5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Бионика Жерарден Л

прямо на жертву, она ее обязатеrr~но настигнет. В ао­

тиnлерийской практике этот принцип так и назыI­

вается: «преследование по собачьей кривой». Для это­

то достаточно, чтобы летучая lI!ЫШЬ в каждый данный :момент оценивала угол между траекторией своегС' полета и направлением прямо на жертву. Летуча5t

J.IЫШЬ корректирует свой полет так, чтобы уменьшить этот угол, и ей совсем не обязательно точно знать ве­

личину угла: достаточно определить, где находится

жертва - справа или слева, выше или ниже. Как ле­

тучая мышь определяет этот угол?

Эксперименты показывают, что для этого летучая

мышь использует оба уха. Человек при помощи двух ушей сравнительно хорошо определяет положение

источника звука. Если этот источник расположен не

перпендикулярно к воображаемой линии, соединяю­ щей оба уха, звук доходит' до обоих ушей не одновре­

менно. Воспринимая эту разницу, человек узнает, с

какой стороны находится источник звука - справа или

слева. Вполне возможно, что летучая мышь поступает

так же. Ее ушные раковины относительно больше, чем у человека (это оценивается отношением величины ушной раI{ОВИIIЫ к длине ВОЛIIЫ сигнала).

Детальное изучение уха летучей мыши обещает открыть еще много интересного. Ведь летучей мыши

недостаточно знать, справа или слева находится до­

быча, ей нужно еще определить, вверху она или внизу. Ка.Т(андер выдвинул предположение, '-!то у ночниц эта :способность связана со сложным строением ушной

раковины, Еоторая избирательно отражает сигналы

разной частоты. ОБЫЧIIЫЙ радар-излучатель (рефлек­ тор) имеет форму параболоида и отражает все сигна­

лы в одном направлении независимо от их частоты.

Ухо летучей мыши, представляющее собой избира­

тельный отражатель, наоборот, может отражать сиг­

налы в различных направлениях в зависимости от их

частоты. И действительно, животное посылает сигнал, в пределах которого частота сильно варьирует. Не­

давно предложено создать радары, использующие этот nринцип: сигнал с переменной частотой и антенну, сде­ ланную по диаграмме избирательного излучения, что­ бы определять направление на объекты. Здесь биони­ ка может создать прекрасную lI!одель. Однако следует

!5О

пеобход.иыо животному, которое лишено способности издавать варьирующий по частоте сигнал и не имеет

уха, похожего на антенну с избирательным излуче­

нием?

Кроме этих двух осн'овных систем - радаров типа

ночницы и подковоноса - есть и другие, которыми

пользуются летучие мыши других видов, но о НIIX

имеются только отрывочные сведения и не проведено

ни одной законченной серии опытов, подобных опытам

Гриффина. Один нз видов летучих мышей питается

не насекомыми, а ме.1]КИМИ рыбками. Животные заме­ чают рыбок, lюгда те поднимаются почти I( самой по­

верхности, точнее - когда их плавники слегка показы­

ваются над водой. Р. Сазерс, проводивший экспеРII­

менты с ЭТИМИ ЖИВОТНЫi\IИ, заl\!етил, что они способны

отличать одну l\lИшень от другой и узнают мишень, напоминающую плавник рыбы.

РАДАРНЫЕ СИСТЕМЫ ДРУГИХ ЖИВОТНЫХ

Хотя летучие l\IЫШИ и стали предметом паиболее детального изучения, они далеко не единственные об­

ладатели ПрИрОДI!ЫХ радаров. Сходный механизм

используют многие китообразные, в том числе деJIЬ­ фины. Еще древние греки заметили, что эти игривые

существа с удовольствием следуют за JIЮДЬМИ и из­

дают ясно слышные для человека звуки. Но только

во время второй мировой войны, когда системы аку­

стического прослушивания подводных лодок получили

ШИРОlюе распространение, ста.'10 понятно, как ШУl\lНО

ведут себя эти l\Iлекопитающие. Похоже даже па то, что они разговаривают друг с другом. Но для розыска добычи они применяют другие, очень короткие сигна­

лы, как и летучие мыши. Сейчас еще рано говорить

о детаJ1ЯХ, но в сигналах дельфина уже обнаружены

такие же вариацин частот, какие показаны на рис. 47.

