Schmitt, Otto Herbert

Otto Herbert Arnold Schmitt
Otto Herbert Arnold Schmitt
Fødselsdato 6. april 1913( 06-04-1913 )
Fødselssted St. Louis
Dødsdato 6. januar 1998( 1998-01-06 ) (84 år)
Et dødssted Minneapolis
Land USA
Videnskabelig sfære Biofysik
Arbejdsplads Washington University i St. Louis
Alma Mater Washington University i St. Louis
Akademisk titel Professor
videnskabelig rådgiver

Francis Schmitt [1]
Archibald Hill [2]

John Tate Sr. [3]

Otto Herbert Arnold Schmitt ( eng.  Otto Herbert Arnold Schmitt , 6. april 1913 - 6. januar 1998) var en amerikansk biofysiker , opfinder , ingeniør, administrator af videnskab, der ydede et væsentligt bidrag til udviklingen af ​​metoder og tekniske midler til biomedicinsk forskning. I 1930'erne opfandt Schmitt et ikke-lineært tærskelelement - Schmitt-triggeren  - og forbedrede de grundlæggende elektroniske trin - et differentialtrin , en katodefølger og en modulator-demodulator DC-forstærker ; i 1940'erne opfandt Schmitt en elektrokardiografisk signalvisualisering og en berøringsfri RF-stimulustransducer til elektrofysiologiske apparater.

Biografi

Oprindelse. Tidligt arbejde

Otto Schmitt blev født i en velstående luthersk familie i St. Louis [4] . Ottos i forvejen ældre forældre ledede i fællesskab familievirksomheden; ældre bror Francis, som var bestemt til at blive Ottos mentor og protektor, var ti år ældre end ham [5] . I 1927, da Otto flyttede fra folkeskolen til gymnasiet, modtog Francis sin doktorgrad i fysiologi fra St. Louis Washington University og gik videre til postdoc ved University of Berkeley , og tog derefter til Europa [5] . I efteråret 1929 vendte Francis tilbage til University of Washington som underviser ved Institut for Zoologi , som for nylig var flyttet til en ny bygning og stort set ikke havde noget laboratorieudstyr [5] . Seksten-årige Schmitt blev den ældre brors første assistent i indretningen af ​​laboratoriet og fik derved erfaring med praktisk instrumentering og videnskabelig forskning [5] . På anbefaling af professorer, der lagde mærke til en talentfuld studerende, bestod Schmitt Jr. eksamenerne før tidsplanen for det sidste år af skolens læseplan og gik i september 1930 ind på bacheloruddannelsen ved University of Washington [1] . Da han ikke havde nogen faste planer for fremtiden, fokuserede Otto samtidigt på to discipliner - zoologi og fysik [1] .

I marts 1931, da den sytten-årige Otto stadig var i sit første år, publicerede tidsskriftet Science hans første videnskabelige artikel ("Metode til at stabilisere temperaturen ved hjælp af vakuumlamper "); alt i alt blev Otto i 1931-1934 forfatter til otte artikler i refererede tidsskrifter (tre alene og fem i samarbejde med sin bror) [1] [6] . I marts 1933 indgav han en patentansøgning og modtog et år senere et amerikansk patent på princippet om at bruge strømkilder på pentoder som en aktiv belastning af forstærkningstrin , hvilket gjorde det muligt at multiplicere deres forstærkning [7] . Snart brugte RCA - selskabet Schmitts idé og nægtede blankt at betale royalties til opfinderen uden en domstolsafgørelse [7] . Omkostningerne til retssager var uoverkommeligt høje for Schmitt, han nægtede at fortsætte tvisten, og i de efterfølgende år forsøgte han ofte ikke engang at patentere sine egne ideer og opfindelser [7] .

