Schmitt, Otto Herbert

Otto Herbert Arnold Schmitt ( angl.  Otto Herbert Arnold Schmitt , 6. dubna 1913 - 6. ledna 1998) byl americký biofyzik , vynálezce , inženýr, správce vědy, který významně přispěl k rozvoji metod a technických prostředků biomedicíny. výzkum. Ve 30. letech 20. století Schmitt vynalezl nelineární prahový prvek - Schmittův spínač  - a zlepšil základní elektronické stupně - diferenciální stupeň , sledovač katody a modulátor-demodulátor DC zesilovač ; ve 40. letech 20. století Schmitt vynalezl vizualizér elektrokardiografických signálů a bezkontaktní snímač RF stimulů pro elektrofyziologické přístroje.

Životopis

Původ. Rané práce

Otto Schmitt se narodil v prosperující luteránské rodině v St. Louis [4] . Ottovi již staří rodiče společně řídili rodinný podnik; starší bratr František, který se měl stát Ottovým rádcem a patronem, byl o deset let starší než on [5] . V roce 1927, kdy Otto přešel ze základní školy na střední školu, získal Francis doktorát z fyziologie na Univerzitě St. Louis Washington a pokračoval v postdoktorandské práci na univerzitě v Berkeley a poté odešel do Evropy [5] . Na podzim roku 1929 se Francis vrátil na Washingtonskou univerzitu jako přednášející na katedře zoologie , která se nedávno přestěhovala do nové budovy a neměla prakticky žádné laboratorní vybavení [5] . Šestnáctiletý Schmitt se stal prvním asistentem staršího bratra při uspořádání laboratoře, čímž získal zkušenosti v praktickém přístrojovém vybavení a vědeckém výzkumu [5] . Na doporučení profesorů, kteří si všimli nadaného studenta, Schmitt mladší složil s předstihem zkoušky pro poslední ročník školního vzdělávacího programu a v září 1930 vstoupil do vysokoškolského programu na University of Washington [1] . Protože neměl žádné pevné plány do budoucna, zaměřil se Otto současně na dvě disciplíny – zoologii a fyziku [1] .

V březnu 1931, když byl sedmnáctiletý Otto ještě v prvním ročníku, publikoval časopis Science jeho první vědecký článek („Metoda stabilizace teploty pomocí vakuových lamp “); celkově se Otto v letech 1931-1934 stal autorem osmi článků v recenzovaných časopisech (tři sám a pět ve spolupráci se svým bratrem) [1] [6] . V březnu 1933 podal patentovou přihlášku a o rok později obdržel americký patent na princip využití proudových zdrojů na pentodách jako aktivní zátěže zesilovacích stupňů , což umožnilo znásobit jejich zisk [7] . Brzy korporace RCA využila Schmittův nápad a rozhodně odmítla platit vynálezci licenční poplatky bez soudního rozhodnutí [7] . Náklady na soudní spor byly pro Schmitta neúměrně vysoké, odmítal ve sporu pokračovat a v dalších letech se často ani nepokusil patentovat vlastní nápady a vynálezy [7] .

Na konci svého univerzitního kursu, v létě 1934, přešel Otto na doktorandské studium  - také na křižovatce zoologie a fyziky - a pod vedením Francise začal vyvíjet biofyzikální metody pro studium nervového systému [1]. . Za necelé tři roky postavil experimentální stojan – analogový kalkulátor , který simuloval generování a průchod elektrických signálů v nervech; v rámci tohoto projektu vynalezl svá nejdůležitější obvodová řešení, poprvé popsaná v jeho doktorské disertační práci [1] . Její obhajoba se konala v květnu 1937 a byla odměněna ročním stipendiem Národní rady vědeckých akademií ; v srpnu se Schmitt oženil se svou spolužačkou a asistentkou, učitelkou matematiky Violou Munschovou, a v září novomanželé odešli na University College London , do laboratoře nositele Nobelovy ceny Archibalda Hilla [2] . V Anglii Schmitt připravoval k publikaci články popisující jeho vývoj v letech 1934-1937, včetně článku publikovaného v lednu 1938 o „termionovém spouštěči“ ( Schmittův spouštěč ), a zabýval se experimentálními biofyzikálními studiemi nervového systému olihní (kvůli gigantické velikosti axonů sloužily chobotnice jako vhodný modelový organismus [ 2 ] .

