Беседы о бионике

Оказывается, ее гортань устроена наподобие обычного свистка. Через этот "свисток" мохнатый зверек выдыхает из легких воздух с такой силой, что наружу он вырывается, словно выброшенный взрывом. Вихрем проносясь через гортань, воздух рождает звук очень высокой частоты — от 50 до 100 кгц. Летучая мышь летает с открытой пастью, которая служит рупором для испускаемых ею ультразвуковых сигналов, а рупор, как известно, заставляет звуковое излучение распространяться преимущественно в одном направлении, в данном случае — в направлении полета.

Вполне естественно, что для целей локации летучие мыши используют ультразвук, а не низкочастотные колебания, воспринимаемые человеческим ухом. Дело здесь в том, что размеры предметов, которые еще удается обнаружить с помощью эхолокации, зависят от длины звуковой волны. От предмета, линейные размеры которого значительно больше длины волны, звук, собранный рупором в пучок, отражается примерно так же, как световой луч, падающий на зеркальную поверхность. В этом случае эхо, улавливаемое ушами летучей мыши, получается сильным: зверек хорошо "слышит" предмет.

Если размеры отражающего объекта равны или меньше длины волны, наблюдаются вторичные, дифрагированные волны, распространяющиеся во всех направлениях от малого объекта. Энергия отраженной таким образом волны, улавливаемая ушной раковиной летучей мыши, становится значительно меньше, и, следовательно, различить малый предмет оказывается гораздо сложнее.

Аналогичным условиям должен удовлетворять рупор для собирания излучения в узкий пучок: когда длина звуковой волны больше диаметра устья рупора, то звук фокусируется очень слабо или совсем не фокусируется. Локатор летучей мыши, работающий на частоте 100 кгц, излучает ультразвуковые волны длиной в 3,3 мм, которые ей очень легко сфокусировать открытой пастью. Эксперименты Д. Гриффина показывают, что чувствительность "приемника" локатора летучей мыши — ее ушей — настолько высока, что позволяет животному обнаруживать ячейки в металлической сетке из натянутых параллельно друг другу проволок диаметром 0,12 мм. Расстояние между проволоками в опытах составляло 30 см, т. е. немного превышало размах крыльев летучей мыши; тем не менее зверьки пролетали сквозь сетку, не задевая ее, до тех пор, пока диаметр проволок не становился меньше 0,12 мм.

В 1946 г. советский ученый Е. Я. Пумпер высказал очень интересное предположение, хорошо объяснявшее физиологическую природу эхолокации летучих мышей. По его гипотезе, летучая мышь издает каждый последующий ультразвуковой импульс сразу же после того, как воспринимает эхо предыдущего. Принятый после отражения сигнал является раздражителем, вызывающим посылку следующего зондирующего импульса. Таким образом, быстрые изменения обстановки, близость препятствия, необходимость схватить порхающую под носом бабочку вызывают быстрое нарастание частоты следования импульсов.

И действительно, в дальнейшем эксперименты показали, что летучая мышь перед стартом издает в секунду лишь 5 — 10 сигналов. В полете по прямой не слишком близко от непосредственно интересующих его объектов зверек учащает подачу ультразвуковых импульсов до 20 — 30 в секунду. Однако, как только он приближается к препятствию, число сигналов резко возрастает. В течение короткого времени во время охоты на ночных насекомых летучая мышь, настигая добычу, издает до 250 сигналов в секунду.

Интересно, что чувствительный "приемник" летучей мыши — ее уши — "выключается" на то время, в течение которого она "выдыхает" ультразвуковой импульс. При крике внутреннее ухо летучей мыши закрывается и вновь открывается, чтобы зафиксировать отраженный сигнал. Вероятно, чуткие уши животного могут повреждаться "ультразвуковым грохотом"[5], который производит его передатчик — гортань. Человек, знакомый с техникой радиолокации, обратит внимание на это обстоятельство — ведь закрывающееся среднее ухо представляет собой не что иное, как биологический эквивалент антенного переключателя. Это устройство отключает приемник радиолокатора на время излучения антенной мощного зондирующего импульса, который может мгновенно вывести приемник из строя. Природа, конструировавшая локатор летучей мыши, решила проблему защиты приемника просто и эффективно — ей не понадобились ни четвертьволновые линии, ни разрядники. Безопасность ушей гарантируется совершенством избранной ею механической конструкции: при максимальной частоте следования зондирующих импульсов, равной 250 гц, заслонка в ухе летучей мыши успевает открываться и закрываться 500 раз в секунду. При этом открывание заслонки должно длиться менее 1 мсек. Менее потому, что, как показали исследования, длительность самих импульсов при такой частоте их повторения составляет около 1 мсек.

Эта характеристика излучения — длительность импульсов — определяет точность эхолокации и, стало быть, способность летучей мыши ориентироваться в полете. Чем короче импульсы, тем шире возможности "мышиного локатора".