Читаем На пути к бионике онлайн бесплатно

Литинецкий Изот Борисович - На пути к бионике

МИР ЗНАНИЙ

МОСКВА "ПРОСВЕЩЕНИЕ" 1972

6 Ф0. I.

Л 64

Литинецкий Изот Борисович - На пути к бионике. М., "Просвещение", 1972. 223 с. с ил. (Мир знаний).

Книга состоит из коротких рассказов о том, как человек пытался и пытается использовать живые организмы в самых различных областях своей деятельности. Из нее можно узнать о бактериях, помогающих добывать полезные ископаемые и очищать их от вредных примесей, о собаках, обнаруживающих неисправности в газовых магистралях, о голубях - технических контролерах, о муравьях - открывателях новых звезд, о живых барометрах и сейсмографах, о языке животных и многих других замечательных особенностях живых организмов.

7 - 6 - 3

247 - 72

Редактор И. А. Михайловская

Обложка художника А. Е, Григорьева

Художественный редактор В. Г. Ежков

Технический редактор Е. В. Богданова

Корректор М. И. Миримская

Сдано в набор 29/IV-1972 г.

Подписано к печати 3/XI -1972 г. 84х1081/32. Бумага типографская № 2. Печ. л. 7. Усл. печ. л. 11,76. Уч.-изд. л. 12,25. Тираж 100 тыс. экз. Заказ 1822, А11264.

Государственного комитета Совета Министров РСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва. 3-й проезд Марьиной рощи, 41. Типография № 2 Росглавполиграфпрома, г. Рыбинск, ул. Чкалова, 8.

В наше время человек достиг необыкновенных успехов в развитии техники, создал много мощных и умных машин, необходимых для получения энергии и материалов из природных источников, научился с помощью приборов и устройств получать, передавать, обрабатывать и использовать информацию (сведения) о различных величинах при научных исследованиях или о технических параметрах в процессе управления производством.

Человек начал освоение космоса и создал много различных видов автоматических космических кораблей и спутников, космических орбитальных и спускаемых на поверхность планет неподвижных и подвижных станций, начал освоение глубин морей и океанов, начинает наступление на глубины Земли.

Решая в процессе создания современных технических систем различные задачи, человек понял, что многие из них уже решены природой, и часто проще, лучше и надежнее, чем это сделано человеком. Поэтому необходимо и полезно продолжать учиться у природы, как это делал человек всегда - и когда изобретал свои первые простейшие машины, и когда строил висячие мосты, и когда находил способы обработки продуктов и материалов.

В последние 10 - 12 лет сложилось в науке новое направление - бионика, задачей которой является использование результатов изучения конструкций и процессов в биологических объектах для совершенствования существующих и создания новых, более совершенных приборов, устройств и машин.

Однако это использование оказалось довольно сложной задачей, потребовалось повторить многие биологические исследования, чтобы получить достаточно точные и достоверные количественные зависимости для описания конструкций и процессов в биологических объектах, без чего невозможна оценка целесообразности и возможности их использовать для технических целей. Такие дополнительные исследования необходимы, так как многие биологические исследования до последнего времени носили лишь качественный характер вследствие отсутствия методов и средств для количественных измерений. Только успехи в области создания новейших методов и средств измерительной техники с широким использованием радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники положили начало новой эпохе в биологических исследованиях.

Наряду с развитием этих исследований, необходимых как основа для бионики, человек, наблюдая за живой природой, находит среди ее представителей много полезных для себя помощников, которые несут часто весьма ответственную службу на пользу человеку.

Человек благодарен своим помощникам и ряду из них в знак своей признательности поставил памятники и создал много прекрасных легенд и правдивых рассказов.

В данной книге автор, который известен рядом своих интересных и полезных книг по бионике, постарался рассказать как о живых помощниках человека, так и о путях, ведущих к бионике. Нет сомнений, что эти сведения помогут читателю посмотреть на природу новым взглядом и найти еще много интересного и полезного.

Член-корреспондент АН СССР Б. С. Сотсков

Светлой памяти

Бориса Степановича Сотскова-

старейшине советских биоников посвящаю.

Автор.

