Насколько мощно технологии могут расширить наши познавательные способности? Чем они могут нам помочь и могут ли они нас со временем заменить? На самом деле, идея сделать человека из подручных материалов далеко не нова. Достаточно вспомнить русские сказки и другие литературные произведения и наблюдать, как Русалка превращается в очаровательную девушку, лягушка посредством поцелуев трансформируется в Царевну и т.д.
Особо крут профессор Преображенский, сотворивший человека из обычного бродячего пса, однако булгаковский персонаж-экспериментатор, в конечном итоге, признал, что женщины справляются с задачей воспроизводства людей гораздо лучше.
Казалось бы, на этом фантазии насчет альтернативных способов продолжения людского рода должны были бы исчерпаться. Но нет, как раз наоборот, фантазии становятся реальностью. И сегодня мы слышим то про человекоподобных роботов, то про искусственный интеллект, у которого есть душа и способность к саморазвитию, то про чипизацию всего человечества.
А то и вовсе звучат идеи сделать «протез человека» по образу и подобию того, как уже начали делать бионические протезы конечностей, но только протез сразу всего человека вместе с туловищем, внутренними органами, мозгом и, конечно, бионическим сознанием. Возможно ли это?
Тут было бы корректнее спросить не насчет «возможно», а по поводу «зачем». В принципе, цель любого прогресса – вывести познавательные способности человека на качественно новый уровень, узнать, что там за сегодняшними границами познания, и поставить новые знания себе на службу.
Первый шаг к своим границам возможного вы можете сделать вместе с нами на наших программах «Когнитивистика» и «Лучшие техники самообразования». А сегодня мы поговорим про бионическое сознание и то, как технологии могут расширить познавательные способности человека.
Бионика: что это такое?
Коль скоро мы заговорили про бионическое сознание, самое время разобраться, что такое бионика. Это прикладная наука о применении принципов организации, свойств, функций и структур живой природы в технических устройствах и системах. Бионика – это междисциплинарная область исследований и разработок, которая использует принципы и методы, заимствованные из живой природы, для создания новых технологий и решения различных инженерных задач.
Основная идея бионики заключается в том, чтобы изучать и понимать биологические системы, структуры и процессы в природе, а затем применять полученные знания для создания новых технологий и усовершенствования существующих. Это может включать в себя механизмы подражания природным формам, процессам и функциям, чтобы достичь определенных целей.
Идеи применения знаний о живой природе для решения инженерных задач восходят корнями к временам Леонардо да Винчи. Именно он стал новатором в этом направлении, попытавшись сконструировать летательный аппарат, который взлетал бы, махая крыльями, подобно птицам. Тогда попытка позаимствовать анатомию птиц для создания летательного аппарата не увенчалась успехом.
Со временем человек сумел подняться в небо и даже полететь в космос, но используя совсем иные принципы. Это, кстати, к вопросу о том, всегда ли стоит заимствовать принципы живой природы для решения инженерных задач, если их можно решить намного более эффективными методами. Однако немало и вполне удачных примеров заимствований:
- Использование в строительстве принципов строения скелета для получения легких и прочных конструкций.
- Создание роботов, которые имитируют движения животных, для более эффективного передвижения по сложной местности.
- Разработка искусственных бионических имплантатов и конечностей, которые имитируют биологические структуры и функции.
- Разработка аэродинамического промышленного дизайна самолетов и кораблей, напоминающего форму рыбы, для более быстрого движения и легко преодоления сопротивления воздуха или воды на большой скорости.
- Создание датчиков и систем обнаружения, которые имитируют органы чувств животных для более точного восприятия окружающей среды.
Бионика часто становится ключевым фактором в разработке инновационных технологий, позволяя человеку учиться у природы и использовать ее эффективные решения для улучшения собственных технологических разработок и развития познавательно-творческих способностей. Давайте посмотрим, где и как применяется бионика.
Где применяется бионика?
Мы уже начали говорить о некоторых наиболее удачных примерах заимствований принципов живой природы для решения технических задач. Давайте рассмотрим более подробно, как человек берет технологии у природы и как совершенствует свои познавательные процессы, способности и навыки, достигая все больших высот [М. Лузин, 2023].
