели в виде так называемых функциональных схем, приближающихся к широко распространенным в этой области техники блок-схемам.
Функциональные схемы строятся на основе замены всех биологических переменных абстрактными символами, а механизмов, определяющих взаимосвязи между этими переменными,—¦ прямоугольниками и стрелками. Для того чтобы такая схема однозначно выражала действие какого-либо биологического объекта, она должна сопровождаться описанием правил действия каждого функционального узла (блока), которые устанавливают математическую зависимость выходных переменных каждого блока от всех его входов.
Если непротиворечивая бионическая модель построена, то далее на пути бионики остаются чисто технические задачи разработки устройств, выполняющих функции необходимых блоков.
Примером математической модели, правда, весьма грубой, является формула вероятности мутации (1), приведенная нами при описании механизмов эволюции. Действительно, этому же
Соотношению может подчиняться И совсем иной реальный Процесс; например вероятность отказа за время t технического устройства, состоящего из N блоков с однократным резервированием каждого блока (тогда и pv должны обозначать вероятности отказа основного и резервного блоков за время Г).