XX век! Обыденными стали атомные электростанции, синхрофазотроны, оптические квантовые генераторы, искусственные почки, заводы-автоматы, электронные вычислительные машины, производящие десятки миллионов операций в секунду, сверхзвуковые самолеты, батискафы, опускающиеся на тысячеметровые глубины морей и океанов, радиоприемники величиной с почтовую марку, цветное телевидение, звездные корабли, бороздящие космос, научно-исследовательские лаборатории на Венере и Марсе...

И все же привыкнув сегодня принимать как должное все эти свершения человеческого гения и ничему не удивляться, мы тем не менее не перестаем и никогда, по-видимому, не перестанем поражаться и восхищаться творениями живой природы. Чего только нет в ее "патентном бюро"! Гидравлический привод? Пожалуйста, у паука. Пневматический отбойный молоток? Вот он у земляной осы. Ультразвуковой локатор? У летучей мыши. Сонар? У дельфина, тюленя, кита. Реактивный двигатель? У кальмара. Точный барометр? У лягушки, вьюна, пиявки. Предсказатель штормов? У медузы. Запахоанализатор, способный различать 500 тысяч запахов? У обыкновенной дворняжки. Счетчик Гейгера? У улитки. Гиротрон? У мухи. Поляризационный солнечный компас? У пчелы. Указатель скорости движения? У жука. Опреснитель морской воды? В клюве альбатроса. Высокочувствительный сейсмограф? У водяного жука и кузнечика. Поистине "на выдумки природа таровата"!

Живая природа - гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и строитель. Миллионы лет она отрабатывала и совершенствовала свои творения. В течение всего этого времени животные и растения развивались, разнообразились и приспосабливались к всевозможным изменениям окружающей среды. На каждом этапе, при каждом значительном изменении климата природа делала шаг вперед, подвергая пересмотру прежние решения.

Естественный отбор безжалостно отбрасывал все, что не могло приспособиться к условиям существования. В ходе эволюционного развития в живых организмах выработались весьма тонкие и совершенные механизмы процессов обмена веществ, преобразования энергии и информации. Эти "биоинженерные системы" природы функционируют очень точно, надежно и экономично, отличаются поразительной целесообразностью и гармоничностью действий, способностью реагировать на мельчайшие изменения многочисленных факторов внешней среды, запоминать и учитывать эти изменения, отвечать на них многообразными приспособительными реакциями.

Примером могут служить "навигационные системы" ряда животных. Так, гигантские морские черепахи для кладки яиц ежегодно совершают по безбрежным просторам Тихого и Атлантического океанов длительные путешествия протяженностью до 6000 километров и с завидной для самого заправского штурмана точностью находят обратную дорогу домой. Североамериканская золотистая ржанка каждую осень совершает перелет из мест гнездования в Северной Канаде на зимовку к Гавайским островам. Эта птица не может отдыхать на воде, как водяные птицы. Чтобы достичь своей цели, она вынуждена лететь непрерывно в течение нескольких недель над океаном. Малейшее отклонение от курса грозит ей тем, что она "проскочит" мимо цели, затеряется в океанских просторах и погибнет от истощения. Меняется ветер, сбивая ржанку с пути, ночь опускается над морем, утром встает над водой туман. Но крошечная птичка уверенно достигает цели, словно ее привел самый точный и верный компас, о котором мы, люди, можем только мечтать.

Даже пустынные муравьи, и те, оказывается, могут ориентироваться по космическим "маякам", "читать" карту звездного неба и осуществлять по ней свои близкие и далекие странствия. Они способны, как установил известный тунисский мирмеколог Санчи, днем видеть звезды! Длинные узкие фасетки сложного глаза этих насекомых с одной-единственной светочувствительной клеткой на дне ученый образно сравнивает с глубоким колодцем, со дна которого человек днем, при свете Солнца, может увидеть звезды. Санчи даже написал философский трактат в стихах о маленьком муравье, заставляющем человека поднять глаза от Земли к великим мирам, проплывающим в небе...

Мы взяли в качестве примера лишь одну узкую область творчества природы - ориентацию и навигацию. Но на какое бы современное живое существо ни посмотрел сегодня пытливый глаз ученого или инженера, он обязательно найдет у него ту или иную оригинальную систему, устройство или механизм, которые представляют собой последние модели, сходящие со сборочного конвейера универсальной мастерской природы. И в подавляющем большинстве своем они далеко превосходят все то, что создано до последнего времени человеком. И в этом нет ничего удивительного: ведь у природы было несоизмеримо больше времени для творчества, нежели у человека. Фабрика жизни без устали работает по крайней мере 2,7 миллиарда лет, системы же технические создавались и улучшались только на протяжении нескольких тысячелетий существования развитой материальной культуры.

