— Cybernetyka od początku związana była ściśle z biologią. Czym więc w takim razie zajmuje się biocybernetyka?
— Ojciec cybernetyki, Norbert Winner w swojej pierwszej książce napisał, że cybernetyka jest nauką o sterowaniu w zwierzętach i maszynach. W momencie gdy wyodrębniła się cybernetyka techniczna, społeczna, ekonomiczna zaistniała potrzeba, by ktoś wrócił do korzeni, do zagadnień inżynierskiego spojrzenia na obiekty żywe i biologię.
Nie wszyscy jednak traktowali tę dziedzinę poważnie. Sam musiałem zapracowywać sobie działaniem na innym gruncie na to, by pozwolono mi zajmować się biocybernetyką. Przez bardzo długi czas moje zainteresowania miały charakter hobbystyczny.
Czego możemy się spodziewać po tej dziedzinie nauki?
— W wielu przypadkach zdarza się, że problemy, które chcielibyśmy rozwiązywać na gruncie techniki nie znajdują w samej technice dostatecznej bazy. Systemy biologiczne rozwiązują te zadania w sposób optymalny. Poznanie jak pewne funkcje realizuje mózg człowieka, jak sterowane są skrzydła muchy, jak regulowany jest proces przemiany materii u nisko zorganizowanych zwierząt, może nam dostarczyć, jeśli nie gotowych wzorów to źródeł inspiracji. W przyszłości będziemy być może budować rozwiązania doskonalsze niż rozwiązania żywej natury. Dzisiaj jednak obserwowane w przyrodzie systemy stanowią dla nas wzór niedościgłej doskonałości.
— Uważa Pan więc, że jesteśmy w stanie prześcignąć przyrodę?
— Oczywiście! Mamy przecież do dyspozycji lepsze tworzywo. My: ludzie, systemy biologiczne, organizmy, jesteśmy zbudowani z tego, co przyroda miała pod ręką, a jest to budulec, który w rękach współczesnego inżyniera wzbudziłby jedynie rozbawienie. Biorąc pod uwagę właściwości mechaniczne, elektryczne, informatyczne elementów naszego ciała, to czym dysponuje inżynier jest nieporównanie lepsze. Szybkość przebiegu impulsu nerwowego we włóknie nerwowym nie przekracza 100 m/s a w praktyce wynosi kilka cm/s. Jeśli to porównamy z szybkością sygnału elektrycznego... Szybkość z jaką może pracować komórka nerwowa wchodząca w skład naszego mózgu nie przekracza jednego kHz to znaczy 1000 impulsów w ciągu sekundy. Elementy naszych mikrokomputerów pracują z częstotliwościami znacznie większymi, nawet o kilka rzędów wielkości. Wreszcie problem niezawodności — w naszym mózgu codziennie obumiera kilkanaście do kilkudziesięciu tysięcy komórek, giną bezpowrotnie. W naszych komputerach awarie zdarzają się znacznie rzadziej.
Z drugiej strony fakt, że dysponując tak kiepskim i prymitywnym budulcem przyroda stworzyła tak wspaniałe dzieła, stanowi dla nas powód do podziwu i doping do prób naśladowania. Weźmy choćby tylko kwestię niezawodności. Wiemy, że im bardziej złożony system, tym częściej się psuje. Pod czaszką nosimy nieprawdopodobnie skomplikowany system, w skład którego wchodzi kilkanaście miliardów komórek nerwowych. Każda z nich osobno jest elementem zawodnym a jako system tworzą niezawodny mózg. W szczególnie odpowiedzialnych systemach technicznych montuje się nie jeden a dwa, trzy lub więcej komputerów pracujących równolegle aby zabezpieczyć się na wypadek awarii któregoś z nich. Przyroda zrobiła to inaczej, a odpowiedź na pytanie „jak?” jest jednym z najbardziej fascynujących problemów biologicznych i technicznych.
Obcując z wielkimi tworami przyrody takimi jak mózg czy system wzrokowy uczymy się pokory. My technicy lubimy popadać w samozadowolenie, a okazuje się, że to co zrobiła przyroda głupich parę miliardów lat temu jest naprawdę wspaniałe
— Miała na to trochę czasu...
—- Tak, ale my dopiero teraz, próbując naśladować te systemy w technice, możemy sie przekonać jak bardzo są one złożone.
— Patrząc na konstrukcję skrzydeł ptaka czy szkielet człowieka podziwiamy perfekcyjną konstrukcję mechaniczną. Często nie zauważamy natomiast sposobu organizacji informacji w organizmach żywych.
— Już na poziomie pojedynczej komórki toczą się niesłychanie złożone procesy regulacyjne, cybernetyczne, informacyjne. Procesy oddychania wewnętrznego, przemiany materii, sterowania metabolizmem da się opisać w kategoriach cybernetyki, tak samo jak procesy przetwarzania informacji w procesorach. Elementami uczestniczącymi w tym procesie są pojedyncze molekuły, nośnikiem informacji jest białko strukturalne będące na granicy możliwej do osiągnięcia miniaturyzacji — na poziomie molekularnym.
W medycynie patrzy się zwykle na człowieka przez pryzmat XIX-wiecznej biochemii. Nasz lek to najczęściei pigułka, metody pozyskiwania informacji to głównie analityka chemiczna. Organizm traktuje się jako obiekt, w którym przebiegają procesy chemiczne, w przyszłości będziemy musieli zwrócić uwagę na przebiegające w nim procesy informatyczne. Oczywiście nie jest to ostatnie słowo. Kiedyś Kartezjusz traktował człowieka jako układ mechaniczny, gdy nauka odkryje nowe sfery, okaże się, że i one są obecne w mechanizmie człowieka
— Programy komputerowe, układy automatyki i sterowania są systemami zdeterminowanymi. Znaczy to, że można przewidzieć jakie parametry przyjmie układ w danej sytuacji. Czy zjawiska przyrodnicze są również zdeterminowane?
— Proces modelowania może również przewidywać zjawiska niezdeterminowane, np. oddziaływania ze strony środowiska. Inna sprawa, czy te zjawiska naprawdę nie dają się przewidzieć, czy my tego nie potrafimy. Jest to jeden z problemów filozofii.
— Czy cybernetyka służy technice czy biologii?
— Cybernetyka oddaje usługi jednej i drugiej stronie. Dzisiaj lepiej wychodzi na tym medycyna, która posiada wiele potrzeb w stosunku do współczesnej techniki, np. w zakresie diagnostyki, terapii, budowy sztucznych narządów. Jeśli cybernetyka jest mostem pomiędzy nauką i techniką, to znacznie częściej maszerują po nim wyroby techniki do biologii i medycyny niż w drugą stronę. Pora jednak na to, by i technika zaczęła częściej korzystać z tego mostu
— Powstają już przecież pierwsze „fabryki bez ludzi” i w pełni zautomatyzowane linie technologiczne.
— Obecne systemy sterowania i automatyki są budowane w oparciu o doświadczenia inżynierskie. Biocybernetyka nie może sobie rościć pretensji do współautorstwa tych rozwiązań. Dalszy rozwój tych dziedzin techniki może być jednak znacznie łatwiejszy, jeśli skorzysta się ze wzorów jakie daje nam natura. Oto przykład:
W systemach analizy obrazu mamy do czynienia z ilością informacji rzędu kilkudziesięciu milionów bitów na sekundę. Zatka to pamięć nawet dużego komputera. Taka sama ilość informacji rejestrowana przez siatkówkę oka podlega natychmiast — jeszcze w samej siatkówce — ogromnej redukcji. Okazuje się, że z tych wielu milionów bitów informacji do strefy decyzyjnej dociera co najwyżej kilkanaście bitów na sekundę. Obróbka informacji dzieje się poza poziomem naszej świadomości. Mamy prawo twierdzić, że działa tu pewien automatyzm, który można odtworzyć w systemach sterowania.
— Cybernetyka była do niedawna świetną zabawą. Psy, żółwie, wiewiórki cybernetyczne — czy były to tylko zabawki dużych dzieci?
— Myślę, że nie była to tylko zabawa, a mam do tego osobiste powody. Moją pracą magisterską na AGH było zbudowanie psa cybernetycznego. Było to bardzo sympatyczne zwierzątko posiadające między innymi słuch. Inaczej zachowywał się, gdy mówiono do niego „ładny piesek, ładny”, a inaczej, gdy wołano „kundel”. Fascynacja cybernetycznymi zwierzakami została mi do dzisiaj, jednak obecnie istniejące narzędzia pozwalają tworzyć takie modele w bardziej wdzięcznej substancji. Ta sama zabawa jest możliwa we wnętrzu komputera. Jest przy tym szybsza, łatwiejsza w modyfikacjach iw sumie tańsza. A że odbywa się w nieco abstrakcyjnym świecie komputerowego ekranu to chyba sprawa drugorzędna.
Warto byłoby natomiast zaapelować do użytkowników komputerów domowych, aby przerwali kontredans gier komputerowych i spróbowali zabawić się w tworzenie takich stworków cybernetycznych działających na komputerach. Jest wspaniała książka nieżyjącego już profesora Mazura — „Cybernetyczna teoria systemów samodzielnych”. Można w niej znaleźć opis prostego modelu czegoś, co działając autonomicznie przypomina zwierzę, człowieka czy może nawet społeczeństwo. Zamodelowałem kiedyś takie „społeczeństwo” na komputerze ODRA 1300. W zależności od warunków stworki walczyły ze sobą lub współdziałały. Daje to niezwykle ciekawe obserwacje, no i można być kreatorem nowych bytów. Każdy posiadacz mikrokomputera ma to w ręku — byle tylko chciał.
— Na następnych stronach „Bajtka” prezentujemy Pański program „Modelowanie rodziny pszczelej”. Czy zosta! stworzony dla pszczelarzy, inżynierów, czy może socjologów.
— Na początku była zwykła ciekawość Czy ten złożony proces da się zamodelować? W efekcie powstał program — znacznie bardziej złożony niż ten publikowany — napisany na „dużym” komputerze. Był on przedmiotem dziesięcioletnich badań.
Model ma bardzo praktyczne ukierunkowanie. Pszczelarz może z jego pomocą przewidywać skutki swoich działań a tym samym może przewidywać optymalne strategie sterowania uwzględniając rozmaite warunki środowiskowe — przede wszystkim pogodę — w sposób bezpieczny, nie zagrażający życiu pszczół. Model może się okazać szczególnie przydatny w sytuacji kiedy cele, dla których będziemy sterowali rodziną pszczelą będą celami nietradycyjnymi. Od tysiącleci ludzie hodowali pszczoły dla miodu. Dzisiaj przed pszczelarstwem mogą stać zupełnie inne zadania.
Chemizacja rolnictwa spowodowała, że wyginęły dziko żyjące owady zapylające rośliny owadopylne. Jeśli chcemy dzisiaj uzyskać prawidłowe plonowanie sadów, gryki czy łubinu to może się okazać, że jest celowym hodowanie pszczół, do których nawet by się dopłacało, a które pełniłyby funkcje usługową w stosunku do rolnictwa. Tradycyjne metody sterowania rodziną pszczelą okazują się w takim przypadku niewystarczające. Nie potrafimy uzyskać maksymalnej liczby pszczół lotnych w stosunkowo krótkim okresie kwitnienia sadów a jednocześnie, żeby przedtem i potem było ich mało. Podobne problemy spotyka się w hodowlach prowadzonych w celu uzyskiwania mleczka, czy stosowanego w farmakologii jadu pszczelego.
Zgodność modelu z rzeczywistymi zjawiskami zachodzącymi w życiu jest bardzo duża. Największy zanotowany błąd wynosił 14%. Oczywiście w przypadku prognozowania dochodzi jeszcze czynnik zmiennych warunków atmosferycznych, a więc błąd może być większy.
— Czy możemy się spodziewać stworzenia tworu o organizacji zbliżonej do organizmu żywego, może samego człowieka?
— Jeśli jeszcze istnieją ludzie, którzy żywią nadzieję, że stworzony zostanie sztuczny człowiek, to stanowią oni mniejszość z co najmniej z dwóch powodów. Po pierwsze dzisiaj znacznie lepiej niż jeszcze kilka lat temu zdajemy sobie sprawę z tego, jak bardzo złożonym systemem jest każdy żywy organizm. Naiwnością i nieuzasadnionym optymizmem byłoby twierdzenie, że potrafimy coś takiego zrobić. Z drugie] strony nie widać rozsądnego celu, dla którego taki duplikat systemu biologicznego miałaby powstać. Z punktu widzenia użyteczności pokraczne roboty przemysłowe, które są karykaturą wyłącznie ręki człowieka, są znacznie bardziej przydatne niż robot podobny do widywanych na filmach fantastyczno-naukowych. Z punktu widzenia inżyniera całość organizmu żywego jest tworem nadmiarowym. Jest w nim mnóstwo rzeczy, które są nam do niczego nieprzydatne. Zbudowanie robota, który wpadałby w Złość — a jest to cechą nawet najbardziej prymitywnego zwierzęcia — lub mógłby zakochać się w innym robocie jest po prostu niecelowe.
Wanda Roszkowska, Roman Poznański
