Титул

Оборот титула

Предисловие

ХХI век – век тесного сближения техники и живого организма во множестве сфер жизни: в здравоохранении это лечебно-диагностические приборы и компьютерные системы; в авиации и космонавтике – медико-биологическая аппаратура систем жизнеобеспечения и медицинского контроля, исследовательская аппаратура биоспутников; в человеко-машинных системах – биотехнические устройства терминалов ЭВМ; в робототехнике – бионические устройства роботов.

Биотехнические системы – особый класс больших систем, в которых биологические и технические элементы связаны в едином контуре управления, причем роль управляющего звена в них могут играть как технические, так и биологические звенья. Создание таких систем является сложной задачей, использующей целый арсенал отдельных приемов, методов и подходов, призванных найти применение природным принципам в вершинах современной конструкторской деятельности.

Идею применения знаний о живой природе для решения инженерных задач новой не назовешь: она принадлежит еще Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц – орнитоптер. На современном этапе появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о биоорганизмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.

Сегодня биотехника – актуальная для множества жизненных сфер и динамично развивающаяся область научного знания, стоящая на стыке биологии, физики, химии, кибернетики и инженерных наук – электроники, навигации, автоматики, систем связи. Курс теории биотехнических систем является профильным для специалистов и бакалавров, обучающихся по направлению «Биомедицинская инженерия», и изучается на старших курсах высших учебных заведений, что подразумевает наличие у студентов необходимых знаний по естественнонаучным и общеинженерным дисциплинам. Однако, учитывая серьезные объемы современных исследований в сфере нано- и биотехнологий, обеспечивающих внушительные темп развития биотехники, авторы учебника ставят перед собой задачу знакомства читателей лишь с основами теории по изучаемой дисциплине и наиболее интересными практическими примерами.

Робототехника в наши дни выглядит уже не фантастической и далекой мечтой, а активно реализуемой на производстве и стремительно внедряемой в быт человека инженерной реальностью. Строительные, авиационные, военные, космические и подводные роботы производятся в промышленных масштабах, обеспечивая стабильную работу многих современных предприятий. Но, несомненно, XXI век запомнится и как век становления бытовых и человекоподобных роботов. В первой главе читателю будет рассказано о бионических системах – промышленных аналогах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, – основу которых составляют системы управления движениями и сенсорные системы.

Развитие многих современных конструкций, с которыми приходится сталкиваться в быту и на производстве человеку, идет по пути эргономики – адаптации механизмов, исходя из физических и психических особенностей организма. Системам типа «человек-машина» с управляющим биологическим звеном посвящена вторая глава учебника.

Скорость передачи импульса в нервной системе организма составляет от 0,5 до 120 м/с, что в тысячи, миллионы раз медленнее скорости передачи информации в современных линиях связи. Как не удивительно, но именно этот «сравнительно медленный» процесс передачи нервных импульсов в теле человека взят за основу новейших математических моделей сетей. Построенным по принципам организации и функционирования биоэлектрических нейронным сетям, уникальным своей нелинейностью – способностью к обучению, посвящена, третья, заключительная глава учебника.

Таким образом, в учебнике, который предлагается изучающим основы специального конструирования, три главы, рассказывающие о разных типах систем с определенным набором биологических и технических звеньев. При этом для унификации подхода к описанию каждая из глав будет построена с учетом двух принципов. Первый предполагает рассмотрение каждой из биотехнических систем на трех уровнях: микроуровне (элементной базе), мезоуровне (отдельных устройств и приборов), макроуровне (системы и комплексы). Это позволит обеспечить ее четкую организацию и максимальное соответствие технических элементов психофизиологическим особенностям сопрягаемых с ними биологических элементов. Согласно второму принципу, для каждой из рассматриваемых систем будет применяться три типа описания: морфологический (анатомический), функциональный (структурный) и генетико-прогностический (описывающий историческое развитие). В результате внимательный читатель будет представлять стройную картину инженерно-биотехнической действительности.

Даже прочтение большого количества литературы вряд ли сможет дать обучающемуся необходимые сведения для самостоятельного создания сложных комплексов. Крайне важна для приобретения конструкторских навыков практика: решение задач, теоретических и изобретательских, изучение созданных ранее аппаратов, рассмотрение ярких идей, в том числе и признанных ошибочными. Скорее всего, прочитав книгу, вы не назовете себя специалистами в области биотехнических систем, но будете знать их теоретические основы и, возможно, «заразитесь» идеей гармоничного, близкого современному человеку будущего.

Коллектив авторов учебника