Беседы о бионике

С некоторых пор на аэродроме города Дайтона за обстановкой в воздухе, которая воспроизводится аэродромным локатором, следят не диспетчеры, а электронное устройство, обязанность которого — предупреждать возникновение опасных ситуаций. Множество взлетающих и садящихся самолетов находится постоянно в поле его зрения, но если они идут установленными курсами, устройство их не замечает. Однако если, скажем, два самолета движутся так, что возникает опасность столкновения, прибор немедленно поднимает тревогу. Это устройство работает несравненно лучше, чем самый внимательный диспетчер, так как зрительный аппарат человека охватывает всю картину сразу и из-за многочисленности отдельных, зачастую второстепенных ее деталей может пропустить то, на что он должен обратить особое внимание.

Это устройство, называемое "жабий глаз", представляет собой техническое воплощение идеи, которая была реализована природой, создавшей зрительный аппарат лягушки.

Жизнь лягушки чрезвычайно сильно зависит от работы ее зрительного аппарата. Глаза помогают ей охотиться. Основная информация, которую перерабатывает мозг лягушки во время охоты, поступает от глаз. Глаза помогают ей спасаться от врагов (при этом лягушка поступает просто: увидев врага, она прыгает туда, где темнее, ведь "в силу земноводности" для нее не важно, вода там или суша).

Рис. 1. Схема обработки информации в глазу лягушки. Глаз лягушки 'выделяет' качественные признаки воспринимаемых им объектов — контуры, их кривизну и т. п. Электронная модель глаза лягушки — одна из первых созданных руками человека истинно бионических систем

Огромные выпуклые глаза лягушки не могут двигаться, как наши, — не могут следить за добычей, наблюдать за подозрительными событиями или отыскивать нужные предметы. Лягушка, по-видимому, не различает неподвижных предметов или по крайней мере не проявляет к ним никакого интереса, и она умрет от голода среди изобилия насекомых, если они не будут двигаться. И в то же время ее легко поймать на кусочек красной фланели качающейся на крючке. Она выбирает добычу только по размерам, характеру движения и расстоянию до нее. Лягушка прыгает, чтобы схватить предмет, имеющий форму насекомого или червя, только если этот предмет движется, как насекомое или червь. Зрительный аппарат лягушки посылает в мозг хозяйки лишь такие сигналы, которые для нее жизненно важны. Скажем, пролетает мимо муха на близком расстоянии — лягушка мгновенно реагирует, а летит муха на таком удалении, что охотиться за ней бесполезно, — животное словно бы и не видит ее. Если глаза лягушки зарегистрируют резкое движение тени, они тотчас извещают об этом свою хозяйку, и она тут же насторожится — уж не хочет ли кто-то ее поймать и съесть? Если же тень ползет медленно, двигаясь вместе с солнцем, то зрительный аппарат лягушки ей об этом не сообщает. Словом, глаз лягушки — превосходная биологическая информационная система, перерабатывающая всю поступающую информацию и выбирающая из нее только ту часть, которая представляет для лягушки интерес.

Зрительный анализатор лягушки устроен очень сложно. В глазу лягушки имеется миллион клеток-рецепторов, воспринимающих световое раздражение.

В глазу лягушки происходят четыре отдельных процесса переработки изображения. Результаты каждого процесса передаются по особым группам волокон, равномерно представленных в сетчатке. Процессы обработки изображения на сетчатке таковы (рис. 1):

обнаружение длительно сохраняющего положение контура;

обнаружение кривизны контура;

обнаружение движущегося контура по изменению его контрастности;

обнаружение изменения освещенности.

Работа глаза лягушки почти не зависит от общей освещенности. Поэтому способность лягушки узнавать свою жертву и моментально обращать на нее внимание не изменяется при изменении внешней обстановки. Так же, как мы можем опознавать образы в очень разнообразных условиях, лягушка способна видеть свою жертву и хватать ее при ярком свете и в сумерках, независимо от того, находится ли она в естественных условиях или в террариуме.

Изображение на сетчатке глаза передается в мозг лягушки по зрительному нерву не как единое целое: в мозг поступают уже кодированные, разделенные по четырем признакам элементы изображения. На рис. 1 показаны четыре предмета, находящиеся в поле зрения лягушки. Верхние предметы движутся к центру, нижний правый — от центра, нижний левый — неподвижен. Когда изображение проектируется на сетчатку, то сначала все контуры выделяются резко (I), затем неподвижный предмет становится невидимым (II), а контуры движущихся тел обозначаются четче и ярче (III и IV).