Живая природа с незапамятных времен служила человеку источником вдохновения в его стремлении к научному и техническому прогрессу. В течение всей своей истории человек учился у природы, копировал ее "изобретения", был самым прилежным ее учеником. Еще древнегреческий философ Демокрит (ок. 460-370 годов до н. э.) отмечал, что люди в своей изобретательской деятельности подражали природе. "От животных,- писал он, - мы путем подражания научились важнейшим делам, [а именно, мы - ученики паука] [подражая ему] в ткацком и портняжном ремеслах, мы ученики ласточек - в построении жилищ и певчих птиц, лебедя и соловья - в пении... Природа сама научает нас сельскому хозяйству..."*.

* ("Демокрит в его фрагментах и свидетельствах древности". М.- Л., Соцэкгиз, 1935, стр. 139.)

Это стремление подражать творчеству живой природы, созданным ею биологическим системам, нашло свое яркое выражение уже в первых орудиях труда, созданных человеком на заре его трудовой деятельности. Так, археологические данные о первых топорах показывают, что режущим элементом в них был острый камень, напоминающий естественный зуб медведя, то есть являлся прямым подражанием естественному образцу. Другой пример. Изучение хрусталика глаза в процессе хирургических операций натолкнуло врачей древности на мысль об использовании линз, изготовленных из хрусталя или стекла, для увеличения изображения. "Создание линзы,- отмечает Джон Бернал,- является первой попыткой расширить сенсорный аппарат человека... Линза стала прототипом телескопа, микроскопа... и других оптических приборов позднейшего времени. Если бы арабские врачи создали только оптику и ничего больше, то и в этом случае они внесли бы важнейший вклад в науку"*.

* (Дж. Бернал. Наука в истории общества. М., Изд-во иностр. лит., 1956, стр. 165.)

Начав с изучения внешней, наблюдаемой стороны творений природы, с копирования того, что было доступно непосредственно созерцанию, человек в дальнейшем стал вникать в сущность вещей и процессов окружающего мира, научился вскрывать их глубокие взаимосвязи, познавать законы природы и, опираясь на добытые знания, перешел к преобразованию познанных вещей и процессов в соответствии с запросами практики. Так, в области физики изучение многих основных принципов учения об электричестве было начато с исследования, так называемого животного электричества. В частности, знаменитые опыты итальянского физиолога XVIII века Луиджи Гальвани (1737-1798) с лапкой лягушки привели в конечном итоге к созданию гальванических элементов - химических источников электрической энергии. Французский физиолог и физик XIX столетия Жан Луи Мари Пуазейль (1799-1869) на основе экспериментальных исследований тока крови в кровеносных сосудах установил (в 1840-1841 годах) закон течения жидкости в тонких трубках.

И еще пример. Тысячи лет человек мечтал летать, как птица, и это вдохновляло его на создание бесчисленных проектов летательных аппаратов. В дошедших до нас трудах алхимика Иакова IV Шотландского, Джоана Домиана (ок. 1500 года), в тетрадях гениального художника, замечательного инженера, гидравлика и механика Леонардо да Винчи (1452-1519) можно найти множество схем, набросков, рисунков летательных аппаратов с машущими крыльями. Но все попытки построить летательный аппарат на принципе машущих крыльев птицы неизменно терпели неудачи. Изобретателям не хватало одной существенной детали - двигателя, достаточно легкого и мощного, чтобы приводить в движение крылья; в их распоряжении была только мышечная сила человека, заведомо непригодная для этой цели. Великий русский ученый Н. Е. Жуковский (1847-1921), анализируя полет птиц, открыл "тайну крыла", разработал методику расчета подъемной силы крыла, той силы, которая держит самолет в воздухе. Результаты изучения особенностей полета птиц ученый не замедлил использовать в начавшем развиваться отечественном самолетостроении. Его работа "О парении птиц" (1881 год) лежит в основе современной аэродинамики. Таких примеров успешно заимствованных человеком у живой природы замечательных идей, конструкторских, технологических и других решений, сыгравших выдающуюся роль в развитии ряда областей науки и техники, можно было бы привести еще десятки и сотни.