Направления применения бионики:
- Биомимикрия – применение принципов, обнаруженных в природных биологических системах, при создании новых технологий для достижения большей прочности, скорости, устойчивости, проходимости и т.д. Например, дизайн материалов, инспирированных структурой костей, или создание роботов, эмулирующих движения животных.
- Биологические модели и симуляции – использование биологических моделей и симуляций для анализа и понимания поведения и характеристик биологических систем и разработки новых технологий и устройств.
- Робототехника – разработка роботов, способных имитировать движения животных и выполнять сложные задачи, подражая принципам биологической эффективности.
- Бионические протезы и импланты – разработка и создание искусственных конечностей, органов или устройств, которые интегрируются с биологическими системами человека. Бионические протезы и импланты стремятся воссоздать естественные функции и улучшить качество жизни людей с физическими ограничениями.
- Бионические зрение и слух – разработка технологий для воссоздания человеческого зрения и слуха с использованием электроники и сенсоров. Может включать в себя разработку искусственных глазных и ушных имплантов.
- Биороботы и микроробототехника – биотехнические устройства сверхмалых размеров, которые можно внедрять в сосудистую систему человека и проводить с их помощью диагностику и лечение различных заболеваний.
- Бионическое обнаружение – разработка систем детекции и обнаружения по образу и подобию органов чувств у животных, использование принципов бионики для создания более чувствительных датчиков и систем наблюдения.
- Бионика в транспорте – применение принципов бионики в дизайне транспортных средств для улучшения эффективности и безопасности, разработка аэродинамических форм, подобных природным.
- Бионика в энергетике – использование природных процессов и механизмов для разработки эффективных и экологичных источников энергии. Например, создание технологий, подражающих фотосинтезу, для генерации электроэнергии.
- Эргономика и дизайн – применение принципов бионики в создании эргономичных и функциональных дизайнов для повышения комфорта и эффективности устройств и сред.
- Материаловедение – изучение структуры и свойств биологических материалов с целью создания инновационных материалов с уникальными характеристиками, такими как прочность, гибкость, легкость.
Это прикладные направления бионики. Помимо этого ведутся теоретические исследования, результаты которых не столь видимы и осязаемы сегодня, но могут быть применены в будущем, когда технические и технологические возможности человечества выйдут на новый уровень.
Это, в частности, изучение эволюционных процессов и адаптаций в природе для создания технологий, обладающих высокой эффективностью и устойчивостью. Это анализ эмерджентных свойств и явлений в биологических системах, таких как самоорганизация и сложные взаимодействия, и их использование для создания новых технологий.
Для справки: эмерджентность в теории систем – это появление у системы свойств, не присущих ее элементам в отдельности, и несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов.
И, конечно, современная бионика – это дальнейший и более глубокий анализ структуры, функций и принципов работы различных биологических систем, таких как органы чувств, органы движения, органы пищеварения и другие, с целью понимания их устройства и применения этого знания в технологиях. Эти лишь часть многообразных исследований в этой области, и применение бионики продолжает расширяться и развиваться в различных направлениях.
Как это все может влиять на развитие познавательных способностей человека и прогресс в целом?
Бионика, познавательные способности и познавательная деятельность
Мы уже начали рассуждать о том, можно ли реконструировать сознание человека посредством бионики и технологий и возможно ли бионическое сознание как таковое. И задались самым главным вопросом: зачем? Коль скоро прогресс нужен для того, чтобы развивать познавательные способности и навыки человека, расширять границы известного и ставить научные достижения на пользу людям, бионика и технологии с этим вполне справляются и без таких неоднозначных вещей, как бионическое сознание взамен человеческого.
Хотя, если понимать бионическое сознание, как обычное человеческое, но дополненное возможностями бионических технологий, тогда все становится на свои места. Тогда это будет своего рода «социальное и технологическое расширение возможностей человека» [А. Войскунский и др., 2021]. Это когда социокультурный телесно воплощенный разум оказался синтезирован с технологией как с психологическим средством, что позволяет создать потенциально иное сознание.
