Что такое бионика - Асташенков Петр Тимофеевич - Страница 6

Приказы мышцам к действию также передаются в форме специфических импульсов. Эти импульсы по нервной сети поступают, например, в мышцы, управляющие движениями кисти руки. Импульсы следуют один за другим с определенной частотой, которая тем выше, чем сильнее ладо сжать кисть. Частота достигает десятков и сотен импульсов в секунду, а амплитуда их остается неизменной, так как определяется не силой раздражения, а свойствами нерва.

И вот мы решили использовать биотоки, возникающие в мышце, для управления искусственной рукой. Здесь нас поджидают такие трудности, как малая сила сигналов, наличие большого числа биотоков, из которых надо выделить интересующие нас импульсы. Вот для этого-то и предусмотрены в схеме биоэлектрического манипулятора усилитель и блок преобразования, разгадывающий замыслы оператора.

Таким образом, биоэлектрический манипулятор представляет собой систему управления, в которой «программу» задает живой организм, а отрабатывает ее внешнее техническое устройство. Могут ли быть системы биоэлектрического управления иного рода? Да. Можно задавать программу в форме электрических импульсов с помощью технического устройства, а живой организм будет осуществлять эту программу. Такая система имеется, например, в аппарате для лечения электросном. Вырабатываемые генератором электрические импульсы воздействуют на мозг, вызывают торможение нервных клеток, в организме наступает состояние сна.

Возникает и такой вопрос: нельзя ли добиться, чтобы биоэлектрический манипулятор не только сжимал и разжимал искусственную руку, но и воспроизводил другие функции руки человека? Безусловно можно, но иногда технически целесообразно воспроизводить лишь определенные движения руки, не слишком усложняя конструкцию манипулятора.

Следует отметить, что искусственная рука может обеспечить усилие во много раз большее, чем рука человека. Этому не препятствует то, что биотоки слабы. Они ведь выполняют роль управляющего сигнала, а он может «командовать» неизмеримо более мощными источниками энергии.

Биоэлектрический манипулятор лишь первый шаг в развитии этой новой системы управления. Впереди широкая перспектива использования биотоков различных мышц, в частности сердечной мышцы, мышц, управляющих дыхательными движениями, и т. д. Уже создана в нашей стране система управления рентгеновским аппаратам за счет биотоков сердечной мышцы. Это дает возможность получать снимки сердца в любой момент его сокращения.

Ведутся исследования излучения радиоволн мышцами человеческого тела. В американской печати, например, сообщалось о наличии излучения на частоте 150 кгц и выше. Это излучение бывает, когда мышца напряжена и работает. Причем различные мышцы излучают по-разному, более мелкие сильнее, чем крупные. Особенно сильным излучением обладают будто бы мышцы мизинца. Форма всех этих излучений — острые пики.

Ученые стран, входящих в агрессивный блок НАТО, пытаются п биотоки использовать в первую очередь для создания военных устройств.

Французский журнал «Сьянс э ви» в декабре 1961 г. писал об использовании биотоков в качестве усилителя мускульной энергии. Врачи Эллис и Шнейдермейер разработали систему, дающую возможность в шесть раз увеличивать электролинографический потенциал мускулов. Воспринимая этот потенциал с помощью металлических дисков, прилегающих к коже в точке наибольшего прилива нервной энергии к кожному покрову, диски выделяют биотоки и дают возможность использовать их для питания маленького мотора.

Упор в заметке делается на возможности использования данного открытия в военных целях. «Сервосолдат» сможет один нести тяжелое снаряжение и передвигаться бегом гораздо быстрее, чем обычные люди. Такой солдат сможет приводить в движение и летательные аппараты на мускульной энергии.

Сейчас наука изучает возможности использовать для управления биотоки мозга. Это означало бы, что биотоки мозга сами командовали бы работой машины, технические устройства действовали бы по приказам человеческой мысли.

