Гидролокатор дельфинов совершенствовался тысячелетиями. За это время природа "испытала" несчетное количество возможных технических решений и "выбрала" самые лучшие. Все это лучшее бионика, надо полагать, в недалеком будущем познает и передаст творцам локационных систем для создания новых гидролокаторов, достигающих по своему совершенству живых локаторов дельфина.
Значительный интерес проявляют ныне бионики и к акулам. Научные исследования показали, что акула подобна управляемой торпеде. По всей вероятности, на след жертвы ее "наводит" не сильно развитое обоняние, как думали раньше, а настоящая локационная система, с помощью которой она воспринимает всевозможные звуки и колебания. В одном из университетов США сейчас тщательно изучается способность акул к самонаведению на жертву. Механизм самонаведения акул предполагается приспособить для создания управляемого оружия.
Не обидела природа локационными способностями и многих других обитателей царства Нептуна. Недавно в зоологических садах Сан-Франциско, Сан-Диего и в Нью-Йоркском аквариуме были проведены исследования звуков, издаваемых рядом ластоногих. Оказалось, что тюлени способны издавать сигналы с частотой до 30 кгц и длительностью 0,3 — 1,0 мсек. То обстоятельство, что эти звуки, как правило, регистрировались после попадания в бассейн незнакомых предметов, а также во время хватания пищи, дает основания полагать, что ластоногие пользуются активной звуколокациеи. Таким образом, к зубатым китообразным и летучим мышам прибавился еще один отряд млекопитающих, способных издавать ультразвуки и применять их для эхолокации.
Однако локация с помощью ультразвука — не единственное средство обнаружения в арсенале природы. Существуют и другие виды локаций.
В Ниле живет рыбка, которую из-за вытянутых в длинный хобот челюстей называют "нильский длиннорыл" или "водяной слоник" (рис. 7). Научное ее название — мормирус. Длиннорыл знаменит тем, что его почти невозможно поймать. Донные сети приносят что угодно, но мормирусов в улове, как правило, не бывает. Долгое время оставалось непонятным, как же длиннорыл умудряется уходить из сетей. И лишь недавно ученым удалось установить, что мормирусу вовсе не приходится "уходить" из сетей по той простой причине, что он в них не попадает. Он их легко обнаруживает и ускользает.
Как же удается длиннорылу увидеть или почувствовать рыбачьи сети на расстоянии?
Рис. 7. Нильский длиннорыл
Общеизвестно, что сверхвысокочастотные электромагнитные волны очень быстро затухают в воде. По этому радиолокация и другие радиослужбы под водой невозможны. Однако природа все же наделила нильского длиннорыла чувствительным радиолокатором. Правда, радиус его действия — всего несколько метров. Но длиннорылу этого вполне достаточно. Он любит копаться в речном иле, где и находит себе пищу. Зарывшись головой в ил, длиннорыл, естественно, не имеет возможности следить за окружающим пространством и может легко попасть в сети или стать добычей хищников. Вот тут-то ему и помогает его радиолокатор. Сверху, у основания хвоста длиннорыла, расположен излучатель электрических сигналов. Он посылает в окружающее пространство до 100 импульсов в минуту с амплитудой несколько вольт. Возникающее электрическое поле искажается, как только в нем появляется новый предмет. Нервные окончания особого органа, расположенного у основания спинного плавника со стороны головы, улавливают малейшие изменения этого поля в окружающей среде. Чувствительность локационной системы мормируса чрезвычайно велика. Электрорецепторы способны реагировать на изменения разности потенциалов поля, равные 3 · 10-9 в на 1 мм длины, т. е. их чувствительность в 105 раз превышает пороговую чувствительность нейрона. Попутно следует отметить, что водяной слоник — одно из немногих животных, чувствительных к магнитному полю. Он реагирует на поднесенный к аквариуму постоянный магнит.
Физическая природа локационной системы мормируса еще не совсем ясна. С одной стороны, установлено, что он посылает электрические импульсы с частотой около 100 посылок в минуту. С другой стороны, он создает в окружающем пространстве электростатическое поле. Из этого вытекают две возможности: улавливание отраженных импульсов и улавливание изменений конфигурации линий поля. Не исключено, что длиннорыл использует оба способа обнаружения.
Некоторые исследователи предполагают, что действие локатора мормируса основано на принципе изменения электропроводности среды. Возможно также, что длиннорыл в результате длительной эволюции сумел "подобрать" для своего радиолокатора какой-то неизвестный пока инженерам диапазон электромагнитных волн, с помощью которых ему удается осуществлять радиолокацию под водой.
Загадку нильской рыбки предстоит решить совместными усилиями ученых, занимающихся радиотехникой и бионикой, — ведь не исключено, что мормирус "изобрел" принцип эффективного обнаружения, который неизвестен пока специалистам по локационной технике.
До сих пор мы говорили об активной локации, суть которой состоит в том, что обнаружение "целей" производится за счет энергии, затрачиваемой передатчиком локатора на "прочесывание" окружающего пространства. С помощью активных локаторов можно обнаружить любой предмет, лишь бы он был достаточно большим и находился достаточно близко.