Собственно, человек уже давно пользуется вычислительными мощностями компьютеров, технологиями машинного обучения и возможностями искусственного интеллекта, и это исключительно в придачу к поистине уникальным возможностям человеческого мозга, интеллекта, восприятия. Точно так люди все в большей степени ставят себе на службу бионические технологии, преодолевая все больше ограничений для познания окружающего мира.
Мы уже знаем направления применения бионики, и теперь вполне сможем разобраться, как технологии могут расширить наши познавательные способности.
Бионическое зрение
Человек получает основной массив информации через зрение. Читает ли он умные книги или смотрит третьесортный юмор с падающими в лужу людьми на YouTube, в любом случае задействуется зрение. Формирование познавательных способностей у детей происходит в первую очередь с помощью органов зрения: сначала увидеть игрушку, потом потрогать, потом надавить и услышать, как она пищит.
И далее развитие познавательных способностей учащихся в школе опирается в первую очередь на зрительное восприятие: видеть буквы, цифры и картинки, читать учебники и художественную литературу, изучать схемы электрических цепей и географические карты, ставить химические опыты и попадать мячом в баскетбольное кольцо на уроке физкультуры. Учебно-познавательные способности без зрительной информации были бы существенно ограничены.
Познавательные способности детей, которые родились незрячими, развиваются принципиально иным образом. Как заметил в одной из своих работ великий российский педагог, психолог и исследователь Лев Выготский (1896-1934), незрячий человек не видит не так, как не видит человек с закрытыми глазами. Незрячий не видит так, как, к примеру, не видит рука или другая не предназначенная для функций зрения часть тела [Л. Выготский, 1983].
Люди, которые потеряли зрение вследствие травмы или болезни во взрослом возрасте, уже имеют определенный багаж знаний и опыта, который помогает им ориентироваться в новых реалиях. Но, конечно же, в этом случае все познавательные способности, какие есть у человека, в отсутствие зрительной информации претерпевают определенные изменения.
С развитием технологий бионического зрения появляется надежда вернуть незрячим людям радость видеть окружающий мир. На сегодняшний день есть удачный опыт создания бионического глаза, который способен различать свет, тень и очертания предметов при условии, что у человека возможна стимуляция зрительного нерва и еще остались живые клетки сетчатки [Б. Дибасмэнн, 2022].
В более сложных случаях могли бы помочь корковые зрительные протезы, потому что они не требуют сохранения каких-либо структур зрительного органа, а только первичной зрительной коры [С. Кравченко, С. Сахнов, В. Мясникова, 2022]. До массового внедрения технологий бионического зрения пока далеко, однако о том, что они способны улучить качество жизни незрячого человека и расширить его познавательные способности, можно говорить уже сейчас.
Бионический слух
Еще один важный способ получения информации – это получение информации с помощью органов слуха. Самые первые звуки плод начинает воспринимать еще в утробе матери. Далее органы слуха играют значительную роль в формировании речевого мышления, восприятии звуковой смысловой информации, развитии эмоционального интеллекта и умения различать эмоции окружающих.
Наличие органов слуха расширяет познавательные способности человека, позволяя совмещать прослушивание аудиокниг и аудиокурсов с какой-нибудь повседневной деятельностью, не требующей особых размышлений. Например, прогулка, уборка, тренировка.
В конце концов, слух дарит нам радость услышать музыку, шелест листьев, шум морской волны, мурлыканье кошки или бельчонка в парке. Правда, в отличие от кошек, у белок мурлыканье является признаком агрессии и готовности к нападению, но можно просто послушать, не пытаясь погладить или взять белку на руки [Мое зверье, 2022].
Таким образом, слух существенно увеличивает познавательные способности личности, позволяет вовремя распознать многие виды опасности, поэтому врачи и ученые уделяют много времени решению проблем людей, потерявших слух. Первый программируемый аналоговый бионический ушной процессор со сверхнизким энергопотреблением появился еще в начале нынешнего тысячелетия [R. Sarpeshkar et al., 2005].
Современные цифровые кохлеарные имплантаты повышают порог слышимости до 25 дБ, в результате чего человек начинает слышать как будто с первой степенью тугоухости. Он может, в частности, воспринимать речь, музыку, дверной звонок и гудок автомобиля [InBioReactor, 2023].
