Посилювачі відчуттів

Органы чувств — это окна в мир, которыми наделила жи­вые существа природа. С их помощью организмы получают все сведения о внешней среде. Для человека, сила которого за­ключается в его знаниях о природе, органы чувств также име­ют огромное значение.

Общепринято, что у человека имеется пять видов ощуще­ний: зрение, осязание, слух, вкус и обоняние. Но на самом деле у него их гораздо больше: чувство боли, мышечное чувст­во, чувство тепла и холода, чувство положения равновесия и многие другие. Вся эта сложная система чувствительных и воспринимающих приборов без устали показывает нам приро­ду во всех ее оттенках. Они дают возможность человеку ощу­тить красоту суровой тундры и непроходимых джунглей, зо­лотой осени средней полосы России и полного света и тепла лета южных берегов Италии.

Однако далеко не все можно узнать через непосредствен­ные ощущения. Более того, в наше время все большее значе­ние в жизни приобретают явления, которые человек непосред­ственно не ощущает. Он, например, не в состоянии восприни­мать своими органами чувств радиоволны, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, инфра- и ультразвуки и т. п. Он не ощущает слабых толчков, которые постоянно сотрясают Зем­лю, не ощущает магнитных бурь, изменений веса, которые происходят, когда человек с далекого севера переселяется на юг и, наоборот, с юга на север.

С древнейших времен человек стремился повысить чувст­вительность своих воспринимающих приборов и расширить их ассортимент. Не зная законов магнетизма, он изобрел компас и отвес для обнаружения отклонений от вертикали, хотя за­кон всемирного тяготения Ньютон открыл значительно позже.

С прогрессом науки человек открывал все больше возмож­ностей своих органов чувств за счет использования природных явлений для обнаружения сигналов из окружающего мира.

Развитие радиоэлектроники поставило совершенно новые задачи в этом направлении. Очень большое значение стали играть быстродействие и габариты чувствительных приборов, наличие у них удобного для измерения и регистрации выхода, автоматизации процессов обнаружения, разработка комплекс­ных систем обнаружения сигналов различных видов энергии в широком диапазоне величин.

Созданы новые чувствительные устройства обнаружения с помощью ультразвуковых и инфракрасных лучей. И тут че­ловек «вспомнил», что звуки, которые он не слышит, слышат собаки, что хищные птицы, парящие высоко в небе, видят на земле мельчайшие подробности, недоступные его глазу.

В начале нашего рассказа уже приводились примеры замечательных чувствительных приборов, которые «разбросала» природа по животному царству. Это не случайно. Биологиче­ские приборы обнаружения в настоящее время чрезвычайно заинтересовали инженеров. Их изучению уделяется большое внимание в бионике. Многие параметры и характеристики био­логических воспринимающих приборов рассматриваются как требования, которые можно предъявить к техническим чувст­вительным системам. Миниатюрность, надежность, экономич­ность и способность к самонастройке отличает все без исклю­чения биологические чувствительные приборы от их искусст­венных «собратьев».

Бионика сегодня уже приступила к количественному «тех­ническому» изучению крохотных «антенн» различных насеко­мых с целью заимствования их устройства. Главным вопро­сом здесь является исследование механизма, обеспечивающего высокую направленность «антенн» на источник сигнала при их удивительно маленьких размерах.

Инженеры, занимающиеся разработкой бионических при­боров, изучают органы обоняния, которые имеют избиратель­ную чувствительность к различным химическим элементам. Американский ученый Э. Дрэвникс уже создал первую модель такого органа. Автор назвал свой аппарат «электронным но­сом». Правда, «электронный нос» пока еще может различать только три химических соединения — ацетон, тиофен и пири­мидин. Но в скором времени возможности этого прибора будут значительно расширены.

В связи с развитием ракетной техники очень остро встал вопрос о построении сверхминиатюрных остронаправленных приемников инфракрасного излучения. Такие устройства име­ются у некоторых насекомых и змей. Они представляют боль­шой интерес. Ведь некоторые змеи, например, имеют приборы, с помощью которых они могут реагировать на изменения тем­пературы, исчисляемые тысячными долями градуса.

Разработка так называемых узнающих машин вызвала большой интерес к изучению органов зрения. Установленные недавно функциональные различия между чувствительными клетками сетчатки глаза у высокоорганизованных животных уже вносят свои корректуры в конструкции воспринимающих устройств узнающих автоматов. На основе свойства глаза пче­лы, которое образно называют «лупой времени», разрабатыва­ют индикатор путевой скорости. Начаты исследования законов кодирования и декодирования информации в органах чувств различных живых организмов.