Válečná a poválečná léta

Po návratu na Washingtonskou univerzitu několik dní před vypuknutím druhé světové války se Schmitt spokojil se skromným postavením odborného asistenta, nezbýval čas na vědecký výzkum a nesliboval žádný kariérní růst [8] . Situace se změnila až na jaře 1941, kdy se Francis, který vedl katedru biologie na Massachusetts Institute of Technology , pokusil Ottu k němu nalákat [8] . Schmittovi, který nechtěl zůstat ve stínu svého staršího bratra, se podařilo získat příznivé podmínky od vedení Washingtonské univerzity a přešel k plnohodnotné pedagogické a vědecké práci s vlastním rozpočtem na výzkum a vědecký dohled nad postgraduální studenti [8] . Nicméně, brzy na naléhání Vanivar Bush, Schmitt byl mobilizován pro vojenský aplikovaný výzkum - nejprve na univerzitě, a od ledna 1942 - u State Airborne Instruments Laboratory (AIL) na Long Islandu [3] . Během války Schmitt navrhl a otestoval protiponorkové magnetometry , letecké simulátory a zařízení pro demagnetizaci lodí [3] . Mezi Schmittovy vynálezy této doby patří po válce odtajněný stereoskopický displej pro radarové stanice , který umožňoval operátorovi sledovat cíl v libovolně zvoleném úhlu [3] . Tento a jeho další vynálezy byly patentovány na naléhání vedení laboratoře; Schmitt sám neměl o patentování zájem a všechna práva ke svému dílu převedl na federální vládu [3] .

V září 1946 se Schmittovi přestěhovali zpět do St. Louis: navzdory více než dvojnásobnému poklesu příjmů dali přednost čistě vědecké práci na univerzitě před službou v tehdy privatizované AIL [9] . Schmitt obnovil výzkum nervového systému chobotnic a v roce 1948 publikoval popis svého dalšího velkého vynálezu – bezkontaktního radiofrekvenčního měniče stimulačních impulsů [9] . Poté, co v roce 1949 přijal místo řádného profesora , se Schmitt zaměřil na adaptaci vojensky aplikovaného vývoje pro praktickou medicínu [9] . Prvním výsledkem této práce byl „stereovectorový elektrokardiograf“ (SVEC), trojrozměrné zobrazení EKG založené na jeho válečných vynálezech [9] .

Administrativní a sociální činnost

Schmitt až do konce života pracoval na pomezí medicíny a elektroniky; na konci 60. let to byl on, kdo zavedl pojem biomimetika , v ruštině bionika [9] . V průběhu let se stále více nořil do organizační, společenské stránky vědecké činnosti; bez zkušeností s vnitrouniverzitní politikou se na národní úrovni ukázal jako mimořádně aktivní a efektivní koordinátor a propagátor vědy [10] . Schmitt stál u zrodu mnoha vědeckých a odborných spolků a byl neustále v pohybu, cestoval po tuzemsku i zahraničí (jen v roce 1960 nalétal na služební cesty více než 80 tisíc mil) [10] . V letech 1958-1961 vedl Vědeckou radu amerického letectva pro vesmírnou medicínu , v 70. letech Radu pro lékařskou bezpečnost komunikací na velmi dlouhých vlnách [10] . Na univerzitě Schmitt odmítl zřídit speciální katedru biofyziky, ale na národní úrovni dosáhl uznání Národním institutem zdraví , který rozděloval státní finance na vědu, biofyziku jako samostatnou disciplínu [10] . Schmitt stále nedůvěřoval právní, patentové stránce vědecké činnosti a nabádal kolegy vědce, aby nezasahovali do „kradení myšlenek“ těmi, kdo jsou schopni je uvést do praxe: „Asi jednou za měsíc mohu nechat krást podnikatele nebo politiky můj nápad...je to jen jeden způsob, jak šířit nové. Jedná se o „marketingový trik“, který mi umožňuje zavést užitečnou myšlenku do společnosti, aniž bych kontaktoval finančníky nebo úředníky“ [11] . Při šíření znalostí se Schmitt opíral především o osobní komunikaci a ústní projev; málo psal a málo publikoval [9] . Jediná kniha „napsaná“ jím samotným („Electronic and Computer Research in Biomedical Problems“) je doslovným přepisem třídenního semináře konaného v září 1961 [9] .

