Schmitt, Otto Herbert

Otto Herbert Arnold Schmitt ( eng.  Otto Herbert Arnold Schmitt , 6. huhtikuuta 1913 - 6. tammikuuta 1998) oli yhdysvaltalainen biofyysikko , keksijä , insinööri, tieteen ylläpitäjä, joka antoi merkittävän panoksen biolääketieteen menetelmien ja teknisten välineiden kehittämiseen. tutkimusta. 1930-luvulla Schmitt keksi epälineaarisen kynnyselementin - Schmitt-liipaisimen  - ja paransi elektronisia perusasteita - differentiaaliasteen , katodisuuraajan ja modulaattori-demodulaattorin tasavirtavahvistimen ; 1940-luvulla Schmitt keksi elektrokardiografisen signaalin visualisaattorin ja kosketuksettoman RF-ärsykeanturin sähköfysiologisia laitteita varten.

Elämäkerta

Alkuperä. Varhainen työ

Otto Schmitt syntyi vauraaseen luterilaiseen perheeseen St. Louisissa [4] . Oton jo iäkkäät vanhemmat johtivat yhdessä perheyritystä; vanhempi veli Francis, jonka oli määrä tulla Otton mentoriksi ja suojelijaksi, oli häntä kymmenen vuotta vanhempi [5] . Vuonna 1927, kun Otto siirtyi ala-asteesta lukioon, Francis suoritti fysiologian tohtorin tutkinnon St. Louis Washingtonin yliopistosta ja jatkoi tohtorintutkintoa Berkeleyn yliopistossa ja lähti sitten Eurooppaan [5] . Syksyllä 1929 Francis palasi Washingtonin yliopistoon luennoitsijana eläintieteen laitoksella , joka oli hiljattain muuttanut uuteen rakennukseen ja jolla ei ollut käytännössä lainkaan laboratoriolaitteita [5] . 16-vuotiaasta Schmittistä tuli vanhemman veljen ensimmäinen assistentti laboratorion järjestelyissä, jolloin hän sai kokemusta käytännön instrumentoinnista ja tieteellisestä tutkimuksesta [5] . Lahjakkaan opiskelijan huomanneiden professorien suosituksesta Schmitt Jr. läpäisi koulun opetussuunnitelman viimeisen vuoden kokeet etuajassa ja astui syyskuussa 1930 Washingtonin yliopiston perustutkinto-ohjelmaan [1] . Koska Ottolla ei ollut vakavia tulevaisuudensuunnitelmia, hän keskittyi samanaikaisesti kahteen tieteenalaan - eläintieteeseen ja fysiikkaan [1] .

Maaliskuussa 1931, kun 17-vuotias Otto oli vielä ensimmäistä vuottaan, Science -lehti julkaisi ensimmäisen tieteellisen artikkelinsa ("Menetelmä lämpötilan stabilointiin tyhjiölampuilla "); Kaiken kaikkiaan vuosina 1931-1934 Ottosta tuli kahdeksan artikkelin kirjoittaja referoiduissa aikakauslehdissä (kolme yksin ja viisi yhteistyössä veljensä kanssa) [1] [6] . Maaliskuussa 1933 hän jätti patenttihakemuksen ja vuotta myöhemmin sai USA:n patentin periaatteesta käyttää pentodien virtalähteitä vahvistusasteiden aktiivisena kuormana , mikä mahdollisti niiden vahvistuksen moninkertaistamisen [7] . Pian RCA - yhtiö käytti Schmittin ideaa ja kieltäytyi jyrkästi maksamasta rojalteja keksijälle ilman tuomioistuimen päätöstä [7] . Oikeudenkäyntikulut olivat Schmittille kohtuuttoman korkeat, hän kieltäytyi jatkamasta riitaa, eikä seuraavina vuosina usein edes yrittänyt patentoida omia ideoitaan ja keksintöjään [7] .