Широкое внимание, которое уделяется разработке воспри­нимающих систем, аналогичных тем, которые создала живая природа, можно объяснить прежде всего двумя обстоятельст­вами. Одно из них заключается в том, что природа за многие миллионы лет эволюции создала самые различные чувствительные устройства, соответствующие специальным условиям внешней среды, в которой протекает жизнь животных. Органы чувств водных организмов приспособлены к водной среде, птиц — к воздушной среде, наземных животных — к условиям суши.

Приспособленность, оптимальность искусственных воспри­нимающих систем по отношению к определенным условиям работы стали сейчас техническими характеристиками, кото­рые специалисты оговаривают в документациях по таким при­борам. В реализации этих свойств природа естественно имеет больше «опыта», чем даже самые опытные конструкторы.

Другое обстоятельство, объясняющее большой размах в деле построения бионических приборов обнаружения, связа­но с современными требованиями к обработке поступающей информации. Опыт последних лет показал, что системы, пред­назначенные для регистрации больших объемов различных сведений, должны быть совмещены со специальными устрой­ствами для предварительной обработки данных.

В большинстве случаев поступающая информация содер­жит много ненужных для регистрации сведений. Она облада­ет, как говорят специалисты, большой избыточностью. Вам нужно прочитать книгу по какому-то интересующему вас воп­росу. Вы приходите в библиотеку и начинаете отыскивать в каталоге шифр этой книги по ее названию или фамилии авто­ра. Сколько ненужных сведений должен переработать ваш мозг, прежде чем вы найдете нужную вам книгу! А сколько со­вершенно ненужных звуков воспринимают ваши уши в течение дня! Сколько энергии каждый из нас тратит на сортировку и анализ информации, не представляющей для нас никакой цен­ности.

Исследование конструкции и функционирования различных чувствительных элементов живых организмов позволит соз­дать специальные устройства, помогающие человеку быстрее анализировать поступающую из внешнего мира в его мозг ин­формацию и отбирать только нужные сведения.

Изучение биологических систем обнаружения показывает, что в мозг животного обычно поступает уже предварительно отобранная и даже частично проанализированная информа­ция. Именно поэтому ученые говорят, что биологические при­боры обнаружения обладают очень большой пропускной спо­собностью в придачу к огромному числу чувствительных эле­ментов в этих приборах. Это означает, что эти приборы могут передавать в мозг в единицу времени информацию о чрезвы­чайно большом числе событий внешнего мира.

В настоящее время уже предпринимаются практические ис­следования в области создания ультразвуковых локаторов, ко­торые по своим техническим характеристикам будут аналогич­ны ультразвуковым локаторам летучих мышей и дельфинов. Ультразвуковые локаторы этих животных помимо малых габа­ритов и высокой чувствительности имеют интересные устрой­ства для анализа отраженных сигналов, которые позволяют им совершать тонкую ориентировку в очень сложных усло­виях.

Органы чувств обладают известной гибкостью, которую физиологи называют адаптацией. Благодаря этой адаптации животное может в тысячу раз усилить чувствительность своих воспринимающих органов. На основе этого свойства органы чувств «сортируют» поступающие к ним раздражения на зна­чимые, которые они передают в мозг, и на незначимые, кото­рые в мозг не передаются. Благодаря адаптации органов чувств осуществляется и элементарное обобщение входных сигналов. Сейчас уделяется большое внимание системам та­кого вида, ибо они открывают невиданные возможности для автоматизации процессов обнаружения. Автоматизация таких систем намного облегчается, ибо все манипуляции, которые совершает человек, связанные с изменением параметров сис­темы обнаружения, здесь происходят сами собой. Это особен­но важно в тех случаях, когда машины, обслуживаемые вос­принимающими устройствами, имеют большое быстродействие или если они находятся в условиях, где непосредственное при­сутствие человека затруднительно или невозможно.

Бионика помогает специалистам не только хорошо поста­вить инженерные задачи в построении систем обнаружения. Она черпает из биологии образцы, параметры и характеристи­ки, которые превращают многие подчас фантастические тре­бования техники в реальные возможности, успешно осущест­вленные в живой природе.

В настоящее время делаются только первые шаги в этом направлении. К, сожалению, биологи не всегда знают, чего хо­тят от них инженеры. А инженеры не владеют биологическими знаниями. Во всяком случае, они еще не научились четко фор­мулировать свои требования перед биологами. Скепсис по по­воду этих работ, проявляемый некоторыми учеными, не дол­жен смущать пионеров, встречающих первые большие труд­ности на своем пути.

• ← Біологію – на озброєння техніки!
• «Думаючі» машини →