Профессор Знаев

ВОКРУГ НАУКИ БИОНИКИ

Крупнейший философ древности Аристо­тель не признавал объективного существова­ния цветов в природе, а пытался объяснить их происхождение смешением света и тьмы. С другой стороны,

он выдвинул остроумный аргумент против теории истечения света из человеческого глаза: «Если бы видение за­висело от света, исходящего из глаза, как из фонаря, то почему бы нам не видеть в темноте?»

Прямое доказательство того, что наш глаз действительно формирует перевернутое изоб­ражение, было получено лишь в XX веке, когда провели эксперименты со специальны­ми очками, меняющими «верх» на «низ». Испытуемые сперва видели все «вверх нога­ми», но через несколько дней мозг вернул изображение «на место». Когда же очки сня­ли, все стало снова казаться перевернутым.

Богатый итальянский аристократ Порта издал в середине XVI века труд под названи­ем «Натуральная магия». В нем, помимо опи­сания действительных наблюдений, содержа­лись и вымыслы, как, например, рассказ о лампе, при свете которой у людей появляют­ся лошадиные головы. Порта считал, что пра­вый глаз смотрит лишь на предметы, распо­ложенные справа, а левый — на предметы, находящиеся слева.

Чтобы расставить глаза для увеличения поля бинокулярного зрения, природа вынес­ла их у мухи диопсиды на длинные стебель­ки. Человек же изобрел перископы, позволя­ющие ему вести наблюдение из укрытий на поле боя или с подводных лодок. Так же по­ступает и рыбка периофтальмус, когда зары­вается в ил.

• Человеческий глаз может заметить разни­цