Классификация биотехнических систем и технологий

1. Биотехническая система представляет собой совокупность биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения, позволяющая оптимально сочетать положительные качества составных элементов различной физической природы при взаимной компенсации их недостатков.

2. (Рисунок)

3. Применяются в практической медицине и биологии, в экологии, в агротехническом комплексе и сельском хозяйстве, в науке и производстве.

4. По характеру основной целевой функции: Биотехнические системы эргатического типа (БТС с человеком-оператором в качестве управляющего звена) (БТС-Э); Биотехнические системы медико-биологического назначения (БО как объект исследования и управления) (БТС-МБ); Биотехнические системы целенаправленного управления поведением целостного организма (БТС-У); Биотехнические измерительно-вычислительные системы (БТИВС).

5. Биотехнические системы эргатического типа (БТС с человеком-оператором в качестве управляющего звена) (БТС-Э); Биотехнические системы медико-биологического назначения (БО как объект исследования и управления) (БТС-МБ); Биотехнические системы целенаправленного управления поведением целостного организма (БТС-У); Биотехнические измерительно-вычислительные системы (БТИВС).

6. Это такие системы, в которых главная задача человека - выполнение функций управляющего звена, отвечающего за выбор целей, надежность и качество функционирования технической части системы. Оптимальная БТС-Э должна обладать свойством «суперадаптивности», за счет двух контуров внешней и внутренней адаптации. Определяющей становится ответственность ЧО за качественную реализацию технологических процессов по но сложный процесс целеобразования и необъяснимое до конца влияние мотивации и эмоционального состояния на качество принимаемых решений, приводящее к неоднозначности поведения человека при одних и тех же внешних условиях, поэтому его присутствие в любой системе придает ей свойство вероятностной очень сложной системы.

7. Тканевом, при изучении процессов метаболизма в организме человека и определении энергозатрат в процессе деятельности. Органном, при бионических исследованиях органов восприятия для оптимального сопряжения их с тех элементами информационных каналов. Организменном, при исследовании ЧО в процессе управлении им динамическими объектами. Популяционном, при разработке методов управления популяцией живых организмов с целью организации их целенаправленного поведения, на пример группой операторов у условиях групповой деятельности, консилиумов спецов и тд, и тп.

8. После подготовительного этапа (создание модели БТС с математической моделью БО) необходимо решить две группы задач: управленческое согласование характеристик БТС, информационное согласование.

9. 1-ый этап – характеристик ОУ с соответствующими показателями организма ЧО как управляющего звена системы (этап «управленческого» согласования); 2-ой этап – структурной организации каналов информационного обмена, согласующих характеристики ЧО и ОУ (этап «структурного» согласования); 3-ий этап – потоков информации, поступающих к ЧО от технических элементов системы (этап «информационного» согласования); 4-ый этап – требований к психофизиологическому портрету «идеального» ЧО для системы данного класса, и рекомендаций по профессиональному отбору, обучению, тренировке операторов для обслуживания систем данного класса (этап «психофизиологического» согласования).

10. Предназначены для обучения и тренировок ЧО. В процессе работы человека регистрируются данные, количественно характеризующие его деятельность и психофизиологическое состояние, которое позволяет оценить стоимость результата деятельности.

11. БТС-МБ назначения предназначены для использования при решении медицинских и биологических задач. В кач-ве ОУ выступают биологические объекты – организм и биоматериалы различного происхождения.

12. БТС медицинского назначения, БТС биологического эксперимента и БТС аналитического назначения.

13. Любые эксперименты с БО позволяют получить новую информацию о них, из которой возможно сделать выводы о каких-либо свойствах объекта. Таким образом, любой эксперимент с БО является исследованием.

14. Оценка процессов жизнедеятельности в разных условиях существования организмов; Поиск оптимальных условий для жизнедеятельности и ускоренного развития организмов; Исследование влияния факторов внешней среды на состояние организма животных, растений; Разработка и исследование последствий использования новых перспективных методов диагностики и лечения, лекарственных препаратов, пищевых добавок и т. д.

15. Для того, чтобы изучать вещества, которые вовлечены в биологическое процессы. Эти вещества либо непосредственно связаны с функционированием организмов (из внутренней среды организма), либо являются внешними по отношению к организму (материалы из окружающей организм среды).

16. Контроль состояния живого организма, включенного в контур управления БТС-У, необходим для определения адекватности управляющих воздействий и режима функционирования всей БТС; Выбор управляющих воздействий в зависимости от характера его поведенческих реакций требуют различных воздействий для поддержания заданного состояния; Создание мотивационных стимулов для поддержки желания животного перейти из одного состояния в другое.

17. Основное отличие – использование сюжетных изображений (т. е. содержащих информацию) как основного вида воздействия на человека, на которое он реагирует, предпринимая определенные операции с этим изображением.

18. Это технологии, обеспечивающие разнообразные потребности живых систем, а также включающие операции с любыми биологическими объектами с применением технических средств. Специальный термин используется для того, чтобы подчеркнуть взаимодействие живых систем и технических средств.