Но природа не обошла вниманием и другой способ локации — пассивное обнаружение объектов, которые сами излучают энергию. За примерами далеко ходить не нужно. Органы слуха позволяют устанавливать присутствие звучащего (т. е. излучающего энергию звуковых колебаний) предмета и определять направление на этот предмет. Органы зрения дают нам возможность обнаружить тело, испускающее видимый свет. Глаза — весьма совершенные пассивные локаторы, однако с их помощью человек не может увидеть предметов, испускающих, например, инфракрасные (тепловые) лучи. А некоторые животные могут.
Глубоководные кальмары, помимо обычных глаз, наделены еще так называемыми термоскопическими глазами, т. е. органами, способными улавливать инфракрасные лучи. Термоскопические глаза расположены по всей нижней поверхности хвоста. Они устроены так же, как обычный глаз, но снабжены светофильтрами, задерживающими все лучи, кроме инфракрасных.
Рис. 8. Между ноздрей и глазом у ядовитых змей шитомордиков имеются большие ямки. Стрелкой показано углубление, напоминающее дополнительную ноздрю
Своеобразными термолокаторами обладают и змеи. У некоторых ядовитых змей между глазом и ноздрей с каждой стороны находится по довольно большому углублению, и поэтому кажется, что у них четыре ноздри (рис. 8). Такие змеи водятся в Америке (гремучие змеи) и в Азии (щитомордики). Исследования представителей этого семейства дали ученым основания утверждать, что "ямки" на голове змеи представляют собой какой-то орган чувств.
Было установлено, что каждое углубление разделено тонкой перегородкой на две части — наружную и внутреннюю. Разделяющая их перегородка очень тонка и вся пронизана нервными волокнами. Безусловно, это орган чувств. Но каких? На сей счет было сделано очень много предположений, и только недавно выяснилось, что лишняя пара "ноздрей" и служит термолокатором.
Проделали такой эксперимент. Змею ослепили и лишили обоняния. Затем к ее голове поднесли не включенную электрическую лампочку. Змея не обратила на нее никакого внимания. Но когда к голове змеи поднесли горящую лампочку (по соображениям "чистоты" эксперимента она была обернута черной бумагой, не пропускавшей свет), змея сделала молниеносный бросок и укусила теплую "жертву". Змея не могла увидеть лампочку, но тем не менее она не промахнулась. Сразу же было предложено и объяснение устройства термолокаторов. Было решено, что во внутренней камере сохраняется температура окружающего воздуха, а в наружной возникают изменения температуры, вызванные тепловым излучением "целей". Нервные волокна, пронизывающие всю перегородку, улавливают разницу температур и передают ее в мозг — змея узнает, где находятся более теплые, чем окружающий воздух, предметы.
Термолокаторы змей приспособлены для ночной охоты. С их помощью змея обнаруживает мелких теплокровных зверьков и птиц. У змеи слабые зрение и обоняние и неважный слух. На помощь змеям пришел еще один орган — термолоцирующий. Не звуки и не запах, а тепло тела выдают змее ее жертву. Ученые установили, что термолокатор змей реагирует на разность температур в 0,001° Ц. Такая чувствительность сделала бы честь любому прибору для наведения ракет на цель по испускаемому ею тепловому излучению.
Лучшие из современных технических термолокаторов имеют чувствительность порядка 0,0005° Ц, так что здесь инженеры оказались сильнее природы. Чувствительность таких устройств определяется в первую очередь качеством болометра (приемника инфракрасного излучения), зачерненная поверхность которого сильно меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Роль такого болометра у змеи играет, очевидно, мембрана между обеими камерами. Есть все основания считать, что она более чувствительна к инфракрасному излучению, чем пленка болометра. В самом деле, поверхности, которые собирают тепловые лучи и фокусируют их на болометр термолокатора и на чувствительную перегородку змеи, очень сильно различаются по величине. Зеркало чувствительного термолокатора, фокусирующее падающее на него излучение на болометр, может иметь в диаметре больше метра, тогда как диаметры "ноздрей" — теплового локатора змеи — не превышают сантиметра. Таким образом, площади этих поверхностей различаются на четыре порядка. А чувствительность технических термолокаторов больше термолокатора змеи только в два раза, а это значит, что перегородка змеи чувствительнее пленок современных болометров в несколько тысяч раз. Вот где следует искать путей повышения чувствительности технических систем такого рода! Но, увы, принцип работы болометра змеи пока неясен.
В своей дистанционной сигнальной службе обнаружения живая природа использует еще много других высокочувствительных "приборов", основанных на разных принципах и представляющих большой интерес для техники. Особенно богат такими системами мир насекомых. "Приборы" обнаружения у насекомых чрезвычайно просты по устройству, но по широте диапазона воспринимаемых сигналов, по разнообразию "конструкций", микроминиатюрности, надежности работы они занимают первое место не только по сравнению с аналогичными техническими системами, но и по сравнению с такими же устройствами, имеющимися у других представителей живой природы. Возьмем к примеру муравьев. В глубине муравейников они руководствуются не зрением, а особым "чувством", представляющим собой сложный комплекс осязания и обоняния. Обоняние у муравьев не похоже на наше — оно позволяет воспринимать даже форму предметов!