Yliopistokurssinsa päätyttyä kesällä 1934 Otto siirtyi tohtorintutkintoon  - myös eläintieteen ja fysiikan risteykseen - ja alkoi Franciscuksen johdolla kehittää biofysikaalisia menetelmiä hermoston tutkimiseen [1] . Alle kolmessa vuodessa hän rakensi kokeellisen jalustan - analogisen laskimen , joka simuloi sähköisten signaalien muodostumista ja kulkemista hermoissa; tämän projektin puitteissa hän keksi tärkeimmät piiriratkaisunsa, jotka kuvattiin ensimmäisen kerran väitöskirjassaan [1] . Hänen puolustuksensa tapahtui toukokuussa 1937, ja hänet palkittiin National Council of Scientific Academies -järjestön vuotuisella stipendillä . elokuussa Schmitt meni naimisiin opiskelijatoverinsa ja assistenttinsa, matematiikan opettajan Viola Munschin kanssa, ja syyskuussa vastanainut menivät University College Londoniin , Nobel-palkitun Archibald Hillin [2] laboratorioon . Englannissa Schmitt valmisteli julkaisua varten artikkeleita, jotka kuvaavat hänen kehitystään vuosina 1934-1937, mukaan lukien tammikuussa 1938 julkaistu artikkeli "termionin laukaisimesta" ( Schmitt trigger ), ja osallistui kokeellisiin biofysikaalisiin tutkimuksiin kalmarin hermostosta (johtuen jättimäisestä aksonien koko , kalmarit toimivat kätevänä malliorganismina ) [2] .

Sota ja sodan jälkeiset vuodet

Palattuaan Washingtonin yliopistoon muutama päivä ennen toisen maailmansodan puhkeamista Schmitt tyytyi vaatimattomaan apulaisprofessorin asemaan jättämättä aikaa tieteelliseen tutkimukseen eikä lupaamalla uran kasvua [8] . Tilanne muuttui vasta keväällä 1941, kun Francis, joka johti biologian osastoa Massachusetts Institute of Technologyssa , yritti houkutella Ottoa luokseen [8] . Schmitt, joka ei halunnut jäädä vanhemman veljensä varjoon, onnistui saamaan suotuisat olosuhteet Washingtonin yliopiston johdolta ja siirtyi täysimittaiseen koulutus- ja tieteelliseen työhön omalla budjetilla tutkimusta ja tieteellistä valvontaa varten. jatko-opiskelijat [8] . Pian Vanivar Bushin vaatimuksesta Schmitt kuitenkin mobilisoitiin sotilaalliseen soveltavaan tutkimukseen - ensin yliopistoon ja tammikuusta 1942 lähtien - Long Islandin valtion ilmailuinstrumenttien laboratorioon (AIL) [3] . Sodan aikana Schmitt suunnitteli ja testasi sukellusveneiden vastaisia ​​magnetometrejä , lentosimulaattoreita ja laitteita laivojen purkamiseen [3] . Schmittin tämän ajanjakson keksintöjen joukossa on stereoskooppinen näyttö sodan jälkeen luokitelluille tutka-asemille , jonka avulla käyttäjä pystyi katsomaan kohdetta mielivaltaisesti valitussa kulmassa [3] . Tämä ja hänen muut keksintönsä patentoitiin laboratorion johdon vaatimuksesta; Schmitt itse ei ollut kiinnostunut patentoinnista ja siirsi kaikki oikeudet työhönsä liittovaltion hallitukselle [3] .

Syyskuussa 1946 Schmittit muuttivat takaisin St. Louisiin: tulojen yli kaksinkertaisesta laskusta huolimatta he pitivät parempana puhtaasti tieteellistä työtä yliopistossa silloisen yksityistetyn AIL:n palveluksessa [9] . Schmitt aloitti uudelleen kalmarien hermoston tutkimusta ja julkaisi vuonna 1948 kuvauksen seuraavasta suuresta keksinnöstään - kosketuksettomasta ärsykeimpulssien radiotaajuusmuuntimesta [9] . Otettuaan täysprofessorin virkaan vuonna 1949 , Schmitt keskittyi sotilaallisesti sovellettavien kehityssuuntien mukauttamiseen käytännön lääketieteeseen [9] . Tämän työn ensimmäinen tulos oli "stereovector electrocardiograph" (SVEC), kolmiulotteinen EKG -näyttö , joka perustuu hänen sodanaikaisiin keksintöihinsä [9] .