Ved afslutningen af ​​sit universitetsforløb, i sommeren 1934, flyttede Otto til ph.d.-studier  - også i skæringspunktet mellem zoologi og fysik - og begyndte under Frans vejledning at udvikle biofysiske metoder til at studere nervesystemet [1] . På mindre end tre år byggede han et eksperimentelt stativ - en analog regnemaskine , der simulerede generering og passage af elektriske signaler i nerver; inden for rammerne af dette projekt opfandt han sine vigtigste kredsløbsløsninger, først beskrevet i sin doktorafhandling [1] . Hendes forsvar fandt sted i maj 1937 og blev belønnet med et årligt stipendium fra National Council of Scientific Academies ; i august giftede Schmitt sig med sin medstuderende og assistent, matematiklærer Viola Munsch, og i september tog de nygifte til University College London , til nobelpristageren Archibald Hills laboratorium [2] . I England forberedte Schmitt sig til udgivelse af artikler, der beskrev hans udvikling i 1934-1937, herunder en artikel publiceret i januar 1938 om "thermion trigger" ( Schmitt trigger ), og engageret sig i eksperimentelle biofysiske undersøgelser af blækspruttens nervesystem (på grund af det gigantiske størrelsen af ​​axoner, blæksprutter tjente som en bekvem modelorganisme ) [2] .

Krig og efterkrigsår

Da han vendte tilbage til University of Washington et par dage før udbruddet af Anden Verdenskrig , nøjedes Schmitt med en beskeden stilling som adjunkt, og efterlod ingen tid til videnskabelig forskning og lovede ingen karrierevækst [8] . Situationen ændrede sig først i foråret 1941, da Francis, der ledede Institut for Biologi ved Massachusetts Institute of Technology , forsøgte at lokke Otto til sig [8] . Schmitt, der ikke ønskede at forblive i skyggen af ​​sin ældre bror, formåede at få gunstige forhold fra ledelsen af ​​University of Washington og skiftede til et fuldgyldigt pædagogisk og videnskabeligt arbejde med sit eget budget til forskning og videnskabelig overvågning af kandidatstuderende [8] . Men snart på Vanivar Bushs insisteren blev Schmitt mobiliseret til militær anvendt forskning - først på universitetet og fra januar 1942 - ved State Airborne Instruments Laboratory (AIL) på Long Island [3] . Under krigen designede og testede Schmitt anti- ubådsmagnetometre , flysimulatorer og enheder til afmagnetisering af skibe [3] . Blandt Schmitts opfindelser fra denne periode er et stereoskopisk display til radarstationer afklassificeret efter krigen , som gjorde det muligt for operatøren at se målet i en vilkårligt valgt vinkel [3] . Denne og hans andre opfindelser blev patenteret på laboratorieledelsens insisteren; Schmitt selv var ikke interesseret i patentering og overførte alle rettigheder til sit arbejde til den føderale regering [3] .

I september 1946 flyttede Schmitts tilbage til St. Louis: på trods af et mere end dobbelt fald i indkomsten foretrak de rent videnskabeligt arbejde på universitetet frem for at tjene i det dengang privatiserede AIL [9] . Schmitt genoptog forskningen i nervesystemet hos blæksprutter og offentliggjorde i 1948 en beskrivelse af sin næste store opfindelse - en berøringsfri radiofrekvenstransducer af stimulusimpulser [9] . Efter at have taget stillingen som fuld professor i 1949 fokuserede Schmitt på tilpasningen af ​​militæranvendte udviklinger til praktisk medicin [9] . Det første resultat af dette arbejde var "stereovector electrocardiograph" (SVEC), en tredimensionel EKG -skærm baseret på hans krigstidsopfindelser [9] .

Administrative og sociale aktiviteter

Schmitt arbejdede indtil slutningen af ​​sit liv i krydsfeltet mellem medicin og elektronik; i slutningen af ​​1960'erne var det ham, der introducerede begrebet biomimetik , på russisk, bionik [9] . Med årene blev han mere og mere fordybet i den organisatoriske, sociale side af videnskabelig virksomhed; Da han ikke var erfaren inden for universitetspolitik, viste han sig på nationalt plan at være en ekstremt aktiv og effektiv koordinator og propagandist for videnskaben [10] . Schmitt var ophav til mange videnskabelige og professionelle sammenslutninger og var konstant på farten, rejste inden for landet og i udlandet (først i 1960 fløj han mere end 80 tusind miles på forretningsrejser) [10] . I 1958-1961 stod han i spidsen for US Air Force Scientific Council on Space Medicine , i 1970'erne - Council on the Medical Safety of Communications at Very Long Waves [10] . På universitetet nægtede Schmitt at oprette en særlig afdeling for biofysik, men på nationalt plan opnåede han anerkendelse af National Institutes of Health , som fordelte statsstøtte til videnskab, biofysik som en separat disciplin [10] . Schmitt stolede stadig ikke på den juridiske, patenterede side af videnskabelig aktivitet og opfordrede andre videnskabsmænd til ikke at blande sig i "stjæling af ideer" af dem, der er i stand til at omsætte dem i praksis: "Omtrent en gang om måneden kan jeg lade iværksættere eller politikere stjæle min idé ... det er bare en måde at sprede det nye på. Dette er et "markedsføringstrick", der giver mig mulighed for at introducere en nyttig idé i samfundet uden at kontakte hverken finansfolk eller embedsmænd" [11] . Ved formidling af viden stolede Schmitt primært på personlig kommunikation og mundtlig tale; han skrev lidt og udgav lidt [9] . Den eneste bog "skrevet" af ham alene ("Electronic and Computer Research in Biomedical Problems") er en ordret udskrift af et tre-dages seminar afholdt i september 1961 [9] .

