Изобретатель - природа

Литинецкий Изот Борисович

Так ученые раскрыли одну из сокровенных тайн природы, которая спустя 30 лет натолкнула биоников на мысль заняться поиском во владениях Нептуна подходящей живой модели для создания остро необходимого морякам, точно и безотказно работающего автоматического предсказателя штормов.

Остановились, как было отмечено выше, на медузе, у которой обнаружили особый орган - "инфраухо", позволяющее животному улавливать не доступные человеку инфразвуковые колебания частотой 8-13 Гц, то есть ту самую "штормовую информацию", которую В. В. Шулейкин образно назвал голосом моря.

"Инфраухо" медузы– это ее орган равновесия. Он располагается на краю зонтика-колокола и представляет собой маленькие, величиной

с булавочную головку, пузырьки-колбочки с содержащейся в них жидкостью. Такие пузырьки - статоцисты, или, как их еще называют, "слуховые колбочки", обычно висят на стебельке. Считают, что это видоизмененные щупальца зонтика медузы. Находящиеся внутри слуховых колбочек крохотные известковые шарики-статолиты могут передвигаться в жидкой студенистой массе. Обычно они располагаются в центре пузырька. При изменении положения медузы при колебаниях воды шарики соприкасаются со стенкой пузырька и раздражают находящиеся там нервные окончания. Это побуждает медузу совершать движения, обеспечивающие восстановление соответствующего положения... У некоторых медуз слуховые колбочки-статоцисты окружены длинными и тонкими чувствительными волосками. При волнении воды тело медузы наклоняется, но колбочки остаются висеть отвесно. При этом они касаются чувствительных волосков, и те передают раздражение через нервную систему к эпителиально-мышечным клеткам. Мускульные волокна сокращаются, и медуза вновь занимает нормальное положение.

Инфразвуковые колебания, возникающие в штормовом районе за сотни километров от местонахождения медуз, чутко улавливаются их органами равновесия. Медузы не очень хорошие пловцы. Почуяв приближение шторма, они стараются загодя, с большим запасом времени, уйти подальше от прибрежных вод, чтобы не погибнуть в прибойной зоне. Изучив принцип действия "инфрауха" медузы, сотрудники кафедры биофизики МГУ им. М. В. Ломоносова Б. Иванов, Л. Воробьев, Г. Новинский создали электронный аппарат - автоматический предсказатель бурь.

Аппарат, имитирующий орган слуха медузы (рис. 5), состоит из рупора (улавливающего колебания воздуха частотой около 10 Гц), резонатора (пропускающего именно эти частоты и отсеивающего случайные), пьезодатчика (превращающего пойманные сигналы в импульсы электрического тока), усилителя и измерительного прибора. Аппарат устанавливают на палубе корабля. Когда он включен, рупор медленно вращается, выискивая вокруг штормовые инфразвуки. При их обнаружении особое устройство, действующее по принципу обратной связи, тотчас же останавливает движение рупора, указывая, откуда надвигается шторм. На капитанском мостике находятся измерительный прибор и система указателей, оповещающих о наступлении шторма световым или звуковым сигналом.

Рис. 5. Структурная схема бионической системы - автоматического предсказателя бури (искусственное 'ухо медузы')

Испытания показали, что описанный сигнализатор бурь позволяет определять наступление шторма за 15 часов. Более того, он указывает даже мощность надвигающегося шторма.

Этот аппарат можно использовать не только на море, но и на суше, в частности в сельском хозяйстве, для предсказания губительных для посевов и садов бурь.

"Полуживые" и "живые приборы"

Итак, живая природа подсказала бионикам идею создания автоматического предсказателя штормов - первого подлинно бионического прибора в современном арсенале инструментальной метеорологии.

Однако даже при всех современных достижениях науки и техники далеко не всегда имеется возможность воспроизвести в металле или электронных схемах конструкцию и принцип работы органов чувств животных, воспринимающих ту или иную метеоинформацию, как в случае с "инфра-ухом" медузы. Например, построить систему, которая прогнозировала бы наводнения, так же, как это делают муравьи или термиты, вряд ли удастся ученым в обозримом будущем.

Как же быть? Как вооружить инструментальную метеорологию с наименьшей затратой времени и средств устройствами для предсказания грозных явлений природы, которые бы не уступали по своим прогностическим способностям, скажем, тем же муравьям или термитам?

Ответ напрашивается сам собой: нужно использовать живые барометры, гигрометры, термометры и другие высокочувствительные биоприборы в натуре, такими, как их создала кудесница природа! Иными словами, надо "биоло-гизировать" инструментальную метеорологию. И именно по этому пути в последние годы пошли бионики, создавая композиционные, гибридные биотехнические метеорологические системы, в которых высокочувствительные органы живых существ используются в качестве датчиков, индикаторов для сбора и обработки многообразной синоптической информации.

Идея создания такого рода "полуживых" приборов принадлежит академику С. И. Вавилову. В свое время он предложил метод обнаружения и регистрации сверхслабых световых сигналов с помощью живого глаза в металлической конструкции, что ознаменовало принципиально новый подход к конструированию приборов-автоматов. С тех пор методика использования рецепторов, и анализаторов ( Анализаторы, или органы чувств живых организмов, представляют собой трехзвенные системы, включающие следующие три ступени. Первое звено анализаторной цепи - приемник, или рецептор, обращенный к внешней (иногда и к внутренней) среде и предназначенный для приема сигналов-раздражителей и переработки (перекодирования) этих сигналов в нервные импульсы. Вторым звеном анализатора является нервный пучок, предназначенный для проведения нервных импульсов рецептора. Третье звено - мозговой центр, в котором происходит окончательная переработка воспринятых сигналов, различение раздражений и принятие решений. Понятие об анализаторах было введено академиком И. П. Павловым) живых существ, естественно, значительно усовершенствовалась. Бионики научились использовать чувствительные органы животных, не отделяя их от тела, путем "прилаживания" электродов в нерв, идущий от чувствительного элемента. Это наилучшим образом разрешает проблему питания, то есть поддержания нормальной жизнедеятельности органов, и позволяет использовать живой биообъект в техническом приборе, системе продолжительное время.

В качестве биологического материала для экспериментов, для практического построения "полуживых" метеорологических приборов-автоматов самый благодатный материал - насекомые.

Во-первых, насекомые - это старейшие жители планеты, природа щедро одарила их разнообразными анализаторами, которые отличаются от искусственных воспринимающих систем небольшими габаритами, высокой надежностью, энергетической экономичностью, а главное - исключительной чувствительностью к определенному типу воздействий внешней среды.

Во-вторых, и это чрезвычайно важно, во всем зоологическом царстве класс насекомых самый многочисленный - 4/5 всех видов животных. На каждого жителя Земли приходится 250 миллионов всевозможных колющих, сосущих, сверлящих, пилящих существ. Это неисчерпаемый экспериментальный материал как для исследований, так и для создания так называемых композиционных систем.

В-третьих, морфология насекомых проще, чем высших животных, хотя и не следует заблуждаться на сей счет: вспомним о количестве единичных рецептов в одном только усике пчелы или муравья, а ведь каждый из рецепторов - это сам по себе довольно сложный прибор. В целом же усик насекомого представляет собой сложную систему - поди разберись в этом хитросплетении ультраминиатюрных "элементов", "деталей", "узлов".