Прыгающие сейсмографы

Многие, наверное, смотрели кинофильмы, в которых передающую радиостанцию пеленгуют с помощью вращающейся антенны. Сходный поиск источника волн, только не по радиоволнам, а по звуку, выполняет кузнечик, когда определяет, откуда исходит звук. Уши у него расположены в голенях передних ног. При движении по направлению к источнику звука ноги кузнечика совершают дугообразные движения. Сами же слуховые органы, называемые тимпанальными, как бы сканируют пространство по обе стороны от насекомого, нервная система анализирует получаемую информацию и направляет кузнечика точно в сторону звука или от него, посылая импульсы-команды в мышцы ног.

Рис. 3. Упрощенное изображение уха кузнечика, расположенного в передней ноге: 1 - рецепторы; 2 - мембрана; 3 - воздушная трубочка

По своему строению орган слуха у кузнечика отличается от нашего уха. Это не закрытая камера с мембраной, где звуковые волны воспринимаются барабанной перепонкой, передаются в среднее ухо, затем во внутреннее и там анализируются; у кузнечика, наоборот, мембрана колеблется, и клетки у ее основания сразу переводят улавливаемые мембраной звуковые колебания в электрические импульсы. По строению ухо насекомого больше напоминает чувствительный волосок, вибриссу, где сам волосок заменен мембраной, есть еще дополнительные структуры, усиливающие прием звуковых волн и предохраняющие тонкую мембрану от механических воздействий. Поперечный срез слухового органа кузнечика, расположенного в ноге, представлен на рис. 3. В воздушной трубке, имеющей щели, натянуты две мембраны, контактирующие в основании непосредственно со слуховыми клетками.

Чувствительность уха кузнечиков и их родственников очень высока. Используя точную акустическую аппаратуру, энтомологи установили, что саранча воспринимает колебания звуковых волн с амплитудой, равной диаметру атома водорода. Но и это не рекорд. Кузнечик из семейства титигония воспринимает механические колебания с амплитудой, равной половине диаметра атома водорода! Необычайная чувствительность!

Как мы уже говорили, не всегда целесообразно моделировать живые системы и создавать "железные" приборы по тому принципу, как они действуют в природе. Тем более что воспроизвести работу тончайших "живых приборов", которыми наделила природа наших земных собратьев, подчас просто невозможно. Ведь модель мозга муравья, например, даже на самых современных транзисторах и печатных микросхемах получилась величиной с тумбочку под телевизор, а выполнял этот мозг только часть функций нервной деятельности, свойственной муравью. Какой же величины должны быть сейсмические анализаторы, если учесть, что, помимо биодатчиков, в их работе принимает участие и мозг насекомого? По этой причине, возможно, имеет смысл не "воспроизводить" в металле "конструкции" животных, анализирующие механические колебания, а непосредственно подключать их к физическим приборам или же заставлять работать параллельно с "железными" датчиками.

Вот один из примеров использования "прыгающих сейсмографов" для предсказания землетрясения. Пещерные кузнечики, живущие в норках обрывов, очень чувствительны к колебаниям почвы, а может быть, и к изменениям других физических параметров перед землетрясением. Перед землетрясением двигательная активность кузнечиков увеличивается, они покидают свои домики. Американские исследователи поставили перед норками приборы актографы, которые отмечают двигательную активность пещерных кузнечиков. Как только кузнечик прыгнет на площадку, приборы переводят создаваемое им давление в электрические импульсы, которые подаются на записывающие и регистрирующие устройства. В простейшем случае это может быть осциллограф, дающий всплеск кривой на экране. При обычной жизни движение кузнечиков равномерное, число особей, выходящих из норки и возвращающихся домой, примерно одинаковое. Другое дело перед землетрясением, когда почти все кузнечики выпрыгивают из норок, резко повышается количество импульсов, идущих от актографов. Следовательно, в ближайшие часы можно ждать землетрясения.

Преимущество "живых приборов" в том, что они всегда имеются в природе и на их изготовление не затрачиваются средства. В качестве "живых приборов" можно использовать и лабораторных животных, получая саморазмножающиеся датчики. Об их правильном функционировании будет заботиться не человек, а генетические механизмы самого организма. Однако на долю бионики остаются не менее важные проблемы: моделирование шагающих устройств и создание хорошо обтекаемых подводных кораблей по типу рыб и дельфинов, архитектурная бионика, моделирование локационных установок и, наконец, проблема создания искусственного разума.