Георгий Кубанский - «На суше и на море» 1962
У многих животных, рыб и насекомых удивительно развита чувствительность к запахам. Собака, например, различает нужный ей запах в «букете», составленном из нескольких сот различных ароматов. Самцы одного из видов бабочек — павлиний глаз, — по-видимому, находят самку по запаху веществ, выделяемых ее железами, даже если она находится в десяти-пятнадцати километрах. Пчелы чувствуют запах меда, находящегося в герметически закрытой банке.
Физическая природа запахов установлена лишь недавно. Согласно последней гипотезе, предполагают, что запах, присущий тому или иному веществу, объясняется характерными для этого вещества низкочастотными колебаниями его молекул или частей молекул. При этом вибрирующие молекулы излучают электромагнитные волны длиной от 8 до 14 микронов, которые воспринимаются и регистрируются органами обоняния. Таким образом, поразительная чувствительность к запахам у животных и насекомых объясняется тем, что их органы обоняния — это своего рода великолепные радиоприемники, обладающие тонкой настройкой, способные принимать и анализировать электромагнитные колебания невообразимо ничтожной мощности.
Как пригодились бы человеку такие чувствительные устройства! Ведь с их помощью химики, скажем, могли бы быстро и точно производить сложнейшие анализы различных веществ и смесей, астрономы, быть может, определили бы, не покидая своих обсерваторий, химический состав атмосфер других планет нашей Солнечной системы, врачи получили бы, пожалуй, возможность, контролируя обмен веществ в организме, ставить диагноз болезни, едва она наметится.
А ориентация рыб и водных животных с помощью обоняния, способность их улавливать запахи в воде? Ведь это означает возможность радиосвязи под водой! Надо думать, существует какой-то диапазон электромагнитных колебаний, которые не поглощаются водой или же поглощаются незначительно. Не подскажет ли природа инженеру, какие длины волн для этого подходят? Нельзя ли заимствовать у нее схемы чувствительных устройств, воспринимающих запахи?
Впрочем, не менее интересны для инженера и другие созданные природой «устройства», с помощью которых обеспечивается функционирование тех или иных органов чувств: слуха, зрения и других. Какую зависть у инженера вызывают, например, такие «приборы», как глаза — глаза насекомых, птиц, пресмыкающихся, рыб и других живых существ. Оказывается, многие насекомые воспринимают ультрафиолетовый свет, особые глаза глубоководных кальмаров способны воспринимать инфракрасные лучи, человеку же удается краешком глаза «заглянуть» в эти области электромагнитного спектра лишь с помощью сложных и несовершенных приборов. Но инженеры считают сейчас, что, «проконсультировавшись» у природы, они смогут в недалеком будущем создать особые устройства, своего рода искусственные органы зрения, которые дадут человеку возможность значительно увеличить объем получаемых им зрительных восприятий.
Прогулка по музею изобретений природы лишь началась, а сколько замечательного мы уже увидели! К сожалению, невозможно хотя бы перечислить все созданные ею системы, к которым с интересом присматриваются сейчас инженеры. Упомянем лишь еще о нескольких загадках, над которыми бьются сегодня бионики. Это прежде всего принципы ультразвуковой локации летучих мышей, дельфинов, термолокации гремучих змей, принципы действия «антенн» у бабочек, системы ориентации водных животных на основе обоняния, устройство и работа «фабрик» в клетках зеленого листа, наконец, устройство и работа человеческого мозга, механизм кодирования информации в нем, структура памяти, схемы выработки программ поведения, вопросы, связанные с тем, как осуществляется обучение, как осуществляется контроль над исполняющими органами.
Впрочем, об этом следует рассказать несколько подробнее.
КИРПИЧИКИ И БЛОКИ МОЗГАМы уже говорили о том, что с точки зрения кибернетики мозг — это некое счетно-решающее устройство, обладающее огромной памятью, экономичное и надежное. Особенно уникален мозг человека. Вот его основные «технические данные»: вес около полутора килограммов, емкость памяти равна примерно 10 триллионам знаков, состоит он из 14 миллиардов «кирпичиков» — нейронов, потребляемая им мощность составляет несколько десятков ватт.
Насколько паша техника близка к тому, чтобы создать счетно-решающее устройство с подобными же характеристиками?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно подумать сначала, из каких элементов, из каких «кирпичиков» мы будем его строить. Электронные лампы — основной элемент большинства современных вычислительных машин — явно не подходят. Лучшие из этих машин весят в сотни тысяч раз больше, чем мозг человека, во столько же раз «примитивнее» его (если исходить из числа основных элементов) и во столько же раз требуют больше энергии.
Но может быть, нас устроят малогабаритные полупроводниковые элементы? Увы, тоже нет. Несколько лет назад в одном из американских изданий был приведен любопытный расчет. Оказалось, что для создания «памяти», состоящей всего лишь из миллиона попарно связанных между собой полупроводниковых элементов, нужно создать устройство невообразимых размеров, которое потребляло бы мощность около 100 миллионов ватт! А ведь в мозге человека таких элементов свыше 10 миллиардов, и соединены они не попарно, а много сложнее!
Кроме того, и электронная лампа, и полупроводниковый элемент — это просто реле, или выключатели. Устройство нейрона — основного элемента мозга — значительно сложнее. Вычислительные машины, состоящие из ламп или полупроводников, не смогут конкурировать с мозгом, какими громоздкими они ни были бы.
Единственный выход — строить счетно-решающие устройства на основе тех или иных аналогов нейронов. Именно в этом направлении сосредоточены сейчас усилия многих ученых-биоников. И хотя свойства нейрона изучены не до конца, удалось создать несколько его моделей, которые по своим характеристикам приближаются к «кирпичику» живого мозга.
Искусственный нейрон — это преобразователь с двоичным «выходом» и несколькими «входами». Один из видов таких нейронов, так называемый артрон, взят за основу разрабатываемых сейчас познающих, самоорганизующих систем. У него два «входа» — поощряющий и наказывающий. Это позволяет «наказывать» машину, если она, действуя наугад, сделает что-то неправильное, и «поощрять» ее, когда она случайно же сделает это верно. В результате машина приобретает определенные, требуемые от нее «навыки». Такие машины получили название персептронов. Первая из них, знаменитый «Марк I», созданный в 1960 году, после пятнадцати «уроков» безошибочно опознавала любую букву алфавита. «Видел» он ее «глазом», построенным из 400 фотоэлементов. Однако такие системы могут работать не только от оптических импульсов. Несложно заставить ее, например, опознавать звуки и преобразовывать их в сигналы, управляющие, скажем, пишущей машинкой.