Hallinnollinen ja sosiaalinen toiminta

Schmitt työskenteli elämänsä loppuun asti lääketieteen ja elektroniikan risteyksessä; 1960-luvun lopulla hän esitteli käsitteen biomimetiikka , venäjäksi bioniikka [9] . Vuosien mittaan hän uppoutui yhä enemmän tieteellisen toiminnan organisatoriseen, sosiaaliseen puoleen; Koska hänellä ei ollut kokemusta yliopistojen sisäisestä politiikasta, hän osoittautui kansallisella tasolla erittäin aktiiviseksi ja tehokkaaksi tieteen koordinaattoriksi ja propagandistiksi [10] . Schmitt oli monien tieteellisten ja ammatillisten yhdistysten perustaja ja oli jatkuvasti liikkeellä, matkustaen kotimaassa ja ulkomailla (vain vuonna 1960 hän lensi yli 80 tuhatta mailia työmatkoilla) [10] . Vuosina 1958-1961 hän johti Yhdysvaltain ilmavoimien avaruuslääketieteen tieteellistä neuvostoa , 1970-luvulla erittäin pitkien aaltojen viestinnän lääketieteellistä turvallisuutta käsittelevää neuvostoa [10] . Yliopistoon Schmitt kieltäytyi perustamasta erityistä biofysiikan laitosta, mutta valtakunnallisella tasolla hän sai tunnustuksen National Institutes of Health -instituutilta , joka jakoi valtion rahoitusta tieteelle, biofysiikkaan erillisenä tieteenalana [10] . Schmitt ei edelleenkään luottanut tieteellisen toiminnan lailliseen, patenttipuoleen ja kehotti kollegoja olemaan puuttumatta "ideoiden varastamiseen" niiltä, ​​jotka pystyvät toteuttamaan niitä käytännössä: "Noin kerran kuukaudessa voin antaa yrittäjien tai poliitikkojen varastaa ideani... se on vain yksi tapa levittää uutta. Tämä on "markkinointitemppu", jonka avulla voin tuoda hyödyllisen idean yhteiskuntaan ilman, että ottaisin yhteyttä rahoittajiin tai virkamiehiin" [11] . Tiedon levittämisessä Schmitt turvautui ensisijaisesti henkilökohtaiseen viestintään ja suulliseen puheeseen; hän kirjoitti vähän ja julkaisi vähän [9] . Ainoa hänen yksin "kirjoittamansa" kirja ("Elektroninen ja tietokonetutkimus biolääketieteellisissä ongelmissa") on sanatarkka kopio kolmipäiväisestä seminaarista, joka pidettiin syyskuussa 1961 [9] .

Vuonna 1979 Schmitt valittiin National Academy of Engineeringin täysjäseneksi ; Hänen saamiinsa ammatillisiin palkintoihin ja palkintoihin kuuluvat sähkö- ja elektroniikkainsinöörien instituutin Morlock-palkinto (1963), Centennial Medal (1987) ja Lifetime Achievement Award (1987) [12] . Vuonna 1983 70-vuotias Schmitt siirtyi yliopiston peruskirjan mukaan emeritusasemaan [9] . Turhautuneena siitä, että monet kollegat eivät pitäneet häntä tietosanakirjatieteilijänä, vaan instrumenttien valmistajana, Schmitt keskittyi sosiaaliseen toimintaan [12] . Hän tuomitsi kansallisen terveyspolitiikan epäterveellisen tilan hänen näkökulmastaan ​​ja vaati sen uudistamista vankasta tieteellisestä asemasta [12] . Schmittin rationaalinen, tieteellinen lähestymistapa lääketieteen hallintoon esiintyi rinnakkain irrationaalisen uskon kanssa kehon ja mielen väliseen suhteeseen, mikä johti hänet vuosien mittaan tunnistamaan paranormaalien ilmiöiden mahdollisuuden [12] (Schmittin muistelmien mukaan hän uskoi yliluonnolliseen jo seitsemän vuoden iässä nähtyään näyn kuolleen isoäitinsä haamusta [5] ).

Schmitt pysyi aktiivisena vaimonsa kuolemaan saakka vuonna 1994; yksin jätettyään hän alkoi haalistua nopeasti [12] . Kolme vuotta myöhemmin Alzheimerin taudista kärsinyt Schmitt kuoli hoitokodissa Minneapolisissa [12] .

