Bionika olami: tabiatdan «nusxa olish» mumkinmi?

Nima sababdan odamlar qush kabi ucha olmaydilar? Mazkur savol insoniyatni uzoq davrlardan beri qiziqtirib keladi. Shu sabab bo‘lsa kerak, insonlar endigina texnikani o‘zlashtirayotgan paytlardanoq qushlarday parvoz qilish imkonini beradigan uskunalar yaratish harakatlarini boshlaganlar. Moziy ustalari dastavval qushlarning qanotlariga o‘xshash biror narsa yasalsa bo‘lgani, shundan so‘ng osonlik bilan bir hududdan ikkinchisiga ko‘chib yurish mumkin, degan fikrda edilar.

Ammo, taassufki, har bir ishning o‘ziga yarasha murakkabliklari bor, hatto eng oson ko‘ringanining ham. Shu bois o‘tmish olimlarining sa’y-harakatlari amalda ular o‘ylaganchalik muvaffaqiyatli kechmagan.

Avval kutilganidek emas edi…

Ilm-fanda tirik jonzotlar, xususan, hayvonlar va qushlarning o‘ziga xos qobiliyatlarini namoyon etuvchi maxsus mexanizmlar evolyutsiya jarayonida million yillar davomida shakllanib kelgan, deyiladi. Tabiiy tanlov yo‘li orqali esa bosh­qalarga nisbatan yaxshiroq uchgan, suzgan yoki sudralib yurgan jonzotlar omon qolganligi barchamizga biologiya hamda umumiy tarix darslaridan ma’lum. Shu tariqa asta-sekinlik bilan tabiatda ushbu funktsiyalarni amalga oshirishga qaratilgan juda samarali moslamalar va mexanizmlar vujudga keldi.

Tahlil etish hamda amalda sinab ko‘rish usullarining yetarlicha takomillashmagani sabab hayvonot olami vakillarining mazkur «sir»lari uzoq-uzoq vaqtgacha insonlar uchun jumboq bo‘lib qolaverdi. Davrlar o‘tgani sari bu sirlardan voqif bo‘lishga intilgan qator muhandis va loyihachilar insonlar hayotini yengillashtiruvchi turfa xil moslamalarni yaratishga erishdi.

Ayni paytda biolog olimlar tirik jonzotlarni o‘rganishda olamshumul kashfiyotlarni amalga oshirayotganidan ko‘pchilikning xabari bor. Bu ikki soha mutaxassislari bir-biri bilan ayro tarzda faoliyat yuritishsa ham, ba’zan muhandislar jonli tizimlarda ishlab turgan printsip va mexanizmlarni o‘z loyihalariga tatbiq etishning uddasidan chiqishgan. Eng qulay hamda samarali yo‘llarni izlash natijasida tadqiqotchilar minglab asrlar oldin tabiat tomonidan «yaratilgan» namunalar va chizmalarni hosil qildilar.

Yutuqlar kaliti tahlilda (mi?)

Mazkur kashfiyotdan so‘ng ko‘r-ko‘rona ishlashning befoyda ekani ma’lum bo‘ldi va loyihachilar hayvonot olamini chuqurroq o‘rganishga kirishdilar. Ana shunda mavjud texnologiyalardan foydalangan holda olimlar tirik organizmlar tizimidagi tuzilmalar va mexanizmlarni to‘laqonli tadqiq etish hamda ular asosida namunalar yaratish imkoniga ega bo‘lishdi. Tirik organizm­larning faoliyat yuritish tizimlarini o‘rganuvchi va aniqlangan ish printsiplarini texnika vositalarida qo‘llaydigan fan esa bionika nomini oldi.

