Гомеостатика – это научное направление, возникшее на пересечении кибернетики и теории систем автоматического регулирования. Свое название гомеостатика получила от греческих слов: homeo – постоянство и statis - состояние.

Все живые организмы могут существовать только при условии постоянства их жизненно важных параметров, например, постоянства температуры тела, кровяного давления и т. д. Это свойство организмов называется гомеостазисом. Однако, как правило, само постоянство не является строго неизменным, оно регулируется соответствующими центрами нервной системы, в зависимости от состояния организма в данный момент времени и воздействий окружающей среды. Например, у человека в нормальных условиях поддерживается температура тела 36,6 ⁰C, а при болезни, чтобы лучше противостоять инфекции, она повышается (повышение температуры на 1 ⁰C почти в 3 раза увеличивает скорость биохимических процессов).

Однако не только живые организмы, но и многие другие сложные системы (экономические, производственные, социальные, политические) в той или иной степени гомеостатичны – у каждой из них есть свои жизненно важные параметры, которые необходимо поддерживать в определенных границах при допустимых изменениях внешней среды.

Понятие “гомеостаз” применительно к физиологии было введено американским физиологом У. Кенноном (1871 - 1945) задолго до появления кибернетики. Позже американский кибернетик У. Эшби создал самоорганизующийся регулятор, способный поддерживать постоянство выходного параметра при больших изменениях входных параметров, характеризующих внешнюю среду. Он назвал этот регулятор гомеостатом. С тех пор понятие гомеостата стало широко использоваться в теории систем автоматического регулирования.

Системами автоматического регулирования (САР) называются системы, способные автоматически поддерживать некоторую регулируемую величину в заданных границах. Рассмотрим пример такой системы (см. рис.), служащей для регулирования уровня воды в баке. При уменьшении уровня H воды в баке, поплавок опускается и, открывая заслонку, увеличивает поток воды, поступающей в бак. При увеличении уровня воды поплавок поднимается и опускает заслонку, уменьшая доступ воды в бак. Вопросы устойчивости, равновесия, чувствительности систем также приходится решать в теории автоматического регулирования.

Существует множество САР – это автопилоты, автомашинисты, регуляторы напряжения тока, регуляторы паровых турбин и др. Такие системы прочно вошли в разнообразные отрасли науки и техники. Целый ряд технических производств (химическое производство, атомная промышленность, металлургия) без САР вообще был бы невозможен.

С гомеостатикой тесно связана проблема многокритериальной оптимизации, когда приходится согласовывать критерии, которые могут противоречить один другому. В гомеостатике это противоречие не устраняется, а, наоборот, используется, чтобы привести систему в нужное состояние. Большинство систем регулирования разнообразных параметров в живых системах используют этот принцип управляемого противоречия – основополагающий принцип гомеоститики. Например, нормальный уровень густоты крови поддерживается в результате одновременного воздействия на нее двух противоборствующих факторов: тромбоциты способствуют свертыванию крови, а клетки, вырабатывающие гепарин, разжижают ее. Клетки околощитовидной железы увеличивают содержание кальция в крови, а так называемые С-клетки щитовидной железы делают все возможное, чтобы кальция в крови было меньше. Огромное число заболеваний связано с тем, что разлаживается управление противоречием: одна из противоборствующий систем начинает угнетать другие, выводит организм из нормального режима функционирования, из режима равновесия и даже может привести систему к гибели. Вопросы равновесия в технических системах изучаются в теории коллективного поведения автоматов.

Гомеостатика делает первые шаги, но достигнутые успехи позволяют полагать, что с ее помощью можно будет:

• создать модели для более глубокого понимания различных патологий в организме человека и животных;
• создать имитационные модели возникновения катастроф в экологических и социальных системах;
• разработать самоприспосабливающиеся системы регулирования для особо ответственных объектов;
• разработать методы анализа поведения человеческих коллективов и многие другие.

 

Материл для запоминания

Гомеостазис – это свойство организмов (систем), заключающееся в поддержании жизненно важных параметров в определенных (постоянных) границах при допустимых изменениях внешней среды.

Гомеостатика – это наука XXI века. Она изучает вопросы поддержания динамического постоянства жизненно важных параметров, функции, ритмов, циклов развития в системах различной природы. В ней рассматриваются вопросы гармонии и дисгармонии в живых, природных, общественных и искусственных системах.

Основополагающим принципом гомеостатики является принцип управляемого противоречия, когда приходится согласовывать факторы, которые могут противоречить один другому. В гомеостатике это противоречие не устраняется, а, наоборот, противоборствующие факторы используются, чтобы привести систему в положение равновесия, в нормальный режим функционирования. К примеру, противоположности можно наблюдать между физическими телами, частями механических устройств, молекулами в химических средах, особями в популяциях и даже между целыми система управления. Например, в судебном разбирательстве, участвуют субъекты "(тела) - (истец/ответчик)", которые находятся в противоречии, да и судебное заседание разворачивается в виде противоборствующих процессов- “защита-обвинение”. Эта система гомеостатична и противоположности в ней - суть системы управления.