Беседы о бионике

Приемник летучей мыши хорошо выделяет из шума звуковые, а не радиосигналы. Расстояния, на которых эффективно работает такой локатор, очень малы. Но быть может, неизвестный пока принцип, обеспечивающий высочайшую избирательность приемника нетопыря, удастся использовать в устройствах сверхдальней космической связи. И уж наверное он сможет оказаться полезным при конструировании защиты от помех во многих приемных устройствах. Во всяком случае, сейчас, когда в эфире работает столько станций, порой мешающих друг другу, отличные "мышиные" принципы отбора собственных сигналов привлекают самое пристальное внимание биоников, инженеров и физиков. Предполагают, что летучим мышам удается различать эхо от нескольких предметов по величине частотного сдвига, возникающего в результате сложения непрерывно изменяющейся частоты зондирующих импульсов и частоты эха (рис. 1). Сложение излучаемых импульсов, промодулированных по частоте, и отраженных сигналов дает сигналы разностной частоты Δf, которая пропорциональна расстоянию до объекта. Длительность сигналов разностной частоты также является функцией расстояния. Эта гипотеза никак не объясняет удивительную помехозащищенность локатора летучей мыши. А между тем известно, что ее приемник обнаруживает полезный сигнал даже в том случае, если помехи на 30 децибел (более чем в тридцать раз) превышают уровень сигнала!

Рис. 2. Тропическая летучая мышь-рыболов определяет местоположение рыбы под водой с помощью природной локационной системы

Поразительными по своему совершенству органами ультразвуковой эхолокации обладают, как установили ученые, тропические летучие мыши-рыболовы (рис. 2). Они летают у самой поверхности воды и, окуная в нее время от времени острые когти своих лапок, ухитряются ловить мелкую рыбешку. Ловя таким образом рыбу в темные ночи, эти зверьки издают ряд быстро повторяющихся сигналов, которые очень похожи на сигналы их насекомоядных родичей. Поскольку тело рыбы содержит больше 90% воды, оно почти не отражает подводные звуки, но наполненный воздухом плавательный пузырь представляет собой "непрозрачный" для звука экран. Ультразвук, пробив толщу воды, отражается от плавательного пузыря рыбешки, и его эхо возвращается к рыболову.

Может показаться, что рыбная ловля с помощью звуколокатора нисколько не сложнее или даже проще, чем охота на быстрых, беспорядочно летающих в воздухе насекомых. На самом деле это не так. Требования к локаторам у летучих мышей-рыболов и летучих мышей-охотниц несколько отличаются друг от друга. Известно, что при падении звука под прямым углом из воздуха на поверхность воды только 0,12% его энергии распространяется в воде в виде звуковых колебаний. Остальная энергия отражается от грайицы раздела сред. Такая же малая доля энергии звуковых волн, распространяющихся в воде, проходит из воды в воздух. Это значит, что от зондирующих импульсов летучей мыши после падения на поверхность воды из воздуха, распространения в воде, отражения от рыбы и возвращения к приемнику "рыболова" остается доля, равная (0,0012)² = 1,44 · 10^-6, т. е. эти импульсы ослабевают почти в миллион раз!

Кроме того, неизбежны и другие потери: лишь малая доля энергии звука отражается от тела рыбы, и очень незначительная ее часть после выхода из воды попадает в уши летучей мыши. Интересно отметить, что примерная оценка затухания звука при локации насекомого на расстоянии в 2 м показывает, что слуховой аппарат летучих мышей-охотниц способен воспринимать эхо столь же слабое, как и эхо при отражении от мелких рыбок, добываемых их собратьями-рыболовами.

Значит, летучая мышь судит об окружающей обстановке по отраженным сигналам своего локатора, которые иногда возвращаются к ней ослабленными во много миллионов раз. Интересно, что существует вид летучих мышей — подковоносы, — использующих для ориентировки именно этот признак отраженного сигнала (величину его ослабления), и по затуханию, а не по задержке отраженного импульса они определяют расстояния.

Таким образом, слуховой аппарат летучих мышей — это не просто анализатор, обладающий высокой чувствительностью. Органы их эхолокации настолько совершенны, что говорить просто о слухе здесь не приходится. Мы вправе говорить о качественном отличии слухового аппарата летучих мышей от соответствующих органов чувств других животных, об ультразвуковом "видении". Ведь органы звуколокации достигают наибольшего совершенства именно у тех рукокрылых, которые обладают очень плохим зрением, почти слепы, и поэтому у них совсем иное соотношение слуховых и зрительных центров. Так, например, летучую мышь не затрудняет полет в лабиринте из тонких проволочек, хотя при этом она должна иметь представление об их взаимном расположении. По существу, это и есть видение. Приспосабливая рукокрылых к ночному образу жизни, природа так "устроила" этих животных, что его раз услышать для них несравненно лучше, чем для нас, например, сто раз увидеть.