Оптика учится у лягушек и крабов

Возможно, что изобретатель фотографии Н. Ньепс, придумывая первый аппарат для получения изображений, взял в качестве модели глаз млекопитающих. В начале прошлого века, когда Ньепс начал свои сенсационные опыты, успехи зоологии позволили французскому физику найти технический эквивалент такого природного фотоаппарата, каковым является глаз. Если сравнить глаз и фотоаппарат, легко можно обнаружить сходство, в общих чертах, их строения и функционирования. Хрусталик глаза может быть представлен как линза объектива, а радужная оболочка - как диафрагма аппарата. Глазное дно глаза можно сравнить с темной камерой, а сетчатую оболочку - со светочувствительной пленкой, на которую воздействует свет, вызывая определенные химические реакции. Ньепс писал: "Фотоаппарат представляет собой глаз, которому человек внушил свою волю. Проявление фотопленки в лаборатории продолжает процессы, которые происходят в мозгу, и, наконец, фотобумага предлагает для обозрения всему миру и навечно то, что глаз сообщает только на одно мгновение мозгу только одного существа".

Оптика учится у лягушек и крабов

За 150 лет со времени изобретения в создании фотоаппаратуры, как и в технике фотографирования, достигнуты поразительные успехи. Сегодня можно говорить о фотоискусстве, которое стремится занять место в одном ряду с классическими видами искусства. Подтверждением этому служат тысячи салонов и выставок фотоискусства. В то же время и наука с жаром претендует на это эпохальное изобретение. Фотография стала неразлучным спутником исследователя, а пытливый объектив "глаза Ньепса", соединенный с инструментами исследования, в одинаковой мере раскрывает нам как грандиозные картины небосвода, так и тайны микромира, предоставляя повсюду доказательства познавательной деятельности человека.

Но вот в последние десять лет бионика пытается внести новые усовершенствования в современную технику, исходя из очень тщательного изучения органов зрения. Особое внимание уделяется фоторецепторам - светочувствительным элементам, а также процессам передачи этим клеткам зрительной информации и ее переработки. По мнению некоторых специалистов, исследование строения глаза, механизма и характеристик видения у животных может быть полезным для улучшения фотографической техники и вообще для решения некоторых технических проблем.

Уже созданы некоторые исключительно интересные устройства, исходящие из определенных особенностей глаз лягушки, краба и насекомых.

Известно, например, что когда летающие насекомые (муха, комар, стрекоза) попадают в поле зрения лягушки, ее мышцы мгновенно срабатывают, а липкий язык безошибочно ловит добычу. Американская фирма "Белл-Телефон" создала искусственную систему, которая воспроизводит одну из функций сетчатки глаз лягушки, другая фирма создала модель глаза лягушки, получившую название "ретинатрон". Модель состоит из семи фотоэлементов, шесть из которых возбуждают искусственный нерв, а седьмой - центральный фотоэлемент - угнетает его (делает его нечувствительным к возбуждению). Все элементы освещаются одинаково, а сигналы возбуждения и торможения взаимно компенсируются. Но, когда перед таким глазом пролетает какое-либо насекомое, оно в определенный момент прерывает луч света, который попадает на центральный фотоэлемент, обуславливая тем самым ослабление системы торможения и возбуждение "нерва".

"Ретинатрон" является одним из самых лучших инструментов для слежения за полетом самолетов. Он точно улавливает радиоэхо, образованное на экране радара движущимся аппаратом, не путает его ни с каким другим сигналом и никогда не пропускает ни единого самолета или судна.

Глаз краба отличается от глаз других животных способностью увеличивать контрастность изображения видимых предметов. Это свидетельствует об исключительно высокой приспособленности краба к жизни, которую он ведет на песчаном дне морей, где живые существа по их окраске часто сливаются с оттенками цвета окружающей среды. Предполагается, что это свойство краба можно будет использовать в телевидении и фотографировании с воздуха и из космоса, где контрастность изображений позволяет намного лучше интерпретировать их.

Солнце и звезды играют важную роль в ориентировании самолетов. У них на борту имеются так называемые компасы для навигации по звездам. К сожалению подобные инструменты можно использовать только при безоблачном небе. Бионика также решила эту задачу оптики, исходя из изучения глаз двукрылых насекомых (мух и пчел). Известно, что глаза этих насекомых являются сложными, то есть состоят из независимых элементов (омматидиев), разделенных на восемь частей и расположенных в форме звездочки. Их чувствительность к поляризованному (неравномерно рассеянному вокруг) свету зависит от направления, откуда исходит свет. Поэтому для глаз пчелы различные участки неба светятся неодинаково. Таким образом пчела определяет свое положение по отношению к солнцу даже тогда, когда небо покрыто облаками. Сконструированный по этому принципу компас с поляризованным светом для навигации по звездам может быть использован в любых, даже самых неблагоприятных условиях полета. Это позволило обеспечить нормальные воздушные перевозки, даже когда потолок облаков препятствует ориентированию с помощью классических средств.

И в другом случае глаз насекомых подсказал конструкторам имеющую большое значение модель. Нетрудно предположить, что движущийся объект последовательно попадает в поле зрения каждого омматидия. Используя эту особенность, насекомое может определять скорость соответствующего объекта. Исходя из этих особенностей омматидиев было задумано и сконструировано устройство, способное мгновенно измерять скорость самолетов. Устройство недорого и имеет небольшие размеры. Оно информирует наблюдателя о скорости самолета или любого другого тела, пересекающего поле оптической системы. Такими приборами оснащены и органы милиции, регулирующие уличное и дорожное движение, и с их помощью можно менее чем за секунду определить скорость движения автомобиля и установить была или нет превышена скорость.