Для справки: кохлеарный имплантат – это медицинский прибор, воздействующий непосредственно на слуховой нерв и позволяющий компенсировать потерю слуха пациентам с выраженной или тяжелой степенью нейросенсорной тугоухости. Кохлеарный имплантат используется для «обхода» поврежденной улитки и активирует нейроны, расположенные позади волосковых клеток.
Таким образом, бионические уши и технологии бионического слуха – еще один важный вклад бионики в расширение познавательных способностей человека.
Киборгизация и бионические импланты
Люди-роботы и люди-киборги – любимая кинематографом тема. Круче всего, пожалуй, эта тема представлена в фильме 2014 года «РобоКоп» режиссера Жозе Падилья про полицейского, которого убили, но потом все равно заставили ходить на работу. По сути, это тот самый «протез человека», о котором фантазируют ученые и писатели. Правда, по сюжету фильма мозг главного героя остался невредим, а остальные части тела сделали на основе бионических технологий, которые и придали сверхсилы герою киноленты.
Собственно, бионические технологии в протезировании, хотя и не в таких масштабах, применяются давно. Еще в 2013 году Москву посетил человек-киборг Найджел Экланд, обладавший самым совершенным на тот момент бионическим протезом руки, который мог двигать и сгибать пальцы, вращать кистью и поворачивать запястье на 180 градусов [Н. Маркина, 2013].
На сегодняшний день учеными разработана высокоинтегрированная бионическая рука, напрямую связанная с нервной и скелетной системой человека, с возможностью нейронного контроля и обратной связью для использования в повседневной жизни [M. Ortiz-Catalan et al., 2022].
Разумеется, живую конечность ничто не заменит в полной мере, однако бионическое протезирование может заметно расширить возможности человека вернуться к нормальной жизни и большинству дел, которым он занимался до утраты конечности. В частности, продолжить учиться, заниматься интеллектуальной работой, путешествовать. Что, безусловно, активизирует познавательные процессы, способности к получению новых знаний, новой информации и новых положительных впечатлений от жизни.
Киборгизация развивается не только в направлении протезирования конечностей и поиска возможностей протезирования внутренних органов. Учеными уже разработана бионическая мемристивная схема с функциями эмоциональной эволюции путем имитации эмоциональной цепи в лимбической системе, которая может осуществлять бессознательную и сознательную эмоциональную эволюцию, используя теории внутренней регуляции и внешней стимуляции [Z. Wang et al., 2021].
Для справки: мемристор – это пассивный электрический элемент, двухполюсник в микроэлектронике, способный изменять свое сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда. Мемристоры служат потенциальной основой для создания высокоэффективной энергонезависимой памяти, аппаратных нейроморфных архитектур, и могут использоваться в составе перспективных систем обработки и анализа больших объемов разнородных данных.
В свою очередь, бионические конструкции человеческого сознания в перспективе могут использоваться как основа построения ЭВМ будущего [А. Морозов, 2018]. Другими словами, бионическое сознание – это направление перспективное и пока что мало предсказуемое, поэтому углубляться в него пока не будем.
Биороботы и медицинская микроробототехника
Биороботы сверхмалых размеров – это инновационное направление в медицине, диагностике и лечении заболеваний. Основой для создания таких микророботов являются знания об устройстве тканей и органов человека с тем, чтобы при внедрении в сосуды биороботы не наносили вред человеческому организму, а по окончании своей миссии растворялись, не засоряя сосуды.
Управляемый микроробот для перемещения в сосудах человека в последние годы привлекает все большее внимание ученых, которые изучают различные аспекты возможности применения биороботов в медицине [А. Городецкий и др., 2019]. На сегодняшний день разработан микроробот, способный перемещаться в сосудах в любых направлениях и оснащенный системой антикоагулянтов, которые впрыскиваются в тромбы.
Движение робота происходит за счет миниатюрного спиралевидного пропеллера, а исследования, проведенные на свиных сосудах, показали, что лекарство, доставляемое таким биороботом, действует примерно в 5 раз эффективнее, чем лекарство, принятое обычным способом, поскольку роторы биоробота равномерно распределяют лекарство около тромба [Q. Wang et al., 2022].
