Основные правила биосистемного проектирован ия

У нас нет власти совершить творение — у нас есть только возможности компановки.. Вы начинаете делать что-либо правильно и замечаете, что это становится даже более правильным, чем вы ожидали.

БМоллисон

Всякий раз, когда человечество исчерпывало свой потенциал развития в существующих рамках, на смену прежнему жизненному укладу приходил новый. После того, как охота и собирательство оказались не в состоянии обеспечивать все возрастающие потребности численно возросшего населения людей, было «изобретено» скотоводство и земледелие. Таким же образом на сцене человеческой истории появились металлургия, новые источники энергии, способы сохранения и передачи информации — все это оказывалось зачастую едва ли не единственным спасительным средством и открывало новые горизонты для выживания и развития.

Нынешнее состояние экологических, а точнее, эколого-эконо- мико-политических систем таково, что человечеству требуется некое принципиально новое решение, некая следующая ступень, поднявшись на которую, оно сумело бы по-новому организовать и себя, и окружающий его мир, оставив в прошлом накопившиеся противоречия и проблемы.

В данной главе будет сделана попытка предложить вниманию читателей такую теоретическую концепцию, которая при наличии внимания со стороны общества и интенсивной ее разработке смогла бы позволить человечеству решить очень многие проблемы в современном противостоянии его окружающей природе (естественной и рукотворной).

В I960 году в .г.Дайтон (США) состоялся первый американский симпозиум под названием «Живые прототипы искусственных систем — ключ к новой технике». С этого момента принято отсчитывать возраст бионики — дисциплины, основные принципы которой были сформулированы на этом симпозиуме. Хотя, если быть предельно точным, сам термин «бионика» был предложен в 1958 г. Джеком Стилом.

Эта научная дисциплина, тесно связанная с кибернетикой, ставит своей задачей создание различных технических систем (приборов, устройств, сооружений и т.д.) на основе принципов работы природных аналогов.

По определению Дж.Стила (цит. по Жерардену, 1971), «бионика — это наука о системах, функции которых копируют функции живых систем, о системах, которым присущи специфические характеристики природных систем или которые являются их аналогами».

Такое всестороннее и обстоятельное определение, разумеется, охватывает весьма обширную область, однако, так сложилось, что почему-то все, что выходило из рук инженеров-биоников, было аналогом какого-либо органа животного, его части, или ткани. Самый высокий уровень живого, с которым работали бионики, тем не менее, никогда не поднимался выше организменного. Да и то, брали, как правило, лишь внешнюю форму организма-прототипа: форму тела кита для создания аналогичной подводной части судна, форму листовой пластинки или стебля растения для архитектурно-строительных элементов, форму тела и строение кожи дельфина для создания наиболее совершенных по гидродинамическим свойствам торпед. Даже когда требовалось создать максимально эффективную систему управления многокомпонентными системами, в качестве природного прототипа брали кровеносную систему и кровь одного организма как гомеостатическую среду, где различные форменные элементы выполняют разные функции, взаимодействуют друг с другом в зависимости от ситуации (нормальное состояние, проникновение инфекции, кровопотери в связи с травмой и т.д.).

А между тем, в живой природе существуют надорганизменные уровни, которые оказались почему-то не востребованы бионикой и биониками. Существуют межиндивидуальный уровень, семейный, популяционный, видовой, уровень гильдий, биоценотический, ландшафтный, природно-зональный и биосферный. Узкие специалисты, наверное, без труда смогут предложить и более дробное деление. Но дело не в этом, а в том, что обширный, самый сложный и самый многообещающий «слой» биологических систем оказался не задействован.

Впрочем, поскольку бионика с самого своего зарождения была предельно прагматична и нацелена на решение конкретных задач, большинство из которых формировались и курировались военными ведомствами, места для академических, поисковых и «чистых» научных изысканий, как правило, не оставалось.

Я полагаю, что если сосредоточиться на надорганизменном уровне организации живой материи применительно к тем грандиозным проблемам в обществе, хозяйстве, экономике и других сложных сферах деятельности человечества, то инженерные принципы и подходы бионики могли бы оказаться чрезвычайно плодотворными в решении задач природопользования, строительства и архитектуры, транспортных коммуникаций, энергоснабжения, решения социальных проблем и т.д.

Не будет преувеличением сказать, что до сих пор бионика была суборганизменной или, как максимум, организменной, а сейчас ей предстоит стать надорганизменной. Думаю, что если эта дисциплина несколько смягчит свой жесткий прагматизм, то это пойдет на пользу дела.

Надорганизменная бионика для своего успешного развития должна брать прототипы из области природных (естественных) надор- ганизменных систем — это, прежде всего, экосистемы различного масштаба и социодемографические системы. Надорганизменными биологическими системами занимаются экология, генетика, эволюционная теория, биогеография и др. На частных вопросах организации животных и растений сосредоточены такие дисциплины, как социобиология, социоэтология и этология, социоэкология, фитосоциология и т.д. Из более или менее «частных» законов, которые формируют эти дисциплины, можно вычленить и обобщить некие общесистемные законы. Они хорошо известны, например, в общей экологии - закон минимума Либиха, закон максимума Шелфорда, принцип Олли и т.д.