V roce 1979 byl Schmitt zvolen řádným členem National Academy of Engineering ; Mezi odborná ocenění a ceny, které obdržel, patří Morlockova cena (1963), Centennial Medal (1987) a Cena za celoživotní dílo (1987) Institutu elektrických a elektronických inženýrů [12] . V roce 1983 podle univerzitní charty přešel sedmdesátiletý Schmitt do funkce emeritního [9] . Schmitt, frustrovaný tím, že jej mnozí kolegové vnímali nikoli jako encyklopedického vědce, ale jako výrobce nástrojů, se zaměřil na sociální aktivity [12] . Odsoudil z jeho pohledu nezdravý stav státní zdravotní politiky a trval na její reformě ze solidní vědecké pozice [12] . Schmittův racionální, vědecký přístup k podávání medicíny koexistoval s iracionální vírou ve vztah mezi tělem a myslí, což ho v průběhu let přivedlo k uznání možnosti paranormálních jevů [12] (podle Schmittových memoárů věřil v nadpřirozeno již v sedmi letech, kdy prožil vidění ducha své mrtvé babičky [5] ).

Schmitt zůstal aktivní až do smrti své manželky v roce 1994; zůstal sám, začal rychle blednout [12] . O tři roky později Schmitt, který trpěl Alzheimerovou chorobou , zemřel v pečovatelském domě v Minneapolis [12] .

Vědecké dědictví

Největší oblastí Schmittova zájmu co do počtu publikací byla praktická elektrokardiografie (93 prací) a interdisciplinární témata biomedicínské či klinické instrumentace [13] . Několik prací z 60. let se zabývalo problémy chronobiologie ; v roce 1970 se Schmitt stal spoluautorem amerického vesmírného chronobiologického výzkumného programu (částečně realizován) [13] . 21 Schmittova práce je věnována experimentální elektrofyziologii : proudově-napěťové charakteristiky buněčných membrán , změny odporu a kapacity membrány při buzení vnějším podnětem a šíření elektrických podnětů [14] . Práce tohoto okruhu, soudě podle důležitosti témat, úrovně časopisů a úrovně spoluautorů (včetně laureátů Nobelovy ceny Archibalda Hilla a Bernarda Katze ), jsou nejvyšším Schmittovým počinem [14] . Byl však předurčen vstoupit do učebnic ne jako biofyzik, ale jako vývojář Schmittovy spouště [15] .

Příspěvky do elektroniky

Z přibližně tří set publikovaných článků a šedesáti Schmittových patentů jsou necelá 3 % věnována přímo elektronice, přesněji elektronice biomedicínských zařízení [16] . Tyto práce měly největší praktický význam a přinesly Schmittovi uznání mimo komunitu biofyziků [16] .

Schmittův spoušť  – nelineární obvod se dvěma spínacími prahy – vyvinul Schmitt sám v letech 1934-1937 jako součást experimentálního stojanu, který simuloval průchod elektrických signálů v nervových buňkách [16] . Schmitt věděl, že když je buněčná membrána excitována elektrickým signálem, její aktivní a kapacitní odpor se náhle změní a že prahové hodnoty přechodu z „nízkého“ stavu do „vysokého“ stavu se liší [16] . K simulaci elektrických vlastností membrány použil obvod na třech triodách (vstupní zesilovač a diferenciální pár  - vlastní Schmittova spoušť), který pomocí relé fyzicky propojil kondenzátor se signálovou cestou [16] . Schmitt předložil podrobný, ale nedostatečně jasný popis provozu okruhu ve své doktorské práci v roce 1937, zkrácený popis v časopiseckém článku z roku 1938 [16] . Není s jistotou známo, jak se Schmittův obvod rozšířil za hranice biomedicínského přístrojového vybavení [14] , ale stal se (přesněji řečeno jeho principem vtěleným do jiných obvodových řešení) základním prvkem analogového i digitálního systémového inženýrství a Schmittovo jméno vstoupil do učebnic spolu se jmény Kirchhoffa a Thevenina [17] .

Další publikace Schmitta z roku 1937 popsala diferenciální kaskádu pro zesílení slabých biologických signálů [14] . Toto téma, na rozdíl od Schmittova spouštěče, přilákalo mnoho paralelních badatelů [18] [14] . V letech 1936-1937 Alan Blumlein a Franklin Offner navrhli své verze diferenciálního stupně , nicméně jejich obvody byly navrženy pro zesílení vysokofrekvenčních signálů a nemohly sloužit jako stejnosměrné zesilovače [18] . Schmittův obvod z roku 1937 zase neuspokojivě potlačil šum v běžném režimu, ale dokázal zesílit stejnosměrný proud a byl postaven nikoli na triodách, ale na pentodách [18] . V roce 1938 Schmitt publikoval nový návrh diferenciálního stupně optimalizovaný pro provoz v asymetrickém invertujícím režimu a schopný zesilovat stejnosměrný proud [19] [20] . Konečně v roce 1941 Schmitt publikoval podrobnou analýzu činnosti diferenciálního stupně, včetně použití lokální zpětné vazby prostřednictvím katodových odporů a alternativní konfigurace se dvěma proudovými zdroji a jedním zpětnovazebním odporem [21] .

