БИОНИКА И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
Архитектурно-дизайнерская бионика - новое явление в архитектурно-дизайнерской науке и практике. Сейчас, может быть, рано говорить обо всех ее возможностях, однако имеющийся практический опыт в этом направлении у нас и за рубежом открывает широкие горизонты решения различных, интересных архитектурных проблем с помощью патентов живой природы. Здесь и возможности поиска новых, функционально оправданных архитектурно-дизайнерских форм, отличающихся красотой и гармонией, и создание новых рациональных конструкций с одновременным использованием удивительных свойств строительного материала живой природы, и открытие путей реализации единства конструирования и создания архитектурно-дизайнерских средств с использованием энергии солнца, ветра, космических лучей. Но, пожалуй, наиболее важным ее результатом может быть активное участие в создании условий сохранения живой природы и формировании гармоничного ее единства с архитектурой.
Было бы неправильно думать, что это направление может подменить основную стратегическую линию развития советской архитектуры и дизайна. Однако архитектурно- дизайнерская бионика может превратиться и в сильное средство, с помощью которого будут решаться различные, важные задачи советской архитектуры. И здесь средства не лишаются своего лица, они могут оказать сильное влияние на архитектуру и дизайн - ее формы, функциональные решения, гармонию форм. Об этом говорят и архитектурно-дизайнерские примеры, в которых были использованы законы живой природы: Останкинская радиотелевизионная башня в Москве, Олимпийские объекты - велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно- зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г.
Фрунзе - ресторан «Бермет» и др.
Однако в связи с тем, что живая природа не имеет национальной специфики, возникает один важный вопрос: не может ли перенесение закономерностей формообразования живой природы в архитектуру снивелировать национальные черты архитектуры и дизайна, о необходимости которых сейчас говорят все больше и больше в связи с желанием преодолеть однообразие, внесенное в архитектуру и дизайн индустриализацией строительства. На этот вопрос можно ответить следующим образом.
Биогеосфера, или природный ландшафт приобретает, как правило, национальный характер. Он почти безошибочно узнаваем для определенных географических точек мира;
его знают и поэтому не случайно ассоциируют с развитием национальных особенностей тех или иных стран. С биогеосферой, включающей характерные формы живой природы, рельеф земной поверхности, побережий морей, рек, озер, их цветовую гамму, зодчие всегда старались связать архитектуру и дизайн.
Однако современные аспекты связи архитектуры с живой природой, определяемые архитектурной бионикой, претерпели большие изменения по своему существу, не говоря уже об их техническом «оформлении». Они могут доходить до использования в архитектуре и дизайне не только принципов формообразования, но и технологии функционирования живой
природы. Например, технологии некоторых производств, и особенно связанных с биохимией, могут быть эффективно организованы по аналогии с биохимическими процессами, происходящими в живых организмах. Не исключено также совершенствование системы функциональных связей в жилых районах и в городах на основе изучения энерготехнических законов живой природы, принципов ветвления равновесного взаимодействия биомасс в популяциях и т.д.
Особую остроту архитектурная бионика приобретает в решении задачи, поставленной временем в условиях научно-технического прогресса - сохранения окружающей среды.
Среди возникших в 60-е годы синтетических междисциплинарных наук бионика занимает особое место, поскольку ее методология обусловливает самое тесное сотрудничество ученых и специалистов-биологов с научными работниками и инженерами, деятельность которых направлена на решение технических прикладных задач.
Именно бионический подход к изучению живой природы и, прежде всего морфологии, экологии и физиологии живых организмов, их элементов и популяций, оказывается весьма продуктивным при решении комплексных проблем научно-технического прогресса.