I 1979 blev Schmitt valgt til fuldgyldigt medlem af National Academy of Engineering ; Blandt de professionelle priser og priser, han modtog, er Morlock-prisen (1963), Centennial Medal (1987) og Lifetime Achievement Award (1987) fra Institute of Electrical and Electronics Engineers [12] . I 1983 flyttede den halvfjerds-årige Schmitt ifølge universitetets charter til emeritusstillingen [9] . Frustreret over det faktum, at mange kolleger ikke opfattede ham som en encyklopædisk videnskabsmand, men som en instrumentmager, fokuserede Schmitt på sociale aktiviteter [12] . Han fordømte den usunde, set fra hans synspunkt, tilstand af den nationale sundhedspolitik og insisterede på reformen af ​​den fra en solid videnskabelig holdning [12] . Schmitts rationelle, videnskabelige tilgang til administration af medicin eksisterede side om side med en irrationel tro på forholdet mellem krop og sind, hvilket i årenes løb fik ham til at erkende muligheden for paranormale fænomener [12] (ifølge Schmitts erindringer troede han på det overnaturlige allerede i en alder af syv, efter at have oplevet en vision af sin døde bedstemors spøgelse [5] ).

Schmitt forblev aktiv indtil sin kones død i 1994; efterladt alene begyndte han at falme hurtigt [12] . Tre år senere døde Schmitt, som led af Alzheimers sygdom , på et plejehjem i Minneapolis [12] .

Videnskabelig arv

Schmitts største interesseområder med hensyn til antallet af publikationer var praktisk elektrokardiografi (93 værker) og tværfaglige emner inden for biomedicinsk eller klinisk instrumentering [13] . Flere artikler fra 1960'erne behandlede problemer i kronobiologien ; i 1970 blev Schmitt medforfatter af det amerikanske rum-kronobiologiske forskningsprogram (delvist implementeret) [13] . 21 Schmitts arbejde er afsat til eksperimentel elektrofysiologi : strøm-spændingskarakteristika af cellemembraner , ændringer i membranmodstand og kapacitans, når den exciteres af en ekstern stimulus, og udbredelse af elektriske stimuli [14] . Arbejdet i denne kreds, at dømme efter vigtigheden af ​​emner, niveauet af tidsskrifter og niveauet af medforfattere (inklusive nobelpristagere Archibald Hill og Bernard Katz ), er Schmitts højeste præstation [14] . Han var dog bestemt til at komme ind i lærebøgerne ikke som biofysiker, men som udvikleren af ​​Schmitt-triggeren [15] .

Bidrag til elektronik

Af de omkring 300 publicerede artikler og tres Schmitt-patenter er mindre end 3% afsat direkte til elektronik, mere præcist til elektronik i biomedicinske anordninger [16] . Disse værker var af den største praktiske betydning og bragte Schmitt anerkendelse uden for samfundet af biofysikere [16] .

