Что такое бионика

Радиопередатчик работает в метровом диапазоне волн (частота 140 Мгц). Собран он исключительно на полупроводниках и весит 66,8 г. Источниками тока служат ртутные батареи, обеспечивающие 20 часов непрерывной работы. Антенна — выпускная, длиной 101,6 см. Чтобы она не запутывалась в хвостовых перьях, значительная часть ее одета в стекловолокно.

Вдоль предполагаемого маршрута полета голубя располагаются приемные станции для записи направления его движения. Приемники могут принимать сигналы от «радиофицированного» голубя с любого направления на расстояниях свыше 33 км. Осуществляется пеленгация голубя, в строго определенное время, и точки его нахождения наносятся на карту. Во время одного полета голубя в районе Филадельфии наблюдение велось на протяжении 33 км.

Кроме направления полета решено следить за изменениями внешней среды и ответными реакциями организма голубя на них. Интересуют ученых и кровяное давление и дыхание голубя. В итоге они надеются раскрыть тайну биологической навигации и на этой основе создать малогабаритные системы навигации и обнаружения.

Исследования не ограничиваются голубями, намечается изучить «опыт» таких птиц, как альбатросы. Предполагается организовать также исследования передвижений бурых дельфинов, китов, акул, морских черепах, то есть таких животных, которые почти все время находятся вблизи водной поверхности, что облегчает слежение за ними.

Известно, что при объяснении принципа радиолокации обычно ссылаются на летучих мышей, которые легко различают препятствия в полете, излучая звуковые волны и принимая отраженные сигналы. Но оказалось, что не только принцип действия локационного аппарата мышей представляет интерес, но и его устройство и характеристики. Ученые установили сейчас, что этот аппарат обладает большей точностью, чем созданные человеком радио- и гидролокаторы. Оказалось, что летучие мыши одного из видов легко обнаруживают проволоку диаметром менее 0,3 мм, несмотря на то что она дает, безусловно, чрезвычайно слабый отраженный сигнал.

Характерно и то, что точность обнаружения препятствия достигается даже при наличии шума, интенсивность которого во много раз превосходит интенсивность принимаемого сигнала. Так, по данным английского ученого Л. Кея, эхолокационный аппарат летучих мышей успешно действует даже при отношении интенсивности сигнала к интенсивности шумового фона, равном 35 (в логарифмических единицах измерения — децибелах).

Любопытным оказывается и то, что у разных видов летучих мышей эхолокационные аппараты устроены по-разному и для ориентации используются различные сигналы. Обыкновенные насекомоядные мыши издают ультразвуки с частотной модуляцией. Их частота меняется в пределах от 90 до 40 кгц за время порядка нескольких миллисекунд (от 10 до 0,5 миллисекунды).

На рис. 6 показаны записанные на пленку разными методами сигналы, излучаемые насекомоядной мышью.

Рис. 6. Запись на пленку сигналов, излучаемых насекомоядной мышью.

Сигналы улавливались емкостным микрофоном и подавались на дискриминатор, то есть детектор частотно-модулированных колебаний. Выходное напряжение выпрямленного тока при этом было прямо пропорционально частоте входных сигналов и не зависело от их амплитуды.

Как же действует «локатор» насекомоядной мыши? Она летает с открытой пастью, в результате поле излучаемых сигналов перекрывает угол 90°. Представление о направлении, по мнению специалистов, мышь получает за счет сравнения сигналов, принимаемых ушами, которые подняты во время полета, как приемные антенны. Подтверждением этого мнения служит то, что стоит вывести из строя одно ухо летучей мыши, как она совершенно теряет ориентировку.

В литературе отмечается, что ушная раковина летучей мыши устроена примерно так же, как и у человека, но диапазон принимаемых частот шире — от 30 гц до 100 кгц.

Сам процесс обнаружения объектов насекомоядной летучей мышью еще полностью не выяснен и изучается. Что касается объектов на удалениях до 1–1,2 м, то предполагается, что мышь может различать сигналы от нескольких из них. Как показано на рис. 7, сложение излучаемых импульсов, модулированных по частоте, и отраженных сигналов дает сигналы разностной частоты Δf, которая будет пропорциональна расстоянию до объекта. Длительность сигналов разностной частоты также функция расстояния.

Рис. 7. Сложение излучаемых импульсов, модулированных по частоте, и отраженных сигналов и получение сигналов, пропорциональных расстоянию до объекта.

Предполагалось, что на расстояниях, больших 1,2 м, точность обнаружения объектов мышью должна была бы убывать. Однако поведение мышей не подтверждает этого, точность остается неизменной.