Помимо этого, микророботы могут использоваться для обследования и диагностики состояния сосудов изнутри, а в перспективе всех внутренних тканей и органов человека. Такие исследования ведутся давно, причем с прицелом на создание микророботов, которые смогут находиться внутри организма человека длительное время, передавать данные мониторинга на внешнее электронное устройство и самовосстанавливаться при повреждении [D. Frankel, 2012]. Данная технология может существенно расширить познавательные способности человека и медицинской науки в целом.
Бионика и промышленная робототехника
Применение принципов организации, свойств, функций и структур живой природы в технических устройствах позволяет создавать совершенные робототехнические устройства, способные выполнить работу и добыть информацию, которая крайне необходима человеку и которую можно получить только с риском для жизни.
Это, в частности, поисковые робототехнические устройства, которые можно задействовать на месте катастроф для обследования руин, оставшихся после землетрясения, урагана, обстрела, аварии на шахте. Такие роботы могут проникать в труднодоступные места, спускаться под землю, подниматься по полуразрушенным ступеням или накренившейся стене, находить оставшихся под завалами людей и передавать точные координаты их местонахождения спасателям.
Вовремя полученная информация позволяет точнее спланировать спасательные работы, целенаправленно разбирать завалы именно в тех местах, где находятся люди, а при невозможности добраться до них быстро такие роботы могут доставить питьевую воду, медикаменты для оказания первой помощи и продукты, не нуждающиеся в термической обработке перед употреблением.
В доцифровые времена в труднодоступные места для поиска пострадавших отправляли специально дрессированных собак-спасателей. Собственно, их и сейчас задействуют для поиска оставшихся под завалами людей, пропавших в горах туристов и альпинистов, обследования заминированных территорий для уточнения расположения взрывоопасных предметов.
И именно собаки были приняты за «образец для подражания» при разработке роботов для спасательных работ. В российском Университете Иннополис, где создают роботов-собак, которые будут спасать людей, пояснили, что четвероногие модели гораздо мобильнее двуногих, колесных и гусеничных моделей [А. Никифорова, 2022].
Такие четвероногие модели могут пройти по любой поверхности, в том числе по камням, умеют бегать, проползать через узкие проемы и отверстия, взбираться на различные препятствия и спускаться с них, перепрыгивать препятствия, на которые нельзя взобраться.
Помимо спасательных работ, такие роботы могут подниматься на вершину и спускаться в кратер вулкана, добывая информацию для ученых-вулканологов. Такие роботы могут подобраться поближе к диким животным в местах, где обитают хищники и устанавливать фотоловушки опасно для человека, и снимать уникальные кадры, которые помогут ученым-зоологам и создателям телепередач о природе и путешествиях.
Роботы, имитирующие внешний вид и физические качества обитателей морских глубин, могли бы безопасно обследовать рельеф морского дна, не привлекая внимания живущих под водой хищников и передавая данные «наверх». На сегодняшний день уже разработаны роботы-креветки, которые могут исследовать океан [М. Орлов, 2022].
Таким образом, робототехника, основанная на бионических технологиях, существенно расширяет наши познавательные способности в плане изучения окружающего мира и получения новой информации.
Сенсорика и обнаружение
Разработка роботов на основе бионических технологий напрямую связана с еще одним направлением – разработкой бионических систем обнаружения, которые имитируют органы чувств животных для более точного восприятия окружающей среды.
Роботы, имитирующие внешний вид и движения животных и морских обитателей, снабжены высокочувствительными сенсорами, намного превосходящими по своим возможностям органы чувств человека и потому позволяющими фиксировать больше информации.
Больше информации – это означает фото и видео с лучшим разрешением, звук за границами восприятия человеческого слуха, большая дальность обнаружения и фиксации объектов и событий. Вкупе с технологиями искусственного интеллекта, позволяющими обучать систему и настраивать ее на поиск и фиксацию определенных данных по определенным признакам, это позволяет существенно расширить познавательные способности человека.
Вот, собственно, и все, что мы в этот раз хотели рассказать про бионическое сознание и то, как технологии могут расширить наши познавательные способности. Желаем, чтобы перед вами были открыты все возможности, и готовы расширить их на наших программах «Когнитивистика» и «Лучшие техники самообразования». И, конечно, предлагаем ответить на вопрос по теме статьи:
