Чудесные органы

Что такое бионика

В последнее время ученые ряда стран очень активно исследуют органы пяти чувств (глаза, уши, органы обоняния, вкуса и осязания) живых организмов. Сверх того изучается способность их чувствовать температуру, боль, вибрации, равновесие и другое.

Органы восприятия, по существу, преобразуют один вид энергии в другой и имеют огромную чувствительность, большую, чем соответствующие преобразователи, созданные человеком. Например, оказалось, что некоторые рыбы чрезвычайно чувствительны к запаху. Одна из них может обнаруживать наличие пахучего вещества, если даже на литр раствора его содержится всего 10^-14 грамма. Вызывает интерес и тайна конструкции микроскопического приемника ультразвуковых колебаний, имеющегося у моли, за которой охотятся летучие мыши. Этот приемник, воспринимающий частоты от 10 до 100 килогерц, позволяет моли обнаруживать врага по излучению ее локатора на расстоянии до 30 метров.

Новые возможности для инфракрасной техники может открыть исследование специального органа гремучих змей, воспринимающего тепловое излучение и реагирующего на изменение температуры излучающего тела буквально на одну тысячную долю градуса. С помощью этого органа змея, которая вообще-то плохо видит, может находить свою жертву в темноте. Такую чувствительность обеспечить тепловым координаторам систем самонаведения ракет и другим устройствам автоматического управления мечтают зарубежные специалисты.

С особенным вниманием ученые многих стран исследуют органы зрения, посредством которых в организм проникает свыше 90 процентов всей информации. Тщательному изучению подвергаются фоторецепторы - нервные клетки, воспринимающие световое раздражение, процессы передачи энергии от них и обработки визуальной информации. Привлекают специалистов и характер движения глаз, обзор глазом пространства и многое другое.

Интенсивно изучаются в настоящее время глаза лягушки, морского животного - мечехвоста, насекомых. Зарубежные специалисты считают, что исследование строения глаз, механизма зрения и характеристик зрения человека и животных может принести пользу для улучшения систем фоторазведки, уяснения механизма цветного зрения и решения других технических задач.

Не менее сложная задача - разработка искусственных органов зрения. Американской фирмой "Белл-Телефон" построена искусственная система, воспроизводящая одну из четырех функций сетчатки глаза лягушки. Другая фирма построила модель "обнаружителя насекомых" по образу и подобию зрительного аппарата лягушки. Модель содержит семь фотоэлементов, шесть из них вызывают раздражение, а седьмой - торможение искусственного нерва. При отсутствии насекомого все фотоэлементы освещены равномерно и сигналы раздражения и торможения взаимно уравновешиваются. При появлении насекомого центральный фотоэлемент затемнен, значит, сигнал торможения слаб и на "нерв" действует сигнал раздражения.

Сообщается также о разработке в США электронного устройства, воспроизводящего действие глаза подковообразного краба. Этот глаз заинтересовал ученых тем, что он обладает способностью усиливать контраст изображений видимых объектов. Это свойство глаза краба предполагается использовать для облегчения анализа телевизионных изображений, а также аэрофотоснимков, фотографий Луны и так далее.

Очень существенные результаты дает более обстоятельное изучение органов слуха человека. Известно, что концентрические извилины ушной раковины столь же необходимы для слуха, как и второй глаз для зрения, они обеспечивают возможность определения перспективы - местоположения источника звука. Исследованиями установлено, что благодаря изогнутым извилинам ушной раковины звук поступает к барабанной перепонке разновременно. Это и позволяет определять местоположение источника звука.

Среди возможных применений этого открытия - создание синтетического "наружного уха" для устройства, улавливающего подводные источники звука. Один из ученых в США продемонстрировал толстые диски с просверленными в них тремя отверстиями, которые, как он указал, играют роль ушной раковины человека. Такой перфорированный диск, помещенный под головкой микрофона, с которого ведется запись, создает отставание во времени, позволяющее при прослушивании записи определять расстояние и направление звука.

По типу медузы советские ученые построили прибор, предсказывающий приближение шторма. Оказывается, даже такое простейшее морское животное слышит недоступные человеку инфразвуки, возникающие от трения волн о воздух и имеющие частоту 8-13 колебаний в секунду.

У медузы имеется стебелек, оканчивающийся у шаром с жидкостью, в которой плавают камешки, опирающиеся па окончание нерва. Первой воспринимает "голос" шторма колба, наполненная жидкостью, затем через камешки этот голос передается нервам. В приборе, имитирующем орган слуха медузы, имеются рупор, резонатор, пропускающий колебания нужных частот, пьезодатчик, преобразующий эти колебания в импульсы электрического тока. Далее эти импульсы усиливаются и изменяются. Такой прибор позволяет определять наступление шторма за 15 часов.

С 1950 года один из зарубежных специалистов использует искусственное ухо, представляющее собой микрофон особой конструкции. Электрический ток, протекающий в цепи микрофона, возбуждает конечность слухового нерва. Это, конечно, первая, еще несовершенная конструкция, так как в действительности слуховой нерв имеет сложную "шифровку информации". Для воссоздания искусственным путем процесса действия слухового нерва потребуется немало усилий, в частности, специалистов по радиоэлектронике.

В связи с этим за рубежом интенсивно изучается механизм восприятия звуков человеком с помощью электронной модели, воспроизводящей частотные свойства уха. Специалистам удалось проникнуть в суть многих явлений, в частности в процесс восприятия тембра. Специалисты стараются также создать модель, которая подобно человеческому уху различает слабые сигналы на фоне шумов.

Кроме органов зрения и слуха внимание специалистов привлекают орган температурной чувствительности у кузнечиков (он расположен на двенадцатом членике усиков), у скатов и акул, механизмы чувства времени у животных, птиц и насекомых. Механизмы чувства времени называют биологическими часами. Они управляют ритмами жизнедеятельности организма, причем на один ритм имеется несколько часов. Изучение их у насекомых показало, что они связаны с особыми клетками в нервных узлах. Эти клетки вырабатывают для управления ритмами жизнедеятельности особые гормоны.

Исследования биологических часов проводились в ряде зарубежных университетов и институтов. Они показали, что эти часы нечувствительны к изменению температуры лишь в определенных рамках. При выходе температуры за эти рамки, например при охлаждении до 0 градусов, биологические часы останавливаются. После повышения температуры до нормальной они начинают снова идти, отставая на время остановки.

Специалисты за рубежом стремятся создать электрический аналог биологических часов. В состав аналога введен генератор, характер колебаний которого зависит от воздействия окружающей среды - чередования света и темноты, фаз Луны и тому подобного. Этот прибор, по замыслу его конструкторов, "должен пролить свет на процессы функционирования биологических систем при воздействии периодически меняющихся условий окружающей среды".

П.Т.Асташенков, 1965 год