Tieteellinen perintö

Schmittin suurimmat kiinnostuksen kohteet julkaisujen lukumäärällä mitattuna olivat käytännön elektrokardiografia (93 teosta) ja poikkitieteelliset biolääketieteen tai kliinisen instrumentoinnin aiheet [13] . Useat 1960-luvun julkaisut käsittelivät kronobiologian ongelmia ; vuonna 1970 Schmittistä tuli amerikkalaisen avaruuskronobiologisen tutkimusohjelman toinen kirjoittaja (osittain toteutettu) [13] . 21 Schmittin työ on omistettu kokeelliselle sähköfysiologialle : solukalvojen virta-jännite-ominaisuuksille, kalvon resistanssin ja kapasitanssin muutoksille ulkoisen ärsykkeen vaikutuksesta ja sähköisten ärsykkeiden etenemisestä [14] . Tämän piirin työ on aiheiden tärkeydestä, lehtien tasosta ja yhteiskirjoittajista (mukaan lukien Nobel-palkitut Archibald Hill ja Bernard Katz ) päätellen Schmittin korkein saavutus [14] . Hänen ei kuitenkaan ollut määrä tulla oppikirjoihin biofyysikkona, vaan Schmitt-laukaisimen kehittäjänä [15] .

Avustukset elektroniikkaan

Noin kolmesataa julkaistusta artikkelista ja 60 Schmittin patentista alle 3 % on omistettu suoraan elektroniikkaan, tarkemmin sanoen biolääketieteellisten laitteiden elektroniikkaan [16] . Näillä teoksilla oli suurin käytännön merkitys ja ne toivat Schmittille tunnustusta biofyysikkojen yhteisön ulkopuolelle [16] .

Schmitt-triggerin  – epälineaarisen piirin, jossa on kaksi kytkentäkynnystä – kehitti Schmitt yksin vuosina 1934-1937 osana kokeellista osastoa, joka simuloi sähköisten signaalien kulkua hermosoluissa [16] . Schmitt tiesi, että kun solukalvo viritetään sähköisellä signaalilla, sen aktiivinen ja kapasitiivinen vastus muuttuvat äkillisesti ja että siirtymäkynnykset "matalasta" tilasta "korkeaan" tilaan vaihtelevat [16] . Kalvon sähköisten ominaisuuksien simuloimiseksi hän käytti piiriä kolmella triodilla (tulovahvistin ja differentiaalipari  - varsinainen Schmitt-liipaisin), jotka liittivät fyysisesti kondensaattorin signaalitielle releen avulla [16] . Schmitt esitti yksityiskohtaisen, mutta riittämättömän selkeän kuvauksen piirin toiminnasta väitöskirjassaan vuonna 1937, lyhennetty kuvaus vuoden 1938 lehtiartikkelissa [16] . Ei tiedetä varmasti, miten Schmitt-piiri levisi biolääketieteellisen instrumentoinnin rajojen ulkopuolelle [14] , mutta siitä (tarkemmin sanottuna sen muissa piiriratkaisuissa ilmentyneestä periaatteesta) tuli sekä analogisen että digitaalisen järjestelmäsuunnittelun peruselementti, ja Schmittin nimi tuli oppikirjoihin Kirchhoffin ja Theveninin nimien kanssa [17] .

Toisessa Schmittin julkaisussa vuonna 1937 kuvattiin differentiaalinen kaskadi heikkojen biologisten signaalien vahvistamiseksi [14] . Tämä aihe, toisin kuin Schmitt-laukaisija, houkutteli monia rinnakkaisia ​​tutkijoita [18] [14] . Vuosina 1936-1937 Alan Blumlein ja Franklin Offner ehdottivat versioitaan differentiaaliasteesta , mutta heidän piirinsä oli suunniteltu vahvistamaan suurtaajuisia signaaleja, eivätkä ne voineet toimia DC-vahvistimina [18] . Vuoden 1937 Schmitt-piiri puolestaan ​​vaimensi epätyydyttävästi yhteismuotoista kohinaa, mutta se pystyi vahvistamaan tasavirtaa , eikä sitä rakennettu triodeille, vaan pentodeille [18] . Vuonna 1938 Schmitt julkaisi uuden differentiaalivaiheen suunnittelun, joka on optimoitu toimimaan epäsymmetrisessä invertoivassa tilassa ja joka pystyy vahvistamaan tasavirtaa [19] [20] . Lopulta vuonna 1941 Schmitt julkaisi yksityiskohtaisen analyysin differentiaaliasteen toiminnasta, mukaan lukien paikallisen takaisinkytkennän käyttö katodiresistanssien kautta ja vaihtoehtoinen konfiguraatio, jossa on kaksi virtalähdettä ja yksi takaisinkytkentäresistanssi [21] .

