На пути к бионике

Дальнейшие исследования показали, что возможности дельфиньего гидроакустического локатора до сих пор превосходят характеристики созданных инженерами их искусственных аналогов - сонаров. Поразительна точность эхолокации дельфинов. На расстоянии в десятки метров направление на цель определяется ими с точностью до полградуса. В экспериментах, проводившихся советскими учеными на Черном море, афалины безошибочно подплывали к дробинке диаметром 4 миллиметра, брошенной в воду на расстоянии 20-30 метров от животного. Уже известный нам Норрис вместе с Тернером научили знакомую нам Алису с закрытыми глазами и плотно заткнутым "носом" различать размеры бросаемых в воду шариков. Сначала они научили ее различать два стальных шара, маленький диметром 3,75 сантиметра и большой диаметром 6,25 сантиметров. Если животное выбирало большой шар, оно получало в награду рыбу. "Затем,- рассказывает Норрис,- мы закрыли глаза Алисе и постепенно увеличивали размер маленького шара. С закрытыми глазами, выбирая между шарами диаметром 5 и 6,25 сантиметра, Алиса не ошиблась ни разу на протяжении сотни опытов. Даже когда диаметры шаров составляли 5,62 и 6,25 сантиметра, она в большинстве случаев не ошибалась, хотя и были случайные ошибки. Разница в 0,6 сантиметра так мала, что вы с трудом можете обнаружить ее невооруженным глазом"*. Дальнейшие эксперименты показали, что, пользуясь своей сонарной системой, дельфин обнаруживает металлическую проволоку диаметром 0,2 миллиметра в 77% случаев.

* (И. Б. Литинецкий. Беседы о бионике. М., "Наука", 1968, стр. 211.)

Изучая работу локационного аппарата дельфина, ученые открыли еще одну очень важную его особенность: издаваемые животным ультразвуки, отражаясь от окружающих предметов, позволяют ему определять не только местоположение последних, но и их форму, природу, структуру. Та же Алиса с плотно закрытыми глазами с помощью своего сонара легко отличала желатиновую капсулу, наполненную водой, от куска рыбы такой же величины. В экспериментах Келлога и его коллег подопытные дельфины Альберт и Бетти в кромешной тьме безошибочно отличали форель длиной 15 сантиметров от кефали длиной 30 сантиметров: форель нравилась им явно больше. В другом опыте крупной кефали дельфины предпочли вдвое меньшего пятнистого горбыля: когда обеих рыб погружали в бассейн, афалины почти всегда устремлялись к горбылю. Когда горбыля подвешивали за стеклянным экраном (рыба была видна, но недоступна для эхолокации), а кефаль - перед ним (она была доступна для ультразвукового распознавания), то дельфин никогда не пытался ловить горбыля и довольствовался кефалью.

Особенно интересно, что гидролокационный аппарат китообразных значительно лучше защищен от воздействия помех, чем самый совершенный сонар. Тот же Келлог пытался дезориентировать афалин, ищущих пищу, записанными ранее на пленку различными громкими сигналами. Животные без труда отличали свои сигналы от искусственных, хотя полезные сигналы были в десятки раз слабее мешающего шума.

Как же, по современным воззрениям, устроен гидролокатор китообразных?

Чтобы ответить на этот вопрос, пойдем обратным путем, от техники к природе. Мы найдем в организме дельфина все основные функциональные узлы стандартного локатора: источник колебаний, передающую антенну, формирующую направленный луч, приемную антенну, приемник излучения, обрабатывающий принимаемую информацию и выдающий координаты цели.

Предполагают, что источником звуковых и ультразвуковых колебаний у китообразных является наружный надчерепной носовой проход, причем звуки различных частот возникают в разных его отделах. Диапазон излучаемых частот очень широк - от нескольких десятков герц до 200-250 килогерц. Максимум интенсивности звуков лежит в диапазоне 20-60 килогерц. Звук может подаваться непрерывно или короткими импульсами, на одной частоте или с постепенным ее изменением. Интересно, что китообразные подают звуки за счет циркуляции воздуха в дыхательных путях, не выпуская его через дыхало наружу.