Беседы о бионике

Общеизвестно, что скорости современных автомобилей непрерывно увеличиваются, тогда как скорость реакции людей, сидящих за рулем, остается неизменной; она одинакова при скорости 100, 200, 300 и более километров в час. Данные статистики показывают, что большая часть автомобильных катастроф происходит из-за недостаточно быстрой реакции водителей — они не успевают вовремя затормозить, и в результате — несчастный случай. Вследствие запоздалой реакции шоферов в моменты так называемых "критических ситуаций" только в Японии за 1966 г. под колесами автомобилей погибло более 10 000 человек, а сотни тысяч получили ранения. Как же быть? Ездить медленнее? Снижать скорость автомобилей? Это невозможно. Все идет, напротив, к увеличению скорости. А нельзя ли свести до минимума запаздывание реакции шофера?

Время, которое проходит с момента решения тормозить и до собственно торможения — время реакции, можно разбить на три периода:

1) время, требуемое для передачи нервных импульсов с коры головного мозга на нервные окончания мышц ноги (при скорости импульсов 100 м/сек оно равно примерно 0,15 сек);

2) время, требуемое для перемещения ноги с педали акселератора на педаль тормоза;

3) время, требуемое для нажатия на рычаг тормоза (и остановки автомобиля).

Суммарная продолжительность всех трех перечисленных периодов, как показали исследования, в среднем составляет 0,4 — 0,5 сек. За это время при скорости 100 км/час машина проходит приблизительно 13,6 м. При такой скорости между моментом восприятия мозгом опасной ситуации и моментом торможения, т. е. за 0,5 сек, шофер может сбить неожиданно появившегося на шоссе человека или свалить машину в кювет, если не дастся объехать вдруг возникшее препятствие.

Таким образом, задача заключается в том, чтобы сократить промежуток времени между поступлением импульсов в головной мозг, их трансформацией в командные сигналы и обратным поступлением к исполнительному органу для выполнения необходимых движений. Поскольку скорость передачи нервного импульса мы увеличить не можем, остается одно: резко уменьшить проходимый им путь по цепи управления, состоящей (в общем случае ручного или ножного управления) из следующих звеньев: глаз → нервный канал → двигательный центр коры головного мозга → нервный канал → мышца → конечность → исполнительный орган → объект. Очевидно, наибольшего эффекта можно добиться, исключив из этой цепи некоторые наиболее инерционные и ненадежные звенья. Такими звеньями в нашем примере являются нога и мышца ноги. Их можно исключить из цепи управления либо использовав в качестве управляющего сигнала не биопотенциал мышцы конечности, а сигналы-команды, поступающие к ней от мозга, либо возложив функции передачи приказа от головного мозга прямо на тормоз на какую-нибудь мышцу, расположенную в непосредственной близости от мозговых центров и обладающую малой массой (чем меньше масса мышцы, тем быстрее она срабатывает). Всем последним условиям как нельзя лучше удовлетворяют мышцы бровей. Их и решил использовать в недавно созданной опытной модели вспомогательной тормозной системы сотрудник Люблянского университета инженер Водовник.

"Он нахмурил брови, и автомобиль остановился" — так примерно начал бы свой рассказ об этом изобретении писатель-фантаст. Однако в сконструированной инженером Водовником опытной модели вспомогательной тормозной системы нет ничего фантастического. Устроена она и работает так. К обычным очкам прикреплены стальные пружинки, в концы которых вделаны серебряные контакты, прижатые к надбровным дугам (в результате этого сокращается первый период реакции). Проводнички от контактов соединены с обычным дифференциальным усилителем на транзисторах.

Выходной сигнал с усилителя подается на мультивибратор, в цепи которого стоит быстродействующее реле. Последнее передает возбуждение контактору мощного электромагнита, установленного на педали тормоза автомобиля. В момент возникновения опасной ситуации водителю достаточно нахмурить брови, и машина остановится: мгновенно включается электромагнитный тормоз (параллельно шофер действует и обычным ножным тормозом). Через 0,5 сек электромагнитный тормоз отключается и вновь готов к действию.

Как показали испытания опытной модели, такая система позволяет сократить время торможения с 0,5 до 0,15 сек, т. е. на 0,35 сек, что при скорости 100 км/час равносильно сокращению тормозного пути примерно на 9,7 м. Этого часто достаточно для предотвращения несчастного случая. В дальнейшем, совершенствуя электрическую систему, инженер Водовник надеется, что ему удастся еще больше сократить время торможения автомобиля.