Беседы о бионике

Благодаря выполненным за последнее время работам мы можем сегодня уже говорить языком цифр о ряде важнейших технических показателей локационного аппарата летучих мышей и сравнивать их с основными параметрами аналогичных систем, созданных человеком. Путем сопоставления мы можем также установить, в чем биологическая система превосходит технические, какова ее эффективность. Правда, здесь могут возникнуть серьезные возражения против осмысленности и правомерности подобного сравнения столь разнородных систем эхолокации, различающихся по мощности (на несколько порядков), по абсолютной дальности действия и т. п. Однако в общем-то звуко-локационный аппарат летучей мыши выполняет те же функции, что и обычные технические радиолокационные устройства, и поэтому в данном случае биологическую систему можно сравнивать с инженерной почти с тем же основанием, с каким обычно специалисты сравнивают между собой технические характеристики двух радиолокаторов. И в этом отношении большой интерес, несомненно, представляет опубликованная в 1963 г. работа Л. Катрона, в которой даются вполне определенные и убедительные количественные характеристики (принятые в радиолокационной технике) для ультразвукового локационного аппарата летучей мыши. Несмотря на многие упрощения, допущенные автором этой работы при расчетах, последние показывают, что по таким важным параметрам локационной системы, как чувствительность при определении дальности и угловых координат цели, устойчивость к взаимным помехам (т. е. способность не реагировать на сигналы, испускаемые другими локационными системами, работающими в это же самое время поблизости), отношение сигнала к шуму, локационный аппарат летучей мыши более чем в 100 раз превосходит самые совершенные современные радиолокационные системы. Конкретные значения основных параметров эхолокатора летучей мыши, полученные Л. Катроном расчетным путем, приведены в табл. 1.

Таблица 1

К приведенным показателям остается еще добавить следующее. Звуколокационный аппарат летучей мыши ультраминиатюрен, он весит доли грамма и имеет габариты, равные долям кубического сантиметра, а энергии расходует так мало, что ни одна из созданных человеком технических систем не может с ним сравниться. Наши же современные радиолокационные устройства весят десятки, сотни и даже тысячи килограммов, а их объем достигает сотен кубических дециметров. Локационный аппарат летучих мышей — это самовосстанавливающаяся система, которая всегда находится в рабочем, "боеспособном" состоянии; технические же локационные системы должны ремонтироваться человеком, их эксплуатационная надежность значительно ниже, чем у эхолокатора летучей мыши.

Известно, что при расчете и конструировании сложных радиотехнических устройств чрезвычайно важно правильно выбрать характеризующие работу системы показатели качества, надежности и эффективности. Это требует, разумеется, специальных исследований, и в современной технике с разработкой таких оптимальных показателей пока дело обстоит, скажем прямо, далеко не идеально. Что же касается выбора параметров для правильной оценки эффективности сложных живых систем, то нет нужды доказывать, что такая задача еще сложней, а ведь ее решение весьма важно для успешного моделирования и разработки практического варианта технического устройства.

В свете сказанного заслуживает внимания попытка Д. Гриффина найти интегральный показатель[6] эффективности локационной системы Q путем перечисления требований, предъявляемых к ней.

"От наиболее эффективной системы эхолокации, — пишет ученый, — требуется, чтобы она при наименьшем весе W и минимальной используемой мощности Р обнаруживала объекты наименьшей величины (диаметра d) на максимальных расстояниях R".

Соответствующий показатель эффективности Q должен иметь максимальное значение, а в случае "ухудшения" перечисленных факторов, характеризующих систему, — пропорционально убывать.

При таком подходе из чисто качественных соображений сразу же напрашивается формула для вычисления этого показателя:

Однако небольшое размышление показывает, что выбранное выражение необоснованно предопределило связь величин R, Р, W, d; например, из этой формулы следует, что при фиксированном показателе эффективности Q дальность прямо пропорциональна мощности.

Но у всех локаторов плотность излучаемой энергии, как известно, убывает при распространении обратно пропорционально квадрату расстояния. Что же касается летучих мышей, то исследования показали: в ряде случаев можно считать, что энергия эха обратно пропорциональна четвертой степени расстояния. Последнее соображение уже, видимо, можно учесть и в выражении для Q, характеризующем локационные способности как летучих мышей, так и локаторов (от усиления зависимости по R оценка эффективности последних только повысится).