Устройство для моделирования биологических систем

Союз Советскни

Соцналнстнческнк

Республик

< 746595

1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6) ) Дополнительное к авт. санд-ву(22) Заявлено 31.01.78 (2 I ) 2579162/18 24 с присоединением заявки М—

{23) Прнорнтет—

Опубликовано 07.07,80. Бюллетень М 25 (5! )М. Кл, t 06 G 7/60 тееударстееииый комитет

СССР по делам изооретеиий и открытий (5З) ДК 681.333 (088.8) Дата опубликования описания 10.07.80 (72) Авторы изобретения

А. Ф. Лавренюк и В. Н. Лавренюк

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им, С. N, Кирова (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Изобретение относится к кибернетическим- устройствам для моделирования динамики биологических систем, в которых основными процессами развития являются воспроизводство и гибель.

Известно устройство для моделирования объекта биологической системы Ll), содержащее последовательно соединенное нелинейное звено, усилитель, звено запаздывания и фильтр нижних частот. Устройство позволяет воспроизводить известные свойства динамики развития микробной популяции, однако не дает возможности моделировать взаимосвязи различных биологических групп.

Наиболее близко к предлагаемому является устройство, испол ьзующее в качестве моделирующей среды оптроны, соединенные в сетку, содержащее оптически и электрически связанные между собой согласно моделируемой системе модули,,каждый из которых содержит управляющие источники света и фоторезисторы, один из выходов которых соединен с узловой точкой модели (21.

Недостатком этого устройства является малая точность моделирования биологических систем из за отсутствия ряда взаимодействий между элементами системы.

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый модуль устройства, содержащего оптически и электрически связанные между собой согласно моделируемой системе модули, каждый из которых содержит управлякщие источники света и фотореэисторы, одни из выводов которых соединены с узловой точкой, введены емкостной элемент и дополнительный управляющий источник света, один иэ выводов которого соединен с одном из выводов емкостного элемента и с узловой точкой; другие выводы дополнительного управляющего источника света и емкостью элемента подключены к шине

3 7465 нулевого потенциала, цругие вывоцы фот>ор>ез*ис>торов через соответствующие управляющие источники света подключены к управляющим входам модуля.

Структурная схема одного модуля уст5 ройства приведена на чертеже.

Модуль содержит емкостной элемент 1, применяемь1й для имитации процесса накопления, фоторезисторы 2-5, применяе"мые цля моделирования процессов развития, управляющие источники света 6-10, -"-"применяемые для изменения проводимости элементов 2-5 в соответствии с характером моделируемых процессов развития, и управляющие BKogbl 11-14. Ем- 15 костной элемент 1, дополнительный управляющий источник света 10 и резисторные цепочки, каждая из которых содержит последовательно включенные фотореэисторы 2«5 и управляющие источники gp света 6-9, подсоединены одним иэ своих выводов к обшей узловой точке. К другим свободным вывоцам этих элементов подключены потенциалы Чо,...,Чч в соответствии с условиями решаемой за- 2s дачи.

Электрический потенциал Ч в узловой точке, пропорциональный заряду, аккумулированному в емкостном "элементе 1, ймйтиру>-ет основные количественные ха- 30 рактеристики моделируемой биосистемы, например биомассу, численность биологических объектов и т. ц.

Резисторные цепочки предназначены

"" "для моделирования основных процессов зз развития - размножения, гибели, трансформации и взаимных переходов. Токи, "протекающие через резцсторные цепочки, имитируют эти . процессы. Проводимость резисторных цепочек задается пропорцио- 4р нально соответствующим факторам развития. Управляющие источники света 6-10 одновременно используются как источники информации и как орган управления. Яркость свечения источников света пропорци-4S ональна току, протекающему через них.

Благодаря светимости этих источников света можно получать визуальную информацию о моделируемом процессе и одновременно реализовать взаимные связи 5р моделируемых процессов посредством оптических связей. Яркость свечения источника света 1 0 пропорциональна потенциалу V в узловой точке.

Использование фоторезисторов, позволило эффективно реализовать взаимные связи в моделируемой биосистеме; а так« же с помощью допОлнительных источников

95 ф света задавать начальные параметры модели в соответствии с условиями решаемой задачи.

Если применять в устройстве фоторезисторы с нулевой" начальной проводимостью, последние можно испольэовать в качестве ключей и в зависимости,от характера развития моделируемой биосид".емы подключать ту или иную цепочку.

Рассмотрим работу устройства в режиме моделирования цинамики биосистем.

Если биосистема состоит иэ нескольких биологических групп, которые отличаются и BHQOM> и характером развития и степенью взаимодействия, для моделиро. вания повецения каждой группы берут один модульный элемент, параметры которого выбирают в соответствии с характеристиками моделируемой группы.

Между модулями, моделирующими все группы, входящие в систему, осуществляются оптико-электрические,связи в соответствии со взаимосвязями в самой биосистеме, причем резисторные цепочки с фоторезисторами 2 и 3 применены для моделирования естественных процессов размножения и гибели, а реэисторные цепочки с фоторезисторами 4 и 5 — для моделирования дополнительных факторов развития, например, принудительной гибели, взаимных переходов. При этом к свободным выводам емкостного элемента ..

1 и реэисторной цепочки с фоторезисто- . ром 3 подключен нулевой потенциал, а к свободному выводу реэисторной цепочки с фоторезистором 2 подключен потенциал, создающий в этой цепочке ток, пропорциональный узловому потенциалу V.

К резисторной цепочке с фоторезистором 2 подключен потенциал, пропорциональный некоторому лимитирующему фактору, величина тока, протекающего при этом через эту цепочку регулируется с помощью управляющего элемента 10. С помощью резисторной цепочки с фотореристором 4 можно моделировать приход в данную биологическую группу из другой, а с помощью цепочки с фоторезистором 5 - уход из группы. Подключе> ние потенциалов в этом случае производится так же, как и в цепях с фоторезисторами 2 и 3, связь с другими группами осуществляется посредством электрических и оптических связей. .При моделировании пространственнораспределенных биологических систем моделируемую систему разбивают на группы с сосредоточенными параметрами и

Устройство для моделирования биоло- гических систем, содержащее оптически и электрически связанные между собой согласно моделируемой системе модули, каждый из которых содержит управляющие источники света и фоторезнсторы, одни из выводов которых соединены с узИсточники информации; принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

2о N. 276537, кл. G 06 G 7/60, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

% 323785, кл. G 06 С 7/48, 1970. (прототип) .

Составитель А. Яицков

Редактор Б. Федотов Техред Э. Фечо Корректор Н. Стец

Заказ 3952/41 Тираж 751 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 746595 6 для моделирования каждой такой группы ловой точкой модели, о т л и ч а ю— применяют описываемые модули. При щ е е с я тем, что, с целью повышеэтом с помощью резисторных цепочек с ния точности модулирования биологичесфоторезисторами 4 i 5 соединяют рядом ких систем, в каждый модуль устройства расположенные модули, имитируя с по- введены емкостной элемент и дополнимощью этих цепочек перенос, например тельный управляющий источник света, диффузию,из одной пространственной груп- один N3 выводов которого соединен с одпы в другую. ним из выводов емкостного элемента и

Благодаря введению новых элементов с узловой точкой, другие выводы дополи связей между ними повышается точ- О нительного управляющего источника све. ность моделирования биологических сис- та и емкостного элемента подключены к тем. шине нулевого потенциала, другие выводы фоторезисторов через соответствующие управляющие источники света подключены

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я !5 к управляющим входам модуля.