Schmittin kolmas suuri keksintö, kosketukseton RF-ärsykeanturi sähköfysiologisiin tutkimuksiin, kuten Schmitt-laukaisin, juontaa juurensa hänen kokeisiinsa 1930-luvulla [14] . Biofyysikot-kokeilijat kohtasivat galvaanisten ja kapasitiivisten yhteyksien ongelman viritysimpulssien lähteen ja organismin vasteen vastaanottimen (anturin) välillä; näiden liitäntöjen kautta erittäin herkän vahvistimen tuloon tulleet häiriöt aiheuttivat pitkäaikaisen ylikuormituksen [22] . Schmitt ehdotti yhteyden katkaisemista viritysreitillä erottamalla pulssilähde virityselektrodista ilmakerroksella. Lähteen lähtöpulssi syötettiin yksinkertaiseen yksiputkiiseen suurtaajuusgeneraattoriin ja generoitu signaali demoduloitiin passiivisella germaniumdioditunnistimella [ 23 ] . Toisin kuin eristysmuuntajat, kosketukseton Schmitt-muunnin vääristi hieman pulssin muotoa ja tuli siksi välttämättömäksi osaksi sähköfysiologisia laitteita [14] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Washington University.
2. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Tohtorivuodet.
3. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , War Work.
4. ↑ Harkness, 2002 , Perhe.
5. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , Early Years.
6. ↑ Harkness, 2002 , huomautus 21 (täydellinen luettelo).
7. ↑ 1 2 3 Schwan ja Geselowitz, 2002 , s. 203.
8. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Minnesota.
9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Harkness, 2002 , Takaisin Minnesotaan.
10. ↑ 1 2 3 4 Harkness, 2002 , Beyond Campus Borders.
11. ↑ Harkness, 2002 , Sivupalkki 4: Ideavarasto-ohjelma.
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Senior Stateman of Science and Engineering.
13. ↑ 1 2 Valentinuzzi, 2004 , s. 44.
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Valentinuzzi, 2004 , s. 43.
15. ↑ Abramashvili N. I., Ermolov P. P. Sanomme Schmitt - tarkoitamme laukaisinta (Otto Herbert Schmittin syntymän 100-vuotispäivänä) // 9. kansainvälinen nuorten tieteellinen ja tekninen konferenssi "Radiotekniikan ja televiestinnän nykyaikaiset ongelmat RT-2013", huhtikuu 22-26, 2013, Sevastopol. – 2013.
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Valentinuzzi, 2004 , s. 42.
17. ↑ Valentinuzzi, 2004 , s. 45.
18. ↑ 1 2 3 Jung, 2005 , s. 773.
19. ↑ Jung, 2005 , s. 774.
20. ↑ Jung, 2005 , s. 785.
21. ↑ Jung, 2005 , s. 774-775.
22. ↑ Kimura J. Sähködiagnoosi hermo- ja lihassairauksissa: periaatteet ja käytäntö. — Oxford University Press. - s. 94. - ISBN 9780198029717 .
23. ↑ Schmitt O. Radiotaajuuskytkentäinen kudosstimulaattori // Tiede. - 1948. - Nro 23. huhtikuuta - S. 432. - doi : 10.1126/tiede.107.2782.432 .

Kirjallisuus

• Harkness J. A Lifetime of Connections. Otto Herbert Schmitt, 1913–1998 // Fysiikka näkökulmasta. - 2002. - nro 4. - s. 456-490.
• Jung W. . Op Amp -sovellusten käsikirja. -Analogiset laitteet/Elsevier, 2005. -ISBN 0916550265. —ISBN 0750678445.
• Schwan H., Geselowitz D. Otto H. Schmidt // Memorial Tributes. - 2002. - Voi. kymmenen.
• Valentinuzzi M. Otto Herbert Arnold Schmitt (1913–1998), pioneeri // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. - 2004. - Ei joulukuu. - s. 42-46. - doi : 10.1109/MEMB.2004.1378632 .

Linkit

• Biomimetic Charitable  Foundation
• Bakkenin kirjasto ja museo , A Lifetime of Connections: Otto Herbert Schmitt,  1913-1998
• Otto H. Schmitt Online Interpretive Center Arkistoitu 15. huhtikuuta 2012 Wayback Machinessa , ylläpitää University of  Minnesota

Sukututkimus ja nekropolis	Etsi hauta WikiTree
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 124681913 VIAF : 64946275 WorldCat VIAF : 64946275