Естественно, что наиболее важными из них являются те, от успешного решения которых зависит повышение созидательной способности человеческого общества и улучшение условий его обитания на земле. К ним прежде всего относятся:
- повышение производительности и эффективности труда во всех сферах деятельности человека;
- расширение сырьевой, энергетической и продовольственной базы, в частности путем освоения мирового океана;
- синтез новых органических материалов;
- продление жизни человека с помощью автоматизации массовых профилактических мероприятий и прогнозирования эпидемий;
- продление трудовой деятельности, путем создания технических средств для компенсации утраченных функций организма и разработки автоматизированных биоуправляемых протезов, органов и конечностей;
- разработка методов и технических средств для нормализации состояний человека в условиях производства и особенно в экстремальных ситуациях, не свойственных для жизни на земле; создание научной и технической базы для разработки вычислительных средств искусственного интеллекта, способного осуществлять функции управления в условиях нестандартной вероятностной среды;
- разработка методов и технических средств для синтеза, систем повышенной эффективности и надежности с оптимальным распределением функций между человеком и машиной, адаптирующихся к изменению решаемых задач и состоянию внешней среды;
- разработка новых средств связи, ориентации, навигации и транспорта, включая космические и подводные корабли;
- разработка мероприятий по охране природных богатств и оздоровлению окружающей человека среды;
- исследование живых организмов и условий их обитания на Крайнем Севере, в пустыне, на глубинах морей и океанов с целью разработки адаптированных к этим условиям сооружений путем внедрения нетрадиционных архитектурных и строительных решений.
Анализ этого, не претендующего на исчерпывающую полноту перечня основных задач научно-технического прогресса, показывает, что ни одна из них не может быть решена без широкой консолидации ученых и специалистов самых различных отраслей знаний. Без объединения биологических и технических наук с использованием современного математического аппарата и методологии, развиваемой бионикой.
Возникновение бионики - одно из наиболее ярких проявлений общей тенденции развития научных исследований, характерных для второй половины нашего столетия; наряду
с продолжающейся дифференциацией наук началась их интеграция, взаимное проникновение и, наконец, слияние и объединение.
Известно, что таким великим достижениям науки и техническим реализациям, как оптическая линза, химические источники электричества, закон сохранения и превращения энергии, основы аэродинамики, принципы эхолокации и многие другие, человечество обязано в своей основе глубокому изучению живых организмов и явлений в живой природе.
Однако, несмотря на то, что человечество пытается воспроизвести достижения живой природы со времен далекой древности, бионика как наука возникла только теперь, в 60-е годы XX в.
Закономерность возникновения бионики в наше время обусловливается наличием трех факторов:
Первый из них - острая взаимная потребность в тесном взаимодействии, обмене опытом, научной информацией и идеями представителей биологических и технических наук при решении задач, свойственных этим наукам.
Второй фактор - необходимость решения задач, стоящих на грани этих наук, таких, как протезирование органов, объективный контроль за состоянием организма человека в условиях космических полетов, глубоководных погружений, инженерно-психологическое проектирование систем «человек- машина» и др.
Третьим фактором явилось то, что именно к середине нашего столетия были уже накоплены определенные знания в области изучения структуры и функционирования живых организмов, разработаны основные методы их изучения, а также появилась научная и техническая база, необходимая для постановки этих исследований.
Исследования, выполненные в последние годы ведущими коллективами в ряде передовых стран, подтвердили особую эффективность бионического подхода при решении прикладных инженерных задач в самых актуальных направлениях техники.
Для бионического подхода характерно исследование именно тех особенностей строения и функционирования живого организма, которые необходимы и достаточны для решения конкретных задач синтеза систем определенного назначения. Таким образом, современная бионика категорически отвергла принцип слепого копирования, некритического воспроизведения живой природы в технических аналогах и приняла метод функционального моделирования, базирующийся на требованиях изоморфизма технических систем их биологическим прототипам.
Например, те, кто пытаются решить задачу создания промышленных роботов не бионическим путем, не способны подняться выше задачи автоматизации станочных линий по жестким ограниченным программам. И наоборот, синтез интегральных роботов, способных собирать и анализировать информацию о внешней среде, а также принимать решения и управлять своим поведением в достаточно сложной реальной обстановке, вполне возможен и продуктивен на базе функционального моделирования сенсорных и эффекторных систем живого организма.
Развитие бионической методологии пошло в последние годы по пути перехода от изучения элементов биологических систем к более сложным исследованиям их комбинаций, связей и взаимодействия.
Действительно, в последние годы перед бионикой возникли принципиально новые задачи по изучению свойств биологических объектов с целью их адекватного сопряжения с техническими устройствами в единые биотехнические системы. Эта проблема была сформулирована нами как синтез биотехнических систем (БТС) и требовала разработки своей теоретической базы и специфической методологии. Небезынтересно отметить, что о необходимости возникновения биотехнических систем писал еще в 1964г. Норберт Винер:
«В наше время мы остро нуждаемся в объективном изучении систем, включающих и биологические и механические элементы. К оценке возможностей этих систем нельзя подходить предвзято, т.е. с позиции механистического или антимеханистического толка. Я думаю, что такие исследования уже начались и что они позволят лучше понять проблемы
автоматизации». Действительно, в то время уже начались первые работы по созданию биотехнических систем на базе бионических исследований: биоуправляемые протезы руки и автоматизированные системы искусственного дыхания и кровообращения.
