В биологии организмы обладают элегантными и сложными стратегиями обеспечения надежности и безопасности, которые могут быть использованы для создания более совершенных инженерных систем. Эта тема изучается уже более 20 лет. В 2002 г. профессор инженерных наук Стюарт Берджесс опубликовал в журнале Journal of Process Mechanical Engineering обзорную статью под названием «Стратегии надежности и безопасности живых организмов: потенциал для биомимикрии». Он привел более 32 таких стратегий у различных организмов – от глубоководных рыб с их уникальными структурами тела до человека (и, конечно, других существ) с его самовосстанавливающейся кожей.

В его статье эти невероятные механизмы рассматриваются с точки зрения потенциальной биомимикрии. Разумный замысел (ID) – это теория, согласно которой организмы были оптимизированы разумными процессами. Соответственно, по сравнению с эволюционной теорией, ID дает больше оснований для подражания биологическому дизайну. В противоположность этому эволюционное мышление указывает на многочисленные, казалось бы, неудачные конструкции как на примеры того, что эволюция работает как неуправляемый процесс, который может только халтурить. Интересно, что многие утверждения о плохом дизайне – мусорная ДНК, человеческий аппендикс, голеностопный сустав, обратная проводка человеческого глаза, корректция, опосредованная гидролизом GTP, и другие – оказались неверными, когда были приняты во внимание инженерные ограничения, наложенные на эти системы.

Стюарт Берджесс опубликовал множество работ в области биомиметики, показывая, как сложные конструкции, встречающиеся в природе, могут помочь вдохновить и усовершенствовать человеческие технологии. На протяжении всей статьи он подчеркивает превосходство природных систем над созданными человеком:

«[…] Человеческое сердце может функционировать как самоподдерживающаяся подсистема в течение 75 лет и более. За это время оно сокращается порядка 2,5 млрд. раз и перекачивает порядка 150 млн. литров крови. Такая производительность превосходит любой искусственный насос, работающий в аналогичных условиях, и, действительно, очень трудно создать искусственную замену сердцу, которая была бы близка по своим возможностям к живому сердцу.

Однако системы обеспечения безопасности в технике относительно просты по сравнению с теми, которые существуют в природе».

Подобные системы и процессы

В начале статьи Берджесс обсуждает сходство между биологическими и инженерными системами. В статье приведен список аналогичных систем и процессов. Например, сердце похоже на объемный насос, мышцы – на привод, и как в биологии, так и в инженерных технологиях присутствуют такие вещи, как системы газообмена или сбора и контроля данных. Далее в статье рассматриваются стратегии надежности в природе. Приведен список из 17 таких стратегий, которые используются как в природе, так и в технике. В качестве примера можно привести плановый осмотр. Для этого пункта Берджесс включает осмотр летных перьев в качестве биологического примера и обнаружение трещин или изломов в качестве инженерного примера. Берджесс рассматривает все 17 стратегий, начиная с тех, которые обычно используются в технике, и затем переходя к тем, которые в настоящее время в технике не используются. Он также обсуждает использование минимального количества деталей, или простоту в инженерии организмов, для снижения риска отказа. Он отмечает, что «простота – это цель проектирования, которая должна быть тщательно определена инженерами-проектировщиками».

Далее Берджесс описывает 15 стратегий безопасности, используемых в природе. В качестве примера он приводит визуальные предупреждения. В биологии существуют цветовые коды, обозначающие яд, а в технике – предупреждающие знаки. Он отмечает:

«Поскольку человек – это биологическая система, стоит обратить особое внимание на предупреждающие сигналы, используемые в природе. Естественные сигналы и звуки, используемые в природе, могут вызывать у человека инстинктивную и быструю реакцию. Если это действительно так, то природные сигналы предупреждения могут оказаться более эффективными в инженерных системах, чем случайно выбранные предупреждающие знаки».

Неожиданные результаты для дарвиновской эволюции

Цель данного исследования – показать, насколько инженерные системы похожи на биологические, и тем самым повысить надежность инженерных систем. Берджесс отмечает, что широкое использование стратегий надежности в природе способствует их дальнейшему и более широкому применению в технике. В заключение он прогнозирует, что по мере развития техники применение биологических методов обеспечения надежности и безопасности будет становиться все более распространенным. Некоторые из технологий, используемых биологическими организмами, найдут свое применение в человеческих инженерных конструкциях, чего, с точки зрения дарвинизма, ожидать не приходится.