Однако, как и положено любым фундаментальным законам и закономерностям, они носят описательный, а точнее, описывающий характер. Любая же активная сфера деятельности (в нашем случае — инженерная область — надорганизменная бионика) требует инструктивных или предгшсывающих законов. Скажем, закон термического расширения тел — это описывающий закон, а правило оставлять зазоры мстеду участками рельсов — это предписывающий закон или правило, основанное на известной описывающей закономерности, о том, что при нагревании все тела расширяются. Важно понять, что игнорирование как описывающих, так и предписывающих законов абсолютно фатально. Вся разница лишь в том, что игнорирование физических закономерностей чаще всего дает немедленный результат и наглядность его неоспорима. Более сложные (в том числе биологические) системы обладают выраженными кумулятивными, адаптирующими и компенсаторными свойствами, однако, эластичность таких крупных природных систем не безгранична, и иллюзия «безнаказанности» существует лишь в силу «отсрочки» реакции системы.

Анализ сложных надорганизменных систем через призму наиболее обобщенных описывающих законов и формирование предписывающих законов — задача надорганизменной бионики. Кроме того, наряду с обобщенными предписывающими законами, необходима система более частных и конкретных правил, процедур и методов для обеспечения собственно самого инженерно-конструктивного процесса.

Может возникнуть вопрос: неужели не было до сих пор никаких попыток создания некоей инженерной методологии в сфере природопользования? Конечно, можно было бы рассматривать все сельское хозяйство (а также лесоводство, рыбоводство и т.д.) как экологическую инженерию. Но, как правило, даже самые продвинутые образцы этой области решают лишь задачу получения товарного продукта наиболее экономически оправданным способом и, как правило, на весьма ограниченных промежутках времени и пространства, что также является причиной экологических диспропорций в экосистеме со всеми вытекающими отсюда последствиями. Всестороннего системного подхода, как правило, в известных общепринятых аграрных технологиях не отыскать, и это не дает нам права считать существующее массовое сельское хозяйство экологической инженерией (или надорганизменной бионикой, если угодно). Впервые задачи и структура экологической инженерии (не путать с инженерной экологией!) были сформулированы автором в книге «Экологическая инженерия жизнеобеспечения» (Богатырев, 2000). Я продолжаю развивать этот подход в применении к проектированию конкретного исследовательского оборудования и систем охраны и разведения диких опылителей.

Используя правила ТРИЗ, описанные в предыдущей главе, для проектировщика-исследователя можно дать следующие рекомендации.

1. Разнообразить систему, заполнять все ниши — в первую очередь хозяйственно-полезными элементами. Скажем, искусственно подобранные травосмеси обеспечивают создание не только «невытаптываемого» газона, но и грунтового аэродрома, который не «раскисает» даже при самых обильных дождях.
2. Создавать замкнутые циклы вещества и энергии или, по крайней мере, наиболее длинные цепи трансформации вещества и энергии.

3. Довольствоваться малым, так как большие объемы или высокие концентрации энергии, однородного вещества и капитала ведут к хроническому «перегреву» системы. «Излишества излишни». Иными словами, следует ориентироваться не на максимум, а на оптимум, на долговременную стабильность, а не на сиюминутный успех.
4. Необходимо предоставлять сложной саморазвивающейся системе максимально допустимую свободу. Иными словами, не надо ни «подгонять», ни «сдерживать» систему, и даже при возможности... не надо создавать системе оптимум! Получив свободу, система (организм) сделает свой выбор сама! В качестве примера можно привести организацию инсектария для вып- лода различных насекомых: будучи помещенными в вольер с градиентом температуры, животные откладывают яйца, самостоятельно выбрав место с нужными микроклиматическими условиями.

Ближе всего сегодня подошли к тому, что мы постулируем, альтернативные способы сельского хозяйства. Среди прочих наиболее интегрально, экологично, идеологически незашорено и лояльно выглядит пермакультура (MoIIison, 1988; Богатырев, Богатырева, 1998; Богатырев, 2000). Цель пермакультурного проектирования — создание искусственных экосистем, которые обладали бы автономностью и эластичностью естественных экосистем и хозяйственной полезностью общепринятых аграрных систем. На счету пермакуль- туры не только попытки сформулировать конструктивные «заповеди», но и реальные технологические успехи. Заслуживают внимания и попытки пермакультуры распространить свои принципы в социальную, экономическую и культурную сферы. Во всяком случае, чрезвычайно ценно то, что эта методология учитывает неразрывность всех сторон жизни природы и общества и готова приложить свои наработки и усилия ко всем областям деятельности человека.