Читать книгу Экзоскелеты человека: введение - - Страница 4

2.1. Гравитация как главный внешний фактор существования живого

Если попытаться выделить самый универсальный, самый постоянный и самый навязчивый фактор, в котором живет любое земное существо, то окажется, что это гравитация. Мы настолько привыкли к ней, что перестаем замечать ее влияние. Но организм замечает. Он фиксирует дискомфорт, ограничения, усилия – и именно это заставляет нас адаптироваться, изменяться, развиваться. По мнению член-корреспондента РАН, профессора Инесы Бенедиктовной Козловской (1927-2020), отвечавшей за медико-биологическое обеспечение космических полетов, развитие живых существ можно рассматривать как результат успешной борьбы с силами природы.

Если внимательно взглянуть на эволюцию, можно представить ее как многомиллионолетнюю историю борьбы живых существ с притяжением Земли. Чтобы удержаться, двигаться, подниматься и не разрушаться, живому приходилось формировать сложные механические и биологические решения. Так развились костный скелет, мышечная система, сенсорные механизмы и управление движением. То, что мы воспринимаем как естественный порядок вещей – стоять, ходить, держать предметы, – само по себе является победой живого над гравитацией. Именно в условиях гравитации возникла та структура, которую мы воспринимаем как человеческое тело.

2.2. Масса и вес: почему на Земле они имеют особое значение

Даже в условиях орбиты человек продолжает обладать массой. Ее можно косвенно измерить, и она остается физически значимой величиной. Но именно на поверхности Земли вес приобретает ключевую роль.

Вес определяет, какую силу нужно приложить, чтобы поднять руку, удержать позу или стабилизировать шаг. Без постоянного ощущения собственного веса человек не способен:

– координировать движение;

– оценивать усилия;

– взаимодействовать с предметами;

– сохранять чувство равновесия.

Гравитация – это не фон. Это активный участник нашего движения, постоянный противник, с которым нужно считаться.

2.3. Минимальные формы жизни: чувствует ли амеба свое движение?

Пример амебы показывает, что даже самые простые формы жизни вынуждены реагировать на внешние воздействия. У амебы нет ни мозга, ни специализированных органов чувств, однако она:

– реагирует на стимулы;

– изменяет направление движения;

– избегает вредных условий.

Говорить о ее «понимании» движения в человеческом смысле, конечно, нельзя. Но можно говорить о примитивном, механистическом уровне восприятия – примерно, как у беспилотного автомобиля, который распознает препятствие и объезжает его, не «осознавая» происходящее.

Это важный пример: даже примитивная жизнь уже работает против гравитации и среды.

2.4. Мозг как система управления движением

В контексте активности живых существ мозг следует рассматривать не как орган чувств или инструмент эмоций, а как систему управления движением. Его ключевая функция – координация активности тела в условиях притяжения Земли.

С этой точки зрения мозг – не абстрактный орган «мышления», а высокоорганизованный управляющий центр, обеспечивающий:

– устойчивость;

– точность движений;

– адаптацию к изменениям среды;

– компенсацию внешних сил, включая гравитацию.

Без этой системы человек не смог бы эффективно противостоять притяжению, а значит – не смог бы стоять, ходить, поднимать и удерживать предметы.

2.5. Скелет как живая механическая конструкция

Когда мы говорим о скелете в контексте противодействия притяжению, полезно рассматривать его не только как набор костей и не только как продукт биологии. С инженерной точки зрения это несущая конструкция, оптимизированная эволюцией под постоянный весовой фактор, и которая:

– обеспечивает устойчивость;

– распределяет нагрузки;

– взаимодействует с мышечными приводами.

В этом смысле человеческий скелет играет ту же роль, что и каркас робота, а экзоскелет – лишь внешняя конструкция, повторяющая или дополняющая функции внутренней.

Понимание того, как живое тело борется с гравитацией, помогает сформировать инженерное мышление, необходимое для создания современных экзоскелетов.

Контрольные вопросы

1. Влияет ли гравитация на формирование живых существ на Земле?

2. Зачем нужен мозг, если рассматривать вопрос с точки зрения активности живых существ?

3. Понимает ли амеба, одно из простых живых существ, куда она двигается, ощущает ли движение?

4. В контексте противодействия гравитации чем является скелет человека?

5. Почему инженер, создающий экзоскелет, должен понимать биомеханику противодействия гравитации?