Беседы о бионике

Когда летучая мышь настигает добычу или приближается к препятствию, энергия испускаемых ею зондирующих сигналов уменьшается и при расстояниях, меньших 16 см, вероятно, становится безопасной для приемника. Если предположить, что после достижения безопасного уровня и вплоть до момента поимки добычи уши летучей мыши перестают "отключаться" на время работы передатчика, то становится понятной эффективность работы локатора на близких расстояниях. В самом деле, пусть частота испускаемого летучей мышью крика убывает пропорционально времени (от момента начала крика). Тогда, если за 1 мсек частота линейно падает от 100 до 45 кгц, то скорость ее убывания составляет 5 кгц/мсек. Отсюда следует, что, например, через 0,1 мсек после начала импульса его частота составляет уже не 100, а 94,5 кгц. К этому же времени приемник летучей мыши ловит отразившийся от цели импульс с начальной частотой 100 кгц. Таким образом, в этот момент на звуковой анализатор животного одновременно действует сильный сигнал с частотой 94,5 кгц (зондирующий импульс) и сравнительно слабый сигнал с частотой 100 кгц (импульс, отразившийся от цели). По-видимому, летучая мышь способна выделить из шума, создаваемого работающим передатчиком, слабый полезный сигнал с частотой 100 кгц; по задержке этого сигнала относительно начала зондирующего импульса и определяется расстояние до "цели". В данном случае при задержке 0,1 мсек цель, как легко сообразить, находится на расстоянии 1,6 см от уха животного. Этот локатор успешно справляется не только с помехами от собственного передатчика. Гоняясь за насекомыми, летучие мыши воспринимают более сложную "смесь" звуков, чем исходный сигнал и одиночное эхо от данного насекомого. В эту "смесь" входит эхо от всех объектов, расположенных на расстоянии в несколько метров: от поверхности земли, от стен пещеры, от каждого куста, ветки, листа, травинки. Многие объекты дают лишь слабое эхо, но ведь и эхо от насекомого тоже имеет малую интенсивность, и если летучая мышь его слышит, то она должна также воспринимать и все остальные эхо. Кроме того, как известно, летучие мыши почти никогда не охотятся в одиночку. Так, например, в Бракенской пещере, расположенной на юге США, обитает свыше 20 000 000 летучих мышей. Каждый вечер это огромное количество рукокрылых покидает свое убежище, чтобы снова вернуться в него утром. Во время охоты за ночными насекомыми у всех летучих мышей работают локаторы. При этом зверьки не сталкиваются и не мешают друг другу. Понятно, что в таких условиях задача выделения полезного сигнала из ералаша звуков оказывается чрезвычайно сложной. И тем не менее нетопырям она вполне по силам. При такой сложной ультразвуковой "какофонии" каждая особь безошибочно выделяет и принимает эхо посылаемого ею ультразвукового сигнала.

Способность ушей летучей мыши "отстраиваться" от сигналов, которые не представляют для нее интереса, — свойство величайшей ценности.

Хорошо известно, что выделение полезного сигнала на фоне естественных и искусственных помех — одна из старейших и важнейших проблем техники, с которой мы сталкиваемся в очень многих ее областях. Над решением этой задачи ученые и инженеры бьются с тех пор, как начало развиваться радиовещание. Были придуманы резонансные контуры с высокой добротностью, узкополосные усилители, схемы автоматической подстройки частоты и фазы, специальные виды модуляции, обеспечивающие защиту передаваемого сигнала от помех, и т. д. Но по мере усложнения задач радиосвязи проблема каждый раз встает с прежней остротой. Несколько лет назад американские ученые начали интересный эксперимент. Была сделана попытка установления односторонней связи с братьями по разуму, которые, как предполагалось, могут пытаться сделать это на частоте, излучаемой атомами ионизированного космического водорода. Сигналы, улавливаемые приемником совершенного радиотелескопа, подавались в электронную счетную машину на предмет обнаружения в них каких-либо закономерностей, признаков передаваемой информации. Если бы они существовали, машина должна была бы их обнаружить. Но эксперимент не был доведен до конца: произведенные с некоторым опозданием расчеты показали, что приемник просто не смог бы выделить радиосигналы других миров из радиошума, создаваемого космическим водородом.

Рис. 1. Определение летучей мышью расстояния до объекта (насекомого) (по П. Т. Асташенкову)