Одним из особо важных направлений в наши дни становятся бионические исследования, направленные на освоение природных ресурсов Мирового океана. Природные богатства в виде нефти, горючего газа, полезных ископаемых и продуктов питания, скрытые огромными толщами воды, требуют создания специальных технических систем и комплексов, приспособленных к новой, не свойственной, для человека среде обитания.
Подводные работы, снабженные техническими сенсорными системами, различные обитаемые и необитаемые подводные аппараты в какой-то мере уже сегодня используют конструктивные и функциональные решения, отобранные в результате эволюционного развития отдельных видов живых обитателей морей и океанов. Однако до сих пор остается открытым целый комплекс вопросов, связанных с созданием подводных сооружений - своеобразной подводной архитектуры, для обитания человека на континентальном шельфе, а также для складирования материалов и технических средств, необходимых при освоении отдельных районов Мирового океана. Это прерогатива архитектурной бионики, которая успешно развивается в наши дни в ряде ведущих стран усилиями энтузиастов этого научного направления.
Перспективность бионического подхода при создании подводных конструкций, и особенно при решении архитектурно-строительных задач, подтверждается такими свойствами живых организмов, как:
- экономность в расходовании «живого строительного материала» при полной адекватности и гармонии формы, состава материала и конструкции опорно-двигательного аппарата;
- многофункциональность конструктивных решений (например, плавники некоторых видов рыб сочетают функции движителя, руля и стабилизатора);
- технология развития всех органов и систем в едином масштабе времени;
- зависимость и ограниченность долговечности материалов и конструкций от предельного срока жизни данного живого организма;
- широкая возможность к регенерации в случае аварийных ситуаций, - эстетическая адекватность подводному экстерьеру.
Естественно, что на пути дальнейшего развития бионики сегодня лежат значительные преграды, которые могут и должны быть преодолены совместными усилиями ученых различного профиля и инженеров совместно с организаторами науки и образования.
Наибольшие осложнения в постановку бионических исследований вносит сам объект изучения - живой организм. В зависимости от иерархического уровня сложности биологическая система представляет собой совокупность взаимосвязанных систем автоматического регулирования, функциональная схема соединений которых обеспечивает организму необходимую устойчивость при воздействиях различных факторов внешней среды.
Архитектор-дизайнер и строитель, выбирая то или иное решение для построения сооружения, например, батискафа для временного пребывания акванавтов или жилого дома, в котором будет жить семья, заранее должен прогнозировать, какое управляющее воздействие на состояние и поведение человека может оказать то или иное выбранное им решение. Таким образом, принцип адекватности, являющийся основным при сочленении живого организма с аппаратом искусственного дыхания и кровообращения в единую биотехническую систему, остается в силе и при проектировании конструкций и устройств, обеспечивающих оптимальные условия обитания человека с учетом возложенных на него профессиональных функций или условий для реабилитации и отдыха. Естественно, что расширение задач бионики и развитие ее методов требует уточнения формулировки предмета бионики как науки.
На основании высказанных соображений представляется целесообразным считать, что предметом бионики является исследование структуры и функционирования биологических объектов различной сложности - от клеток до живых организмов и их популяций с целью создания новых более совершенных технических устройств и синтеза биотехнических комплексов, оптимально использующих свойства биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения.
В заключение еще раз необходимо отметить исключительную важность постоянного взаимного обмена всеми видами информации. И в первую очередь регулярных и планомерных международных встреч ученых и специалистов, работающих в области бионики и, в частности, одного из ее перспективных разделов - архитектурной бионики, как по отдельным ее проблемам и направлениям, так и по принципиальным вопросам ее развития в системе смежных наук. Сегодня со всеми основаниями мы можем отметить, что результатами объединенных усилий специалистов-биоников, наконец, сломан лед недоверия и скепсиса, и наша молодая наука, как корабль, очищенный ото льда, выходит на чистую воду.
И хочется пожелать этому кораблю счастливого плавания!
С.А.Сагинтаева,