Schmitt-triggeren  - et ikke-lineært kredsløb med to omskiftningstærskler - blev udviklet af Schmitt alene i 1934-1937, som en del af en eksperimentel stand, der simulerede passage af elektriske signaler i nerveceller [16] . Schmitt vidste, at når en cellemembran exciteres af et elektrisk signal, ændres dens aktive og kapacitive modstande brat, og at overgangstærsklerne fra en "lav" tilstand til en "høj" tilstand er forskellige [16] . Til at simulere membranens elektriske egenskaber brugte han et kredsløb på tre trioder (en indgangsforstærker og et differentialpar  - den egentlige Schmitt-trigger), som fysisk forbundet kondensatoren med signalvejen ved hjælp af et relæ [16] . Schmitt præsenterede en detaljeret, men utilstrækkelig klar beskrivelse af kredsløbets funktion i sin doktorafhandling i 1937, en forkortet beskrivelse i en tidsskriftsartikel fra 1938 [16] . Det vides ikke med sikkerhed, hvordan Schmitt-kredsløbet spredte sig ud over grænserne for biomedicinsk instrumentering [14] , men det (mere præcist, dets princip inkorporeret i andre kredsløbsløsninger) blev det grundlæggende element i både analog og digital systemkonstruktion, og Schmitts navn ind i lærebøger sammen med navnene på Kirchhoff og Thevenin [17] .

En anden publikation af Schmitt i 1937 beskrev en differentiel kaskade til forstærkning af svage biologiske signaler [14] . Dette emne, i modsætning til Schmitt-udløseren, tiltrak mange parallelle forskere [18] [14] . I 1936-1937 foreslog Alan Blumlein og Franklin Offner deres versioner af differentialtrinnet , men deres kredsløb var designet til at forstærke højfrekvente signaler og kunne ikke fungere som DC-forstærkere [18] . Schmitt-kredsløbet fra 1937 undertrykte til gengæld utilfredsstillende common-mode støj, men det kunne forstærke jævnstrøm og blev bygget ikke på trioder, men på pentoder [18] . I 1938 udgav Schmitt et nyt differentielt trindesign optimeret til drift i asymmetrisk inverteringstilstand og i stand til at forstærke jævnstrøm [19] [20] . Endelig, i 1941, udgav Schmitt en detaljeret analyse af driften af ​​differentialtrinnet, herunder brugen af ​​lokal feedback gennem katodemodstande og en alternativ konfiguration med to strømkilder og en feedbackmodstand [21] .

Schmitts tredje store opfindelse, en berøringsfri RF-stimulustransducer til elektrofysiologiske undersøgelser, som Schmitt-triggeren, går tilbage til hans eksperimenter i 1930'erne [14] . Biofysikere-eksperimentører stod over for problemet med galvaniske og kapacitive forbindelser mellem kilden til excitatoriske impulser og modtageren (sensoren) af organismens respons; den interferens, der kom gennem disse forbindelser til input fra en meget følsom forstærker, genererede en langvarig overbelastning [22] . Schmitt foreslog at bryde forbindelsen i excitationsvejen ved at adskille pulskilden fra excitationselektroden med et lag luft. Kildens udgangsimpuls blev ført til en simpel enkeltrørs højfrekvensgenerator, og det genererede signal blev demoduleret af en passiv germaniumdiodedetektor [ 23 ] . I modsætning til isolationstransformatorer forvrængede den berøringsfrie Schmitt-konverter en smule pulsformen og blev derfor en uundværlig del af elektrofysiologiske apparater [14] .

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Washington University.
  2. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Postdoc år.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , War Work.
  4. ↑ Harkness, 2002 , Familie.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , tidlige år.
  6. ↑ Harkness, 2002 , note 21 (fuld liste).
  7. ↑ 1 2 3 Schwan og Geselowitz, 2002 , s. 203.
  8. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Til Minnesota.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Harkness, 2002 , Tilbage til Minnesota.
  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 , senior statsmand for videnskab og teknik.
  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. Vi siger Schmitt - vi mener en udløser (på 100-året for Otto Herbert Schmitts fødsel) // 9. International Youth Scientific and Technical Conference "Moderne problemer med radioteknik og telekommunikation RT-2013", april 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. Elektrodiagnose i nerve- og muskelsygdomme: principper og praksis. — Oxford University Press. - S. 94. - ISBN 9780198029717 .
  23. ↑ Schmitt O. En radiofrekvenskoblet vævsstimulator // Videnskab. - 1948. - Nr. 23. april - S. 432. - doi : 10.1126/science.107.2782.432 .

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Slægtsforskning og nekropolis
I bibliografiske kataloger