Изучение процессов в природе способно дать технике не только биоэлектрические средства управления на расстоянии, но и источники электроэнергии, основанные на использовании разложения и окисления органических веществ, приводящих к выработке электроэнергии. Известно, например, что в придонном слое океана образуется электричество, там как бы имеется гигантский топливный элемент. Принцип работы такого элемента воспроизведен на рис. 5.

Рис. 5. Схема биохимического топливного элемента.

Как видно из рисунка, топливный элемент состоит из двух секций, разделенных полупроницаемой перегородкой. Внутри секций — инертные катоды. Анодная секция содержит «топливо» — смесь морской воды с органическими веществами, а также катализатор — бактериальные клетки. В катодную секцию помещается морская вода с кислородом. При работе элемента, как и в придонном слое океана, происходит окисление топлива и выделяется энергия, которая и подается в виде электрического тока во внешнюю цепь.

Достоинства такого элемента — дешевизна, ибо в нем используются «бесплатные» продукты. Что касается времени работы, то оно может быть бесконечно большим, если в катодную секцию ввести живые водоросли с добавлением в воду неорганических солей, необходимых для их питания, и освещать элемент солнечным светом. Печать сообщает о заинтересованности в таких элементах военно-морского флота США.

В другом биохимическом источнике для ускорения процесса распада и окисления применяется иной вид бактерий, благодаря чему реакции ускоряются в миллион раз.

Элемент имеет напряжение 0,5–1 в. В связи с тем что могут быть использованы бактерии сточных вод, в частности бактерии из кишечника человека, открывается теоретическая возможность создания систем с замкнутым циклом для космических снарядов. В США ведутся исследования в этом направлении.

Так изучение электрических явлений в природе обогащает электротехнику новым арсеналом средств.

Локация и навигация в природе и технике

Большой интерес бионика проявляет к тому, как в природе живые организмы ориентируются в своем движении, определяют препятствия, безошибочно находят нужное направление в весьма длительных путешествиях. Немалую пользу конструкторам навигационных устройств принесло, например, детальное изучение некоторых органов ориентации насекомых в полете.

…Внимание естествоиспытателей издавна привлекали два придатка сзади крыльев у двукрылых насекомых, имеющие форму палицы, соединенной с телом тонким черешком. Это жужжальца, которые в полете непрерывно вибрируют. Наружный конец каждого из них движется по дуговой траектории. Тенденция к такому движению сохраняется и при перемене направления полета. Это создает натяжение черешка, по которому мозг насекомого определяет изменение направления и дает команды мускулам, управляющим движением крыльев.

Принцип этого устройства был использован конструкторами при создании гироскопа нового типа. Известно, что гироскоп — незаменимый чувствительный элемент всех систем управления движущимися объектами, в том числе кораблями, самолетами, ракетами. По примеру жужжальца в его конструкции предусмотрели вибрирующие тонкие пластинки. Оказалось, что такой гироскоп имеет гораздо большую чувствительность, чем обычный. Но основное его достоинство — меньшая подверженность влиянию больших ускорений. Став «душой», например, такого прибора, как указатель виражей, он нашел применение на современных скоростных самолетах.

Вот еще пример успешного применения данных бионики. Именно ее данные позволили создать «небесный компас поляризованного света», то есть устройство, способное по расположению плоскости поляризации света определять местонахождение источника света. Сделан компас по образу и подобию глаз мухи или пчелы. Известно, что независимые элементы шаровидных глаз этих насекомых (омматидии) разделяются на восемь частей, расположенных звездочкой. Степень пропускания ими поляризованного света находится в зависимости от направления, с которого он приходит. Не случайно для глаз, например, пчелы разные участки неба будут иметь неодинаковую яркость. По этому признаку она определяет свое местоположение по отношению к солнцу даже тогда, когда оно скрыто облаками. Точно так же небесный компас поляризованного света может использоваться в кораблевождении для ориентации по положению светила независимо от погоды.