Беседы о бионике

Не обидела природа локационными способностями и многих других обитателей царства Нептуна. Недавно в зоологических садах Сан-Франциско, Сан-Диего и в Нью-Йоркском аквариуме были проведены исследования звуков, издаваемых рядом ластоногих. Оказалось, что тюлени способны издавать сигналы с частотой до 30 кгц и длительностью 0,3 — 1,0 мсек. То обстоятельство, что эти звуки, как правило, регистрировались после попадания в бассейн незнакомых предметов, а также во время хватания пищи, дает основания полагать, что ластоногие пользуются активной звуколокациеи. Таким образом, к зубатым китообразным и летучим мышам прибавился еще один отряд млекопитающих, способных издавать ультразвуки и применять их для эхолокации.

Однако локация с помощью ультразвука — не единственное средство обнаружения в арсенале природы. Существуют и другие виды локаций.

В Ниле живет рыбка, которую из-за вытянутых в длинный хобот челюстей называют "нильский длиннорыл" или "водяной слоник" (рис. 7). Научное ее название — мормирус. Длиннорыл знаменит тем, что его почти невозможно поймать. Донные сети приносят что угодно, но мормирусов в улове, как правило, не бывает. Долгое время оставалось непонятным, как же длиннорыл умудряется уходить из сетей. И лишь недавно ученым удалось установить, что мормирусу вовсе не приходится "уходить" из сетей по той простой причине, что он в них не попадает. Он их легко обнаруживает и ускользает.

Как же удается длиннорылу увидеть или почувствовать рыбачьи сети на расстоянии?

Рис. 7. Нильский длиннорыл

Общеизвестно, что сверхвысокочастотные электромагнитные волны очень быстро затухают в воде. По этому радиолокация и другие радиослужбы под водой невозможны. Однако природа все же наделила нильского длиннорыла чувствительным радиолокатором. Правда, радиус его действия — всего несколько метров. Но длиннорылу этого вполне достаточно. Он любит копаться в речном иле, где и находит себе пищу. Зарывшись головой в ил, длиннорыл, естественно, не имеет возможности следить за окружающим пространством и может легко попасть в сети или стать добычей хищников. Вот тут-то ему и помогает его радиолокатор. Сверху, у основания хвоста длиннорыла, расположен излучатель электрических сигналов. Он посылает в окружающее пространство до 100 импульсов в минуту с амплитудой несколько вольт. Возникающее электрическое поле искажается, как только в нем появляется новый предмет. Нервные окончания особого органа, расположенного у основания спинного плавника со стороны головы, улавливают малейшие изменения этого поля в окружающей среде. Чувствительность локационной системы мормируса чрезвычайно велика. Электрорецепторы способны реагировать на изменения разности потенциалов поля, равные 3 · 10^-9 в на 1 мм длины, т. е. их чувствительность в 10⁵ раз превышает пороговую чувствительность нейрона. Попутно следует отметить, что водяной слоник — одно из немногих животных, чувствительных к магнитному полю. Он реагирует на поднесенный к аквариуму постоянный магнит.

Физическая природа локационной системы мормируса еще не совсем ясна. С одной стороны, установлено, что он посылает электрические импульсы с частотой около 100 посылок в минуту. С другой стороны, он создает в окружающем пространстве электростатическое поле. Из этого вытекают две возможности: улавливание отраженных импульсов и улавливание изменений конфигурации линий поля. Не исключено, что длиннорыл использует оба способа обнаружения.

Некоторые исследователи предполагают, что действие локатора мормируса основано на принципе изменения электропроводности среды. Возможно также, что длиннорыл в результате длительной эволюции сумел "подобрать" для своего радиолокатора какой-то неизвестный пока инженерам диапазон электромагнитных волн, с помощью которых ему удается осуществлять радиолокацию под водой.

Загадку нильской рыбки предстоит решить совместными усилиями ученых, занимающихся радиотехникой и бионикой, — ведь не исключено, что мормирус "изобрел" принцип эффективного обнаружения, который неизвестен пока специалистам по локационной технике.

До сих пор мы говорили об активной локации, суть которой состоит в том, что обнаружение "целей" производится за счет энергии, затрачиваемой передатчиком локатора на "прочесывание" окружающего пространства. С помощью активных локаторов можно обнаружить любой предмет, лишь бы он был достаточно большим и находился достаточно близко.

Но природа не обошла вниманием и другой способ локации — пассивное обнаружение объектов, которые сами излучают энергию. За примерами далеко ходить не нужно. Органы слуха позволяют устанавливать присутствие звучащего (т. е. излучающего энергию звуковых колебаний) предмета и определять направление на этот предмет. Органы зрения дают нам возможность обнаружить тело, испускающее видимый свет. Глаза — весьма совершенные пассивные локаторы, однако с их помощью человек не может увидеть предметов, испускающих, например, инфракрасные (тепловые) лучи. А некоторые животные могут.