Science.com elektron sahifasi ma’lumotlariga tayangan holda aytish mumkinki, ushbu atama aslida yunoncha «bion» so‘zidan olingan bo‘lib, u «hayot birligi» yoki «unsuri» sifatida ta’riflanadi. Xullas, bionika biologiya hamda texnikani uyg‘unlashtiradigan fan bo‘lib, bunda muhandislik masalalariga organizmlar strukturasi va hayotiy faoliyatining tahlili asosida yechim izlanadi. Bionika, shuningdek, fizika, kimyo, kibernetika va muhandislik fanlari, ya’ni elektronika, navigatsiya, aloqa, dengiz ilmi bilan ham chambarchas bog‘liq.

Jonli tabiat borasidagi bilimlardan muhandislik masalalarini hal etishda foydalanish fikri aslida Leonardo da Vinchiga tegishli deb hisoblanadi. Boisi, ko‘p asrlar ilgari mutafakkir qushlar kabi qanot qoqadigan uchish apparati — ornitopterni yaratishga uringan. Keyinchalik tirik organizmlar va texnik mashinalardagi bosh­qarish, aloqa qilishning umumiy tamoyillarini o‘rganuvchi kibernetika sohasi vujudga keldi. Bu esa o‘z navbatida jonli tizimlar bilan texnika o‘rtasidagi umumiylikni aniqlashga, tirik organizmlar to‘g‘risida olingan bilimlar yangi asbob-uskuna, mexanizm, material va boshqalarni yaratishga turtki bo‘ldi. Ushbu yangi fan «tug‘ilgan» rasmiy sana sifatida esa 1960 yil ko‘rsatiladi. Negaki, aynan o‘shanda ­AQShning Dayton shahrida bionika bo‘yicha ilk simpozium o‘tkazilgan.

Shartli ravishda bionikada bir qancha yo‘nalishlarni belgilash mumkin. Mutaxassislarning bir qismi hayvonot olamidagi mexanizmlarni o‘rganish, ulardan «nusxa olish» va amalda qo‘llash borasida izlanishlar olib boradi. Tibbiy bionika bo‘lsa, yanada mukammal protezlar, insonlarga ko‘rish yoki eshitish kabi qobiliyatlarni qaytarish imkonini beradigan qurilmalarni yaratishga yo‘naltirilgan.

Bionikada uy hayvonlarining ijtimoiy fe’l-atvorini o‘rganuvchi yana bir mutlaqo alohida soha ham bo‘lib, uni ba’zi mutaxassislar mazkur fanga aloqador emas, deb ta’kidlashadi. Biroq ushbu yo‘nalishda izlanishlar olib borayotgan tadqiqotchilar flora olami vakillari, masalan, chumoli yoki ari oilalari hayotini tartibga solib turuvchi qonuniyatlardan istiqbolda insonlar jamiyatida ham foydalanish mumkinligini inkor etmayaptilar.

Ushbu fikrning isboti sifatida bir misolni keltirib o‘tish joiz. Rsu.edu saytida keltirilgan ma’lumotlarga qaraganda, yaqindagina nemis entomologlari chumolilar qay tarzda o‘z uyasiga yaqinlashganda bir-birlariga urilmay, tirbandlik hosil qilmasligini aniqlashga muvaffaq bo‘lishdi. Bunda ushbu jonzotlar mazkur usuldan ongli yoki ongsiz ravishda foydalanishi hali ma’lum emas. Shunga qaramay, olmon olimlari kelgusida xuddi shu yo‘l bilan shahar magistrallarida yuzaga keladigan avtoulovlar tirbandligi holatining oldini olishga erishish mumkin, degan fikrda.

Fanning boshqa bir yo‘nalishi ham bor: bunda in silico, ya’ni silikon moddasidan jismlar yaratgan holda batamom o‘zgacha evolyutsiyaga asos solishga intilish seziladi. Garchi hozirgacha bu yo‘nalishda ish olib borayotgan olimlar kutilganchalik olamshumul yutuqlarga erishmagan bo‘lsa-da, bugungi kunda ular evolyutsiyani modellashtirishning bir qancha usullari (vazifasi insonlar og‘irini yengillashtirish bo‘lgan robotlar)ni yaratish kabilarga erishishga muvaffaq bo‘lmoqda.

