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连接生物与技术的桥梁

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

连接生物与技术的桥梁


自从瓦特(James Watt,1736~1819)在 1782 年发明蒸汽机以后,人们

在生产斗争中获得了强大的动力。在工业技术方面基本上解决了能量的转

换、控制和利用等问题,从而引起了第一次工业革命,各式各样的机器如雨

后春笋般的出现,工业技术的发展极大地扩大和增强了人的体能,使人们从

繁重的体力劳动解脱出来。随着技术的发展,人们在蒸汽机以后又经历了电

气时代并向自动化时代迈进。

20 世纪 40 年代电子计算机的问世,更是给人类科学技术的宝库增添了

可贵的财富,它以可靠和高效的本领处理着人们手头上数以万计的各种信

息,使人们从汪洋大海般的数字、信息中解放出来,使用计算机和自动装置

可以使人们在繁杂的生产工序面前变得轻松省力,它们准确地调整、控制着

生产程序,使产品规格精确。但是,自动控制装置是按人们制定的固定程序

进行工作的,这就使它的控制能力具有很大的局限性。自动装置对外界缺乏

分析和进行灵活反应的能力,如果发生任何意外的情况,自动装置就要停止


工作,甚至发生意外事故,这就是自动装置本身所具有的严重缺点。要克服

这种缺点,无非是使机器各部件之间,机器与环境之间能够“通讯”,也就

是使自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这一难题,在工程

技术中就要解决如何接受、转换。利用和控制信息的问题。因此,信息的利

用和控制就成为工业技术发展的一个主要矛盾。如何解决这个矛盾呢?生物

界给人类提供了有益的启示。

人类要从生物系统中获得启示,首先需要研究生物和技术装置是否存在

着共同的特性。1940 年出现的调节理论,将生物与机器在一般意义上进行对

比。到 1944 年,一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与

统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上,1947 年,一

个新的学科——控制论产生了。

控制论(Cybernetics)是从希腊文而来,原意是“掌舵人”。按照控制

论的创始人之一维纳(Norbef Wiener,1894~1964)给予控制论的定义是“关

于在动物和机器中控制和通讯”的科学。虽然这个定义过于简单,仅仅是维

纳关于控制论经典著作的副题,但它直截了当地把人们对生物和机器的认识

联系在了一起。

控制论的基本观点认为,动物(尤其是人)与机器(包括各种通讯、控

制、计算的自动化装置)之间有一定的共体,也就是在它们具备的控制系统

内有某些共同的规律。根据控制论研究表明,各种控制系统的控制过程都包

含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常,取决于信息运 行

过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制元件、部件、线

路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看,控制系统就是

一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处,

于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣,并且采用物理学的、数学的甚

至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此,控制理论成为联系生

物学与工程技术的理论基础。成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。

生物体和机器之间确实有很明显的相似之处,这些相似之处可以表现在

对生物体研究的不同水平上。由简单的单细胞到复杂的器官系统(如神经系

统)都存在着各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看成是一

种具有特殊能力的机器,和其它机器的不同就在于生物体还有适应外界环境

和自我繁殖的能力。也可以把生物体比作一个自动化的工厂,它的各项功能

都遵循着力学的定律;它的各种结构协调地进行工作;它们能对一定的信号

和刺激作出定量的反应,而且能像自动控制一样,借助于专门的反馈联系组

织以自我控制的方式进行自我调节。例如我们身体内恒定的体温、正常的血

压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制

论的产生和发展,为生物系统与技术系统的连接架起了桥梁,使许多工程人

员自觉地向生物系统去寻求新的设计思想和原理。于是出现了这样一个趋

势,工程师为了和生物学家在共同合作的工程技术领域中获得成果,就主动

学习生物科学知识。

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