Щодобно летучей l\!ЫШИ, дельфин прекрасно отличает препятствие, которое надо обойти, от добычи, которую

надо догнать и схватить. Результаты уже начавшихся

во многих странах исследований живо интересуют био­ ников: они ыогут принести новые идеи в област!! ло­

кации.

152

Кроые летучей JIIЫШИ и дельфина, есть и другие

животные, использующие природные радары, но их

изучение носило фрагментарный характер и основыва­

лось глаВНЫJII образом на наблюдениях. Например, птицы гуахаро (Steatornis caгipensis), обитающие в пещерах Венесуэлы, издают щелчки длительностыо

всего в тысячные дою! секунды; при помощи этих сиг­

налов птицы направляют свой полет в глубине пе­ щер, где они гнездятся. Стрижи саланганы давно

IIзвестны турманаы, которые лакомятся их гнездами. Эти птицы часто поселяются в пещерах и используют тот же механизм локации, что и гуахаро. Издают ультразвуки и некоторые грызуны. Е. Гулд в Тюленн­

ском университете штата Луизиана проводил опыты.

с землеройками. Эти грызуны должны были в полной

темноте перепрыгнуть с одной большой вращающейся платформы на другую, маленькую инеподвижную, расположенную несколько выше первой. Для этого необходимо было определить положение второй плат­

формы. Гулд ОПlетил, что во время поиска землерой­

ки издавали ультразвуковые импульсы высокой ча­

стоты (несколько десятков тысяч колебаний в секун­

ду) продолжительностью в несколько тысячных долей секунды. Животные почт!! всегда прекрасно выдержи­

вали экза~!ен, перепрыгивая на маленькую неподвиж­

ную платформу. чтобы отдохнуть от вращения. Разу­ меется, были приняты меры, исключающие всякую возможность ориентации по запаху. Быть может, си­

стематические поиски откроют новые механизмы, по­

добные радарам, но и сейчас бионику есть над чем

поразмы~лить.

Интересны случаи прямого копирования; так, на­ пример, англичанин Л. Кэй создал миниатюрные аку­ стические радары для слепых. Эхо отражается от

предметов по-разному в зависимости от их удаленно­

сти от источника сигнала и формы поверхности; после

небольшой тренировки с радаром Кэя можно отли­

чать ГJ1адкие поверхности от поверхностей, имеющи'l' какую-то фактуру. Этот портативный радар сконстру­ ирован на основе I!спользования принципа действия

природного радара подковоносов.

Да, природа создала изумительные модели рада­

ров. Там, где радары применяются для военных целей,

15З

ПРОТИСНИI< часто старается пой~rать сигнал радара,

чтобы узнать, не обнаружили ли его, И успеть принять контрмеры. Это один из эпизодов электронной войны.

Противнику никак нельзя помешать уловить сигналы

радара, и при этом, к сожалению, их можно уловить

на очень большом расстоянии. Чтобы обнаружить са­

молет, сигнал радара должен обладать значительной

мощностью, потому что ему предстоит преодолеть

пространство между самолетом и радаром дважды

(туда и обратно); при этом только ыалая часть сиг­

нала, отраженного от самолета, будет распространять­

ся в нужном направлении. Сигнал, попадающий в

приемник самолета, оказывается гораздо сильнее, по­

тому что проходит путь только в одну сторону. Ко­

нечно, приемник радарной установки чувствительнее

приемника самолета: все характеристики посланного

сигнала хорошо известны и приемник настроен так,

чтобы избирательно принимать определенные сигналы,

в то время как пилот самолета только приблизительно

представляет себе характеристики этого сигнала. Но

более высокая чувствительность приемного устройства

радара не может компенсировать сильное ослаБJ1ение

эхо-сигнала по сравнению с излученным сигналом, так

что в итоге преимущество все же остается на стороне

самолета.

Пилот самолета обнаруживает радар задолго до

того, как обнаружат его самого, у него есть время обдум<}ть свои действия. Конечно, он мог бы изменить

курс самолета, но не делает этого, так как летит с

определенным заданием; если его обнаружил радар

автоматической зенитной установки, он попытается

сбить прицел серией резких и непредвиденных манев­

ров. Можно применить и другую тактику: послать

соответственно подобранные паразитные сигналы, ко­

торые нарушат работу радара и заглушат его. Слож­

ная электронная система, направляющая прицел ору­

дия, перестднет правильно действовать, и пилоту

удастся вывести самолет из-под огня.

Уже давно многие насекомые, спасаясь от своих

врагов - летучих мышей, используют весь этот арсе­

нал приемов: прослушивание, маневрирование и

активное глушение. Американский профессор к:. Рё­ дер из университета Тафта детально изучил эти прие-

154

ыы. Ha(eKo~!Oe г.ОJlьзуется удивительно экономными

средствами: его приеl\lНИК ультразвука состоит всего

из двух чувствительных клеток и двух связанных

с ними нервных волокон. Волокна соединены с вибри~

рующей l\Iембраной, которая соприкасается со слухо~

ВОЙ полостью и напоминает миниатюрную барабанную

перепонку. Вибрация этой перепонки вызывает меха­

ническое раздражение нервных волокон, и это раздра­

жение преобразует.ся в импульсы нервных сигналов. Нервные волокна обладают неодинаковой чувстви­

теJIЬНОСТЬЮ. Одно - более чувствительное - позволяет

насекомому узнавать о приближении летучей мыши

на расстоянии порядка десятков ыетров; в этом случае

насекомое старается как можно скорее удалиться от

источника улuгразвука. Если этот маневр не удался и мышь н.ачинает настигать насекомое, в действие BCTY~

пает второе волокно, предупреждая несекомое о при­

ближении опасности. В ЭТОI\1 случае наблюдатель ви­

дит, что насекомое пикирует на землю, если мышь

летит сверху, или начинает серщо беспорядочных бро-

,сков, если враг находится ниже, - резко, на большой

скорости меняет направление. А так как у насекомого

не один, а два приемника звука, расположенных по

обеим сторонам грудки, оно может узнать, с какой

стороны ему угрожает враг, учитывая разницу во

вре1\!ени получения сигнала каждым из этих примитив­

ных «ушей». Опыты Р. Пейна из того же университета

показали, что и крылья насекомого помогают ему

определить относительное положение преследующей его летучей мыши. Когда крылья опущены, они опре­ деленным образом экранируют сигналы, идущие с не­ которых направлений. Изменение интенсивности сиг­

налов, поступивших в слуховые рецепторы, и несет

информацию -«вверху» или «внизу».

Если ж,е эти маневры не удались и летучая мышь

приблизилась настолько, что стала повышать частоту

испускаемых сигналов (верное указание, что она обна~

ружила свою жертву и готова ее схватить), насекомое

(по крайней мере некоторые виды) пускает в ход свой глушитель. Особым обраЗО1\! двигая лапками, оно при­

водит в состояние вибрации крохотный кусочек своего

хитинового покрова. Сигналы, излучаемые при ЭТОЛ'I,

очень коротки и обладают частотой порядка тысячИ

155

колебаний в секунду. Можно преДПО.'10ЖИТЬ, что этот

глушитель нарушает работу системы лока.l1изации

«выше - ниже» у летучей мыши. Дороти Даннинг по­

казала эффективность этой системы. Она записала

сигналы на пленку и включала ее в тот момент, когда

летучая мышь приближал ась к насекомому; почти всегда преследователь упускал свою жертву. Разу­ меется, бионику не обязательно копировать эти манев­