Umuman olganda, eng ko‘p amaliy samaradorlik kuzatilayotgan tibbiyot bionikasi asosan inson organizmida mavjud bo‘lgan tizimlarni o‘rganishga tobora ixtisoslashyapti. Shu bilan bir qatorda boshqa tirik organizmlar sistemalarini o‘rganish va ularda kuzatilgan hayotiy mezonlarni texnika sohasiga joriy etishga qaratilgan keng ko‘lamli ishlar ham amalga oshirilmoqda.

Eng maqbul shakl tabiatda mavjud

Bionik kashfiyotga eng oddiy misol bu kiyim, narsalardagi qismlarni bir-biriga ulaydigan ilgak yoki tugmadir. Ikkita yopishqoq qism bittasida o‘ta kichik ilmoqlar, boshqasida esa mayda xalqachalar borligi sabab bir-biriga mustahkam birlashtiriladi. Aslida bu «yopishqoq» ilgak bionika atamasi paydo bo‘lishidan ancha oldin shveytsa­riyalik muhandis Jorj de Mestral tomonidan ixtiro qilingan. U sayrdan so‘ng kuchugi yungini tozalayotganda jonivorning terisiga mahkam yopishib kolgan chakamug‘ (sariqchoy) tikanaklariga e’tiborini qaratadi. Shundan so‘ng mutaxassis tikanaklarning tuzilishini mikroskop yordamida o‘rganib chiqib, xuddi shu tamoyil asosida ishlaydigan ilgak (qistirgich tugma)ni kashf etgan. Vikipediya saytida aytilishicha, keyinchalik olimlar shunga o‘xshash mahkamlash usulini qushlarning patlarida kuzatishgan.

Shu bilan birga, tabiatda «yopishqoq» sirtlarning bundan-da mustahkam namunalari mavjud. Gekkon deb nomlanuvchi kichkina kaltakesak vertikal yuzalarda bemalol turishi, hatto biron-bir qiyinchiliksiz harakatlanishi mumkin. Uning panjalari sirtga qattiq yopishib, sirpanib ketmaydi. Ayni paytda bu jonzot tanasini yuqoriga qarab tortganda hech qiynalmay, uni sirtdan ajrata oladi. Tadqiqotchilar gekkon panjalarini o‘rganayotganda undagi ajabtovur xususiyatlarning sababi pastki kaft­lardagi ko‘plab mayda tukchalarda ekanligini aniqlashdi. Ular sirtga nisbatan to‘g‘ri burchak ostida bo‘lganida tananing qattiq jismga tegib turgan qismi u darajada katta bo‘lmaydi. Bu kaltakesak panjalarini osonlik bilan yuzadan ajratib olib harakatlanishiga yordam beradi. Burchak o‘zgarganda esa tananing nisbatan kattaroq qismi yuzaga tegadi, natijada sirtga mahkamroq yopishadi.

Infuture.com saytida, tadqiqotchilar nanonaychalardan foydalangan holda gekkon panjalari kafti tuzilishini hosil qilishga muvaffaq bo‘ldi, deyiladi. Lekin dastlab ular aslidagidek mustahkam «yopishish» samarasiga erisholmadilar. Keyinchalik kaltakesak panjalarini chuqurroq tad­qiq etish tufayli kaftlaridagi tukchalar tarmoqlanib ketganligi sirtga yanada qattiq yopishish imkonini berishini aniqladilar. Shunda olimlar sun’iy panjalardagi oddiy nanonaychalarni tarmoqlanadigan turdagisiga almashtirib, gekkonning sirtga tirmashish xususiyatidan ham kuchliroq natijaga erishdilar.

