130. Бионика , её основные проблемы и задачи.
(от греч. biōn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Б. тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по Б., который официально закрепил рождение новой науки. Основные направления работ по Б. охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток - нейронов - и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика); исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей. Исследования нервной системы показали, что она обладает рядом важных и ценных особенностей и преимуществ перед всеми самыми современными вычислительными устройствами. Эти особенности, изучение которых очень важно для дальнейшего совершенствования электронно-вычислительных систем, следующие: 1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в которой она поступает (например, от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и других особенностей голоса и т.п.). 2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технических систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или нескольких деталей; при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется). 3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010-1011 объём мозга человека 1,5 дм3. Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в несколько сот, а то и тысяч м3. 4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает нескольких десятков вт. 5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности. Попытки моделирования нервной системы человека и животных были начаты с построения аналогов нейронов и их сетей. Разработаны разл типы искусственных нейронов. Созданы искуств "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия.
131. Принцип целесообразности в живой природе.
Одной из наиболее важных и сложных философских проблем современного естествознании является проблема взаимосвязи биологии и физики, физических и биологических идей и методов в познании сущности жизни, то есть физического и биологического уровней познания живой природы.
Уровней познания суть, очевидно, отражения структурных уровней материи, диалектика физико-химического и биологического в познании есть объективной диалектики неживой и живой природы. Поэтому методологической основой решения проблемы является диалектико-материалестическая концепция соотношения ступеней развития материй, созданная Энгельсом и развитая естествоиспытателями.
Анализ проблемы целесообразно начать с рассмотрения элементарного уровня - субклеточного, который непосредственно граничат с химическим макромолекулярным уровнем. Можно показать что ген, хромосома, все другие органоиды клетки суть целостные физико-химические системы. Так, ген – это комплекс пар нуклеотидов, хромосома система макромолекул ДНК и белка. Поскольку органеллы (комплексы макромолекул) взаимодействуют посредством физических электромагнитных и обменных сил, постольку и клетка сказывается целостной физико-химической системой, может быть как целое описана физикой и химией. о возможности такого описания свидетельствует и основная тенденция развития биофизики и биохимии, переходящих от описания элементов и процессов живого к описанию систем таких элементов и процессов , к объяснению биологических объектов как целого.
Вместе с тем ген хромосомы клетка выполняет биологические функции, обладают биологическими свойствами, которые суть выражения внутренней биологической определённости этих уровней живой материи, их биологического качества.
Таким образом, мы подходим к парадоксальному выводу; ген, хромосома, клетка, и последующие уровни живого это физико-химические целостности, которые могут быть описаны физикой и химией. С сзикой и химией.вни живого это физико-химические целостности которые могут быть описанны ами , которые суть выражения внутренне другой стороны, это биологические целостности, обладающие биологическим качеством, адекватно выразимо лишь в понятии биологии.
Одна из попыток решения этого парадокса состоит в признании того, чтофизическое, химическое и биологическое это лишь различные подходы к единому самому по себе объекту, это различие подходов, уровней познания дополняющих друг друга .
133. Самоорганизация как основа эволюции
Самоорганизации – процесс становления качественно нового, более высокого уровня развития системы. Многочисленные примеры самоорганизации в гидродинамических, тепловых и других физических системах, не говоря уже о системах живой природы, ученые замечали давно. Но в силу доминировавших в науке своего времени взглядов они попросту не замечали их либо старались объяснить с помощью существовавших тогда понятий и принципов. В большинстве реальных случаев приходится учитывать изменение систем во времени, т.е. иметь дело с необратимыми процессами. Впервые такие процессы стали изучаться в термодинамике, которая начала исследовать принципиально отличные от механических тепловые явления. Но понятие эволюции в классической термодинамике рассматривается совсем иначе, чем в общепринятом смысле. Очевидно, что для объяснения процессов самоорганизации необходимо было ввести новые понятия и принципы, которые бы адекватно описывали реальные процессы самоорганизации, происходящие в природе и обществе.
Наиболее фундаментальным из них является понятие открытой системы, которая способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Поскольку между веществом и энергией существует взаимосвязь, постольку можно сказать, что система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. В систему из внешней среды поступает свежая энергия, и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной или даже уменьшаться. Отсюда становится ясным, что открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, т.е. ее прежняя структура, разрушается. Между элементами системы возникают новые когерентные, или согласованные, отношения, которые приводят к кооперативным процессам и к коллективному поведению ее элементов. Так схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с диссипацией, или рассеянием, энтропии в окружающей среде.
134.Виртуальная реальность
Виртуальная реальность - высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в искусственный мир и непосредственно действовать в нем с помощью специальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами. При этом зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя заменяются их имитацией, генерируемой компьютером. Характерными признаками виртуальной реальности являются:
- моделирование в реальном масштабе времени;
- имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма;
- возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь. Использование компьютера требует от нас изучения не столько нового языка, сколько новой культуры. Некоторым людям эта идея кажется восхитительной, остальных одолевают страх и опасения. В настоящее время мы окружены океаном фактов. Их можно воспринимать не только как числовые ряды, но и как текст, образы, голос, музыку. Вообще, идея виртуального мира не нова. Она содержится уже в использовании объектно-ориентированного программирования, манипулятора "мышь" для создания изображений, графическом интерфейсе пользователя или компьютерных тренажерах для "безболезненного" испытания новых устройств. По некоторым данным, термин "виртуальная реальность" был придуман в Массачусетском Технологическом Институте в конце 1970-х годов, чтобы выразить идею присутствия человека в компьютерно создаваемом пространстве: идея интерактивности уже была в фокусе многих экспериментов в МТИ. Затем она перешла в Лаборатории Атари, где в начале 1980-х работали многие выпускники МТИ, а дальше получила распространение в индустрии компьютерных игр. Первый инструмент проникновения в виртуальную реальность дан нам от рождения - это мозг и его сенсорные рецепторы. Главным средством нашего восприятия является визуальная система. Остальные чувства помогают обрести нашему взгляду на мир полноту. У нас семь основных чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус, равновесие и ориентация. На наше восприятие влияют пересечения этих чувств, как, например, чувство движения (жеста), различающееся не только глазами, но и самим телом. Мозг интегрирует все получаемые им сигналы ото всех рецепторов и сопоставляет новые данные с теми, что уже имеются в нашей памяти. Диссонанс восприятия, когда сигналы разноречивы, может вызвать дезориентацию, растерянность и даже болезнь. Современная технология виртуальной реальности - это ответвление компьютерной графики, повлиявшей на все - от составления карт до телерекламы. Одна из разновидностей использования виртуальной реальности полного погружения называется телеприсутствием. Это идеально для работы с роботами, особенно в опасных условиях: в открытом космосе, в морских глубинах, в ядерной инженерии и т.п. Такой подход требует значительного развития тактильной и кинэстетической обратной связи. Уже сейчас он применяется в обучении, аттракционах, на научных конференциях и в другой пассивной деятельности. Применение виртуальной реальности в обучении и тренировках показывает, сколь велика может быть немедленная отдача от нее. Сравнительно недавно предложены концепции виртуальных библиотек и музеев. В качестве доступа к книгам и другой печатной продукции библиотеки будет использоваться телеприсутствие. Пользователь сможет перемещаться внутри визуального изображения книжных полок, находить то, что ему нужно, и сразу погружаться в чтение, а при наличии разрешения делать копии.