19. Технологии управления сложными техническими комплексами; Технологии управления функциями организма; Технологии управления поведением популяций живых организмов; Дистанционные технологии; Технологии, которые используются в народном хозяйстве; Технологии обучения, с применением интеллектуальных технических комплексов; Технологии экологического контроля состояния среды обитания человека.

20. Биотехническая система представляет собой совокупность биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения. Биотехническая технология - технологии, обеспечивающие разнообразные потребности живых систем, а также включающие операции с любыми биологическими объектами с применением технических средств.

Эти понятия объединяет то, что главными составляющими в них являются живые системы, а также технические средства, которые тем или иным образом взаимодействуют с ними.

21. Мед технологии – совокупность и порядок различных мероприятий, методов диагностики, лечения, реабилитации, профилактики, необходимых для достижения конкретным мед рез-тов, сохранения жизни человека, поддерживания его здоровья, обеспечения его высокой трудоспособности и высокой жизнедеятельности.

22. Теперь термин включает: Постановку диагноза и последующее лечение путем управления состоянием организма для его нормализации методами дискретных или непрерывных лечебных воздействий; Временную или длительную компенсацию утраченных функций органов или физиологических систем живого организма; Раннюю диагностику предпатологических состояний; Оценку работоспособности и утомления; Поддержание уровня здоровья и его объективную оценку; Определение уровня физической тренированности и готовности к спортивному состязанию; Проведение специальных тренировок для выполнения работы в экстремальных условиях; Контроль физиологической «стоимости» овладения навыками работы в определенной профессии.

23. Технологии обучения связаны с проблемами быстрого освоения накопленных человечеством знаний. Такие технологии способны определять уровень подготовки претендента и организовывать процесс обучения. Они необходимы, например, для определения профессиональной пригодности человека и организации тренировки профессионально важных качеств. Технологии экологического контроля состояния среды обитания человека, ориентированные на измерения параметров среды обитания человека и, по возможности, на управление состоянием среды (технологии контроля качества воды, воздуха, почвы), а также процессы дезактивации этих фрагментов. К технологиям типа БТТ их следует относить потому, что для выбора контролируемых параметров, а тем более для управления средой, необходимы знания: о реакциях организма на внешние факторы, подверженности природной среды целенаправленным внешним воздействиям и другие, без которых решать такие задачи невозможно.

24. Принцип обработки основных потоков информации специализированными периферическими системами. Эти системы минимизируют объем инфы и перекодируют ее в форму соответствующую для восприятия головным мозгом оператора, те осущ-ет процедуру оптимальной фильтрации. Информация перераспределяется по различным сенсорным воспринимающим входам только по запросам из управляющего центра системы. Основные элементы системы обмениваются информацией, что позволяет осуществлять процедуры внешней и внутренней адаптации. В основу адаптивных программ технических органов восприятия, распределителей и преобразователей информации закладываются результаты бионических исследований сенсорных систем организма человека с последующей формализацией их характеристик и построением соответствующих математических моделей. При синтезе эффекторных подсистем БТС реализуются результаты бионических исследований процессов деятельности человека как управляющего звена, получившие техническое воплощение в адаптивных органах управления. Для установления связи между режимами функционирования воспринимающих систем и состоянием организма оператора исследуются психофизиологические корреляты, которые используются при выборе режимов работы технических средств. Принцип качественных оценок ситуации с последующим уточнением с помощью относительных измерений и сравнения с выбранным эталонным порогом. Вводится специальный контур регенерации системы, управляемый системой текущей диагностики состояний психофизиологических характеристик организма ЧО.

25. Схема:Цель; Средства достижения цели; Последовательность реализации цели; Структура системы; Оценка качества достижения; Коррекция действий; Подтверждение достижения; формирование Новых целей. Что известно: Назначение; Связь воздействий с возможными реакциями; Набор узлов и элементов из которых строится система; Опыт предыдущих; Условия эксплуатации; Ограничения, требования к обслуж персоналу и т.д. Что должно быть сделано: Построена и обоснована структура; указаны функциональные связи между основными узлами; Определен набор узлов и элементов с определением их характеристики; Определены условия эксплуатации; Учтены ограничения и опред требования к обслуж персоналу.т.д.

26. Что должно быть сделано: Построена и обоснована структура; указаны функциональные связи между основными узлами; Определен набор узлов и элементов с определением их характеристики; Определены условия эксплуатации; Учтены ограничения и опред требования к обслуж персоналу.т.д.

27. Недетерминированность с точки зрения однозначности связей между входами и выходами системы, исключающие возможность ее исследования методами «черного ящика». Нелинейность, не позволяющая прямое использование классических методов теории автоматического регулирования. Многосвязность, затрудняющая постановку чистого эксперимента на изолированном органе или системы, а также создающая большие сложности при построении структуры функциональных моделей живого организма.