Zafarli onlar

Tirik organizmlarning yana bir sinfi borki, bionika mutaxassislarini anchadan buyon qiziqtirib kelmoqda. Bu — hasharotlar. Garchi ko‘rinishidan biroz g‘ayritabiiy bo‘lsa-da, ular umurtqasizlar orasidagi eng mukammal jonzotlar sifatida e’tirof etiladi, deyiladi bionicanews.org manbasida. Negaki, mazkur sinfga mansub turfa xil jonzotlarda umrguzaronlik qilish uchun o‘ta samarali «moslamalar» shakllangan. Ularga, xususan, ko‘z tizimini kiritish mumkin. Aniqlanishicha, hasharotlar faset, ya’ni bir qancha sodda ko‘zlar yig‘indisidan iborat shakl­dagi ko‘rish organiga ega. Har bitta ko‘zcha orqali «olingan» ma’lumotlar esa miyada bir butun manzarani hosil qiladi.

Pashshaning faset ko‘zlarini o‘rganish u o‘ziga nisbatan ancha jadal harakatlanayotgan ob’ektlarning tezligini ham o‘ta aniqlik bilan payqash qobiliyatiga egaligini ko‘rsatdi. Chunki bunda predmetning tasviri birin-ketin har bir faset ko‘zchalardan «yig‘ib» olinadi va mazkur ma’lumotlar maxsus retseptorlarga uzatiladi. Oqibatda, alohida-alohida tasvirlar turkumi hosil bo‘ladi. Muhandislar pashsha ko‘zlarining bunday ishlash printsipi asosida parvozdagi samolyotlarning tezligini qisqa muddatda aniqlaydigan detektor asbobini yaratdilar. Bu uskuna texnika olamida «pashsha ko‘zi» nomini olgan.

Bionicaworld.com elektron sahifasida aytilishicha, bionikadagi mo‘jizalardan biri sifatida Delflay (DelFly)ni ko‘rsatish zarur. Aslida bu mitti samolyot (Micro Air Vehicle — MAV) bo‘lib, u qush yoki hasharot kabi ikki juft qanot yordamida parvoz qiladi. Bionik Delflay nafaqat gorizontal parvozni amalga oshiradi, balki bir joyda to‘xtab havoda muallaq turishi ham mumkin. Tez va sekin parvozning aynan shu kabi uyg‘unlashuvi uskunaning o‘ziga xosligini ta’minlaydi. Shu bilan birga, Delflayga kamera ham o‘rnatilgan. Uning yordamida parvoz amalga oshirilayotgan hudud manzarasi sekin parvoz paytida aniq tasvirga olinadi.

Delflay ixtirochilari Delft texnika universiteti aerokosmika fakultetining 11 nafar talabasi va ularning ilmiy rahbarlaridir. Joriy yil Germa­niyada o‘tkazilgan bionika bo‘yicha MAV (Multyple Applying of Bionic Devices) xalqaro tanlovda ushbu loyiha eng noyob deb topilib, uning namoyish etilgan parvozlari ilm ahlini befarq qoldirmadi. Yuqorida keltirilgan misollar «xamir uchidan patir», xolos. Aslida bugunga kelib bionikada bu kabi yutuqlar e’tirofga arzigulik ravishda ko‘p miqdorda. To‘g‘ri, hozircha «mexanik hayvonlar» tabiiy nusxalaridek mukammal emas, biroq kashfiyotchilar kamchiliklar yaqin kelajakda bartaraf etilishiga umid qilishmoqda.

Insonga monand robot

Ma’lumki, bionikaning eng sodiq tarafdorlari — bu robot yaratuvchi muhandislar. Hozirda ular orasida kelajakda robotlar imkon qadar insonlarga o‘xshash bo‘lsagina, yuqori darajada samara berishi mumkin, degan qarashga ega. Bunday fikrga kelishning bir sababi bor: loyihachi bioniklar yaratilajak «temir odam»lar insonlar muhitidagi zina, eshik va shu kabi ma’lum to‘siqlar bilan harakatlanishi talabidan kelib chiqishmoqda. Shu bois ular odamlarga hajman va harakatlanish tamoyillariga mos bo‘lishlari zarur.

