Устройство для моделирования биологических систем

.абдо аБИЗОБРЕТЕН ИЯ Совэ СоветскниСоцналнстнческнкРеспублик н 1746595 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М. Кл,О 06 б 7/60 Ьеударстееииый комитет СССР по делам изооретеиий и открытийДата опубликования описания 10,07.80(72) Авторы изобретения А. ф. Лавренюк и В. Н. Лавренюк Томский ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехнический институт им, С. М, Кирова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМИзобретение относится к кибернетическим. устройствам для моделированиядинамики биологических систем, в которых основными процессами развития являются воспроизводство и гибель,Известно устройство для моделирования объекта биологической системы Г 11,содержащее последовательно соединенноенелинейное 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, использующее в качестве моден ирукицей среды оптроны, соединенные в сетку, содержащее оптически и электрически связанные между собой согласно моделируемой системе модуликаждый из которых содержит управляющие источники света и фоторезисторы, один из выходов которых соединен с узловойточкой модели 21.Недостатком этого устройства является малая точность моделирования биологических систем из за отсутствия рядавзаимодействий 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 моделируемойсистеме модули, каждый из которых содержит управлякщие источники света ифотореэисторы, одни из выводов которых соединены с узловой точкой, введены емкостной элемент и дополнительный управляющий источник света, одиниэ выводов которого соединен с одномиз выводов емкостного элемента и с узловой точкой; другие выводы дополнительного управляющего источника света иемкостью элемента подключены к шине5 4света задавать начальные параметры модели в соответствии с условиями решаемой задачи.Если применять в устройстве фоторезисторы а нулевой" начальной проводимостью, последние можно испольэовать в качестве ключей и в зависимости,от характера развития моделируемой биосидтемы подключать ту или иную цепочку.Рассмотрим работу устройства в режиме моделирования динамики биосистем, Если биосистема состоит иэ нескольких биологических групп, которые отличаются и видом, и характером развития и степенью взаимодействия, для моделирования поведения 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 элемента1 и реэисторной цепочки с фоторезистором 3 подключен нулевой потенциал, а к свободному выводу реэисторной цепочки с фоторезистором 2 подключен потенциал, создающий в этой цепочке ток, пропорциональный узловому потенциалу Ч.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, Подключенние 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 пространственно- распределенных биологических систем моделируемую систему разбивают на груп- пы с сосредоточенными параметрами и 55. Использование фоторезисторов, позволило эффективно реализовать взаимныефсвязи в моделируемой биосистеме;"а так " же с помощью допОлнительных источников 3 74659нулевого потенциала, другие выводы фоторезисторов через соответствующие управляющие источники света подключенык управляющим входам модуля.Структурная схема одного модуля уст 5ройства приведена на чертеже.Модуль содержит емкостной элемент 1,применяемь 1 й для имитации процесса накопления, фоторезисторы 2-5, применяемые для моделирования процессов разви бтия, управляющие источники света 6-10, применяемые для изменения проводимости элементов 2-5 в соответствии с характером моделируемых процессов развития, и управляющие входы 11-14, Емкостной элемент 1, дополнительный управляющий источник света 10 и резисторные цепочки, каждая из которых содержит последовательно включенные фотореэисторы 25 и управляющие источники 2 освета 6-9,подсоединены одним из своихвыводов к обшей узловой точке. К другим свободным выводам этих элементовподключены потенциалы Чо, ,Чч всоответствии с условиями решаемой задачи."Электрический потенциал Ч в узловойточке, пропорциональный заряду, аккумулированному в емкостном элементе 1," ймйтирует основные количественные характеристики моделируемой биосистемы,например биомассу, численность биологических объектов и т. д.Резисторные цепочки предназначены " для моделирования основных процессов з 5развития - размножения, гибели, трансформации и взаимных переходов. Токи, -"протекающие через резцсторные цепочки,имитируют эти . процессы. Проводимостьрезисторных цепочек задается пропорцио рнально соответствующим факторам развития. Управляющие источники света 6-10одновременно используются как источникиинфбрмации и как орган управления. Яркость свечения источников света пропорци ональна току, протекающему через них.Благодаря светимости этих источниковсвета можно получать визуальную информацию о моделируемом процессе и одновременно реализовать взаимные связимоделируемых процессов посредством оптических связей. Яркость свечения источника света 1 0 пропорциональна потенциалув узловой точке.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 20 М 276537, кл. О 06 О 7/60, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР Мц 323785,кл. С 06 С 7/48, 1970.Тираж 751 ИПИ Государственного по делам изобретений Москва, Ж, Раушсаз 3952/41 исное ССР ит и открыти кая наб., д 1303 ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 746595 6для 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 повыше- этом с помощью резисторных цепочек с ния точности модулирования биологичесфоторезисторами 4 и 5 соединяют рядом ких систем, в каждый модуль устройства расположенные модули, имитируя с по-введены емкостной элемент и дополни- мощью этих цепочек перенос, например тельный управляющий источник света, диффузию,из одной пространственной груп- один из выводов которого соединен с одпы в другую. ним из выводов емкостного элемента иБлагодаря введению новых элементов с узловой точкой, другие выводы дополи связей между ними повышается точ 10 нительного управляющего источника све. ность моделирования биологических сис- та и емкостного элемента подключены к тем, шине нулевого потенциала, другие выводыфоторезисторов 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.