Schmittův třetí hlavní vynález, bezkontaktní RF stimulační převodník pro elektrofyziologické studie, jako je Schmittův spouštěč, sahá až k jeho experimentům ve 30. letech 20. století [14] . Biofyzici-experimentoři se potýkali s problémem galvanických a kapacitních spojení mezi zdrojem excitačních impulsů a přijímačem (senzorem) odezvy organismu; rušení, které přicházelo těmito spoji na vstup vysoce citlivého zesilovače, generovalo dlouhodobé přetížení [22] . Schmitt navrhl přerušit spojení v dráze buzení oddělením zdroje pulsů od budicí elektrody vrstvou vzduchu. Výstupní impuls zdroje byl přiveden do jednoduchého jednotrubkového vysokofrekvenčního generátoru a generovaný signál byl demodulován pasivním detektorem germaniové diody [ 23] . Bezkontaktní Schmittův měnič na rozdíl od izolačních transformátorů mírně zkresloval tvar pulsu a stal se proto nepostradatelnou součástí elektrofyziologických přístrojů [14] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Washington University.
2. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Postdoktorandské roky.
3. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , War Work.
4. ↑ Harkness, 2002 , Rodina.
5. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , Raná léta.
6. ↑ Harkness, 2002 , Poznámka 21 (úplný seznam).
7. ↑ 1 2 3 Schwan a Geselowitz, 2002 , s. 203.
8. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , do Minnesoty.
9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Harkness, 2002 , Zpět do Minnesoty.
10. ↑ 1 2 3 4 Harkness, 2002 , Beyond Campus Borders.
11. ↑ Harkness, 2002 , Sidebar 4: Idea Stealing Program.
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , vrchní státník vědy a techniky.
13. ↑ 1 2 Valentinuzzi, 2004 , str. 44.
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Valentinuzzi, 2004 , str. 43.
15. ↑ Abramashvili N. I., Ermolov P. P. Říkáme Schmitt - myslíme spoušť (k 100. výročí narození Otty Herberta Schmitta) // 9. mezinárodní vědeckotechnická konference mládeže "Moderní problémy radiotechniky a telekomunikací RT-2013", duben 22-26, 2013, Sevastopol. — 2013.
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Valentinuzzi, 2004 , str. 42.
17. ↑ Valentinuzzi, 2004 , str. 45.
18. ↑ 1 2 3 Jung, 2005 , str. 773.
19. ↑ Jung, 2005 , str. 774.
20. ↑ Jung, 2005 , str. 785.
21. ↑ Jung, 2005 , s. 774-775.
22. ↑ Kimura J. Elektrodiagnostika u nemocí nervů a svalů: principy a praxe. — Oxford University Press. - S. 94. - ISBN 9780198029717 .
23. ↑ Schmitt O. Radiofrekvenčně vázaný tkáňový stimulátor // Science. - 1948. - Č. 23. dubna - S. 432. - doi : 10.1126/science.107.2782.432 .

Literatura

• Harkness J. A Lifetime of Connections. Otto Herbert Schmitt, 1913–1998 // Fyzika v perspektivě. - 2002. - č. 4. - S. 456-490.
• Jung W. . Příručka aplikací operačních zesilovačů. -Analog Devices/Elsevier, 2005. -ISBN 0916550265. —ISBN 0750678445.
• Schwan H., Geselowitz D. Otto H. Schmidt // Pamětní pocty. - 2002. - Sv. deset.
• Valentinuzzi M. Otto Herbert Arnold Schmitt (1913–1998), průkopník // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. - 2004. - Č. prosince. - S. 42-46. - doi : 10.1109/MEMB.2004.1378632 .

Odkazy

• Biomimetická charitativní  nadace
• The Bakken Library and Museum , A Lifetime of Connections: Otto Herbert Schmitt,  1913-1998
• Otto H. Schmitt Online Interpretive Center Archivováno 15. dubna 2012 na Wayback Machine , spravovaném University of  Minnesota

Genealogie a nekropole	Najděte hrob WikiStrom
V bibliografických katalozích	GND : 124681913 VIAF : 64946275 WorldCat VIAF : 64946275