Parvardigor mukammal qilib yaratgan insonning tana qismlari ham tadqiqotchilar e’tiborini tortgan. Hozirgacha rus olimi A. Kobrinskiy boshchiligidagi bir guruh mutaxassislar inson qo‘li tuzilmasini batafsil o‘rganib chiqib, unga maksimal darajada monand bo‘ladigan mexanizm yaratishga doir qator ishlari bilan jamoatchilik nazariga tushgan.

«Vashington Post» gazetasida esa Chikago tibbiy tadqiqotlar instituti olimlari bionik qo‘l, aniqrog‘i, yasama tana qismi (protez)ni yaratishga muvaffaq bo‘lgani haqida maqola chop etildi. E’tiborlisi, bunday qo‘lni inson miya orqali boshqarish bilan birga uning yordamida ba’zi sezgilarni his eta olishi ham mumkin. Ilk bionik qo‘l sohibasi AQSh dengiz flotida xizmat qilgan Klaudia Mitchell bo‘ldi. 2005 yili halokatga uchragan amerikalik harbiy ayolning chap qo‘li yelkasigacha amputatsiya qilingandi. Muvaffaqiyatli yakunlagan loyiha natijasida avvaliga Mitchell zarur harakatni amalga oshirmoqchi bo‘lganida ­sun’iy qo‘lni fikran buyruq berish orqali bosh­qardi. Biroq olimlar o‘z izlanishlaridan to‘xtab qolmay, yasama qo‘l yordamida biron-bir narsani sezishga erishishni navbatdagi maqsad sifatida belgiladilar.

Ular amputatsiyadan so‘ng faoliyati to‘xtab qolgan asab tomirlarini jarohatlangan yelka qismidan ko‘krak qismidagi mushaklarga ko‘chirishdi. Shundan so‘ng tananing bu qismiga bionik qo‘ldan signallar kela boshladi. Boshqacha qilib aytganda, Klaudia Mitchell sog‘lom qo‘li kabi bionik qo‘li yordamida ham sezish xususiyatiga ega bo‘ldi. Endi u qaynoq choy yoki muzga sun’iy qo‘lini tekkizganda issiqlik va sovuqlikni his qiladi.

Yuqorida tilga olingan ishlash tamo­yillari inson tomonidan katta-katta masofalarda boshqariladigan qurilmalarni yaratish uchun ham asos qilib olinishi mumkin. Misol uchun, boshqaruvchi operator radiatsiya darajasi yuqori bo‘lganligi sabab kirish taqiqlangan binolar, g‘ovvoslar yetolmaydigan suv osti chuqurliklari yoki inson qadam bosmagan samoviy kengliklarda masofadan turib turli tadbirlarni amalga oshirish imkoniga ega bo‘ladi.

Kelajak — imkoniyatlar davri

Bugun ilm-fan va texnika dunyosida yuz berayotgan jarayonlarni kuzatib, tadqiqotchilar tobora ko‘proq samarali va muhimi, salmoqli natijalarga erishayotganiga guvoh bo‘lmoqdamiz. Bionika ham bundan mustasno emas. Asta-sekinlik bilan olimlar tabiiy ravishda shakllangan mexanizmlarni «nusxalash» borasida ildamlayotganligi kuzatilyapti. Ayni paytda asliga monand namunalarni yaratish haqida gapirishga hali erta.

Qolaversa, inson miyasi hamon jumboqlarga to‘lalik xususiyatini saqlab turibdi. Shunga qaramay, bionik olimlar kelgusida tirik jonzotlar tizimidagi ko‘plab mexanizmlarning ishlash printsiplarini o‘rganib, ular yordamida insonlar hayotini oson va qulay qilishiga umid bog‘lashmoqda. Faqat mutaxassislar yangi fanning asosiy maqsadlaridan biri — tabiatda mavjud bo‘lmagan mutlaqo o‘zgacha bionik qurilmalarni yaratishning uddasidan chiqadilarmi, yo‘qmi, degan savol hozircha javobsiz qolmoqda…

Nargiza Ibrohimova,
«Ma’rifat» gazetasidan olindi.