ры живых существ. Но сказанное выше подтверждает

одно общее правило: еСЛИ,система высокоспециализи­

рована, против нее самой можно обратить именно 'эту

высокую специализацию. Летучая l\!ЫШЬ об.~адает

весьма совершенным способом определять положение

лрепятствия «выше - ниже» (по вертикали), а насе­ комое использует глушитель, полностью устраняющий

эту информацию. Но тут возникает еще один вопрос:

может быть, насекомое вовсе и не глуши]' радар лету­

чей мыши, а этот шум просто означает: «За мной не

стоит гнаться, я в пищу не гожусь»? И действительно,

схватив одно из таких «шумных» насекомых, летучая

мышь обычно его выбрасывает.

Системы локализаци'и, которыми пользуются лету­ чие мыши, дельфины, землеройки и другие животные,

в своей основе вполне аналогичны системам радаров

и соваров, созданным человеком. Бионик может найти много интересного для себя, изучая типы сигналов;

например, ДО сих пор ни в одном радаре не применя­

лись сигналы, частота которых изменялась бы вдвое

в пределах одного сигнала,

Интересны и те особенности, которые обеспечивают эффективность природного «глушителя» насекомых,­ ведь· от него значительно труднее избавиться, чем от обычных глушителей.

На совсем другие идеи могут натолкнуть радары иного типа, обна руженные у так называемых «элек­ трических» рыб. В этом случае слово «радар» не со­

всем подходит, потому что здесь нет измерения рас­

стояний, но за неимением лучшего слова и эту систему можно называть природным радаром, тем более что

она служит для обнаружения добычи. В настоящее

время нет искусственных систем поиска, прямо копи­

рующих этот живой радар, работающий по принципу

генерации электрических разрядов. Возможно, это

155

Знакомством с работой этого природного механиз­

ма мы обязаны в основном Г. Лиссманну из Кем­

бриджского университета. При помощи электрических

органов рыба создает вокруг своего тела электриче­

ское поле. Это электричество - нервного происхожде­

ния. Оно порождается тем самым перемещением

ионов, которое связано с возникновением нервного

импульса в нервных волокнах. Тут имеются только

количественные различия: энергия нервных импуль­

сов очень незначительна,. а энергию, нужную для соз­

дания электрического поля вокруг тела рыбы, никак

не назовешь «незначительной». Конфигурация поля

проявляется в виде так называемых силовых линий. Если под лист бумаги с насыпанными на него желез­

ными опилками поместить магнит, опилки располо­

жатся по определенным линиям; это и есть силовые

линии магнитного поля. На рис. 51 показаны силовые

линии, но уже электрического поля, которые обра­

зуются вокруг тела электрической рыбы, например

электрического угря. Удивляет сходство этого поля с магнитным. Как же рыба использует свое электри­

ческое поле? На голове у нее имеется целый ряд специаЛЫ-IL!Х чувствительных органов, способных улав­

ЛИl3ать изменения электрического поля, когда к живот­

ному П[1иближается объект, состоящий из не проводя­

ся»). Рыба определяет изменения конфигурации поля,

возникающие в результате 'деформаций, и это позво­ ляет ей находить и узнавать свою добычу.

Поле, которое генерирует электрический угорь,

имеет переменный характер и возникает только в виде

импульсов, Но эти импульсы не похожи на сигналы

радара, так как в этом случае определяется не эхо­

сигнал, а характер деформации электрического поля.

Электрические рыбы обладают высокой чувствитель­

ностью. Они реагируют на очень малые предметы и

при этом улаВЛ!1вают ничтожные различия в электро­

проводности предметов одинакового размера. В чем

секрет такой точности? Причиной столь малой высоты

159