28. Одним из важных условий выживаемости биологического объекта является наличие особых свойств и физиологических механизмов, позволяющих ему приспосабливаться к изменению многих факторов. В качестве функциональной модели БТС принимаются модели нервной системы высших позвоночных и, прежде всего, центральной нервной системы человека.

29. Проблема «согласования живого с неживым» носит фундаментальный характер. Оценка процессов жизнедеятельности в разных условиях существования биологического организма, изучение предельных возможностей живого организма различного уровня сложности, поиск оптимальных условий для жизнедеятельности и ускоренного развития различных организмов, разработка методов выявления интеллектуальных способностей у человека и методик их быстрого развития, исследование влияния факторов внешней среды на состояние организма человека и животных, разработка и исследования последствий использования новых методов диагностики и лечения.

30. Развитие диагностической, аналитической, терапевтической, хирургической, реанимационной, реабилитационной, психологической техники, техники экспресс-диагностики, техники биологического эксперимента, техники научных исследований.

31. Синтез биотехнических систем самого различного назначения независимо от уровня сложности их структуры осуществляется на основе бионической методологии. При этом внимание исследователей акцентируется на постоянном обмене информацией не только между макросистемой и внешней средой, но также и на непрерывной адаптации отдельных органов и подсистем целостного организма друг к другу и к техническим устройствам, через которые организм подключается к БТС. Этими особенностями объясняется высокая функциональная надежность живых организмов. При этом одним из непременных условий выживаемости биологического объекта независимо от сложности его организации является наличие особых свойств и физиологических механизмов, позволяющих ему приспосабливаться к изменению многих факторов, например, внешней среды и условий обитания. В некоторых случаях такие процессы усложняют решение медицинских задач.

32. Рассмотрение любых объектов как целостных систем и как элементов некоторой внешней для них системы – метасистемы.

33. В качестве элементов могут рассматриваться здание с инженерными коммуникациями, приемный покой, регистратура, больничные палаты, специализированные отделения и т.п. Качество функционирования любой системы в целом зависит от качества функционирования ее элементов.

34. 1.Принцип обработки основных потоков информации специализированными периферическими системами. 2.Эти системы минимизируют объем инфы и перекодируют ее в форму соответствующую для восприятия головным мозгом оператора, те осущ-ет процедуру оптимальной фильтрации. 3.Информация перераспределяется по различным сенсорным воспринимающим входам только по запросам из управляющего центра системы. 4.Основные элементы системы обмениваются информацией, что позволяет осуществлять процедуры внешней и внутренней адаптации. 5.В основу адаптивных программ технических органов восприятия, распределителей и преобразователей информации закладываются результаты бионических исследований сенсорных систем организма человека с последующей формализацией их характеристик и построением соответствующих математических моделей. 6.При синтезе эффекторных подсистем БТС реализуются результаты бионических исследований процессов деятельности человека как управляющего звена, получившие техническое воплощение в адаптивных органах управления. 7.Для установления связи между режимами функционирования воспринимающих систем и состоянием организма оператора исследуются психофизиологические корреляты, которые используются при выборе режимов работы технических средств. 8.Принцип качественных оценок ситуации с последующим уточнением с помощью относительных измерений и сравнения с выбранным эталонным порогом. 9.Вводится специальный контур регенерации системы, управляемый системой текущей диагностики состояний психофизиологических характеристик организма ЧО.

35. Внешний контур позволяет БТС выполнять свою целевую функцию в условиях переменных воздействий внешних факторов (например, изменения расположения взаимодействующих с системой динамических объектов и т. п.). Внутренний контур позволяет элементам БТС взаимно адаптироваться к изменению состояния друг друга, вызванного воздействием внешних и внутренних факторов.

36. две задачи: 1) снабжение живой составляющей БТС информацией, необходимой для ее нормальной жизнедеятельности; 2) обеспечение обмена информацией между технической и биологической частями системы.

37. Эффект суперадаптивности БТС, обеспечивается наличием двух контуров адаптации – внешнего и внутреннего.

38. Принцип адекватности, требующий согласования основных конструктивных параметров и «управленческих характеристик» биологических и технических элементов БТС. Принцип единства информационной среды, требующий согласования свойств информационных потоков, циркулирующих между техническими и биологическими элементами в афферентных, так и в эффекторных цепях БТС.

39. Синтез биотехнических систем самого различного назначения независимо от уровня сложности их структуры осуществляется на основе бионической методологии. При этом внимание исследователей акцентируется на постоянном обмене информацией не только между макросистемой и внешней средой, но также и на непрерывной адаптации отдельных органов и подсистем целостного организма друг к другу и к техническим устройствам, через которые организм подключается к БТС. Этими особенностями объясняется высокая функциональная надежность живых организмов. При этом одним из непременных условий выживаемости биологического объекта независимо от сложности его организации является наличие особых свойств и физиологических механизмов, позволяющих ему приспосабливаться к изменению многих факторов, например, внешней среды и условий обитания. В некоторых случаях такие процессы усложняют решение медицинских задач.