ЗАДАНИЕ Биотехническая система. Классификация. Структура, элементы, каналы взаимодействия. Принципы построения. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ Биотехническая система называется система, технические и биологические звенья (элементы) которой объединены в едином контуре управления для достижения целевой функции. Таким образом, биотехническая система представляет, во-первых, совокупность технических и биологических звеньев (элементов), и, во-вторых, обязательным условием является наличие контуров управления, в которые включены и технические и биологические звенья для достижения целевой функции системы. Приведем пример, простую совокупность технических звеньев – различные приборы, средства измерения, отображения информации, средства управления и человека (биологическое звено) для неработающей системы (система в выключенном состоянии) нельзя рассматривать как биотехническую систему. Эту же систему в рабочем состоянии, в том случае, когда измерительная информация от объекта управления поступает на средства обработки информации, далее систему отображения информации, далее предъявляется человеку-оператору, который участвует в процессе обработки информации и принятии решения по управлению объектом, далее управляющие сигналы от человека-оператора поступают на средства воздействия, средства управления техническим объектом, следует рассматривать как биотехническую систему. В зависимости от целевого назначения биотехнические системы подразделяются на: 1. Биотехнические системы эргатического типа (назначения); 2. Биотехнические системы медицинского назначения; 3. Биотехнические системы экологического назначения. Биотехнические системы эргатического типа (назначения) – по сути системы человеко-машинная система, в которой биологическое звено- человекоператор управляет работой системы. Биотехнические системы медицинского назначения – система, содержание различные инструментальные средства для реализации различных медикобиологических исследований. В свою очередь, биотехнические системы медицинского назначения подразделяются на диагностические БТС, предназначенные для осуществления диагностических исследований; терапевтические, предназначенные для формирования лечебного воздействия; реабилитационного назначения – для реализации медицинской реабилитации, восстановления утраченных функций систем организма, мониторинговые системы – для длительного наблюдения за состоянием человека и предупреждения нежелательных нарушений в функциональной деятельности организма и т.д. Наряду с техническими и биологическими звеньями в структуре биотехнической системы следует выделить каналы взаимодействия. Взаимодействие между элементами системы в БТС может осуществляться с использованием физических полей и вещества, поэтому следует выделять каналы взаимодействия: - каналы энергетического взаимодействия (используется энергия полей для взаимодействия между биологическими и техническими элементами); - каналы вещественного взаимодействия (используется вещество). Например, в БТС медицинского назначения используется фармакологическое воздействие на человека. - каналы информационного взаимодействия (управление техническими и биологическими звеньями системы осуществляется на основе информации. В свою очередь, в зависимости от вида используемых полей и сенсорной системы человека (биологического объекта), участвующей в получении информации канал информационного взаимодействия подразделяется на: - канал информационного взаимодействия оптического типа; - канал аудио информационного взаимодействия; - канал тактильного взаимодействия; - канал вибрационного взаимодействия и т.д. Принципы построения Биотехнических систем. При построении биотехнических систем необходимо руководствоваться принципами (правилами) построения, применение которых позволит оптимизировать структуру и характеристики БТС, обеспечить максимальное согласование звеньев (элементов) системы, повысить эффективность сиснтеза биотехнической системы. Совокупность принципов построения БТС следует подразделить на две группы. Первая группа принципов построения – общетехнические, которые относятся ко всем биотехническим система. Перечислим общетехнические принципы: Принцип адекватности условий. Этот принцип требует создания условий для функционирования биологических звеньев системы, которые адекват- ны условиям естественного функционирования (обитания). Создание условий, не адекватных естественным условия может вызвать изменения в функционировании систем организма, изменение физиологических и психофизиологических характеристик и как следствие – невозможность достижения целевой функции биотехнической системы. Принцип единства информационной среды. Этот принцип требует согласования характеристик информационных потоков в каналах информационного взаимодействия и контурах управления. Информационные характеристики источника информации, например средства отображения информации, должны быть согласованы с информационными характеристиками приемника, например зрительной системы человека. Пропускная способность приемника должна быть не ниже пропускной способности источника. В крайнем случае, возможна потеря информации и неадекватное управление состоянием системы. Принцип поэтапного моделирования биотехнической системы. Этот принцип предполагает последовательное поэтапное уточнение функций биологического объекта в контуре управления, его взаимодействия с техническими звеньями системы и уточнение характеристик канала взаимодействия с целью оптимизации функционирования всей биотехнической системы. Вторая группа принципов – частные принципы, которые учитывают специфику конкретной синтезируемой биотехнической системы. Они формулируются исходя из специфики взаимодействия биологического звена (элемента) с техническими элементами в контуре управления для конкретного вида деятельности биотехнической системы, должны учитывать режимы работы, характер проводимых медико-биологических исследований. Например, в системах для исследования цветового зрения, необходимо обеспечивать изменение цветовых характеристик зрительных стимулов при неизменности их яркости. В этой связи необходимо выполнять принцип независимости задания и изменения параметров цвета. В системах искусственной вентиляции легких необходимо обеспечить независимость задания и изменения объема вентиляции, продолжительности вдоха и выдоха. Некоторых случаях требуется обеспечить неизменность скорости вентиляции и т.д. Поэтому частные принципы построения формулируются исходя из особенностей конкретных медико-биологических исследований. Выполнение общих и частных принципов построения биотехнических систем позволяет синтезировать системы, в которой оптимально согласованы между собой технические и биологические звенья системы, что в свою очередь позволяет оптимизировать функционирование всей системы.