Что такое бионика

Давайте, читатель, мысленно совершим переход из павильона «Атомная энергия» Всесоюзной выставки достижений народного хозяйства в павильон Академии наук СССР. Здесь представлен биоточный манипулятор. В нем много общего с рычажным, но есть и принципиальное отличие — управление идет от биотоков. Для этого на руку оператора надевается браслет, электроды которого тесно соприкасаются с кожей на участке предплечья. Именно в этом месте расположены мышцы, вызывающие сгибание и разгибание пальцев руки человека. От браслета, тянется провод к искусственной кисти — манипулятору. Начнет оператор сгибать свою руку, и искусственная рука начнет точно такое же движение. Достигается это за счет того, что биотоки, возникающие в мышце, улавливаются браслетом, усиливаются и подводятся к искусственной руке.

На рис. 4 (вверху) показана блок-схема биоэлектрического управления. Она включает токосъем, усилитель, преобразователи, исполнительный орган (манипулятор). Преобразователь предназначен для того, чтобы определить, какое движение намерен выполнить оператор, и дать соответствующий импульс манипулятору. На рис. 4 (внизу) показана схема гидроэлектрического привода искусственной руки биоточного манипулятора.

Рис. 4. Биоэлектрический манипулятор и его гидроэлектрический привод.

Как же происходит процесс биоэлектрического управления? Чтобы лучше понять это, надо вспомнить, как осуществляется передача информации от нервных клеток к мозгу человека и приказов от пего мышцам. Главную роль в этом играют процессы нервного возбуждения. Нервные клетки (рецепторы), когда на них действует раздражение, «отвечают» сигналами. Причем здесь действует закон: все или ничего. То есть до тех пор, пока раздражение не достигнет некоторого порога, оно не вызывает возбуждения нервной клетки. Как только оно превысит это значение, по нервному волокну проходят импульсы. Эти импульсы направляются в мозг, сообщая информацию: «горячо», «тихо», «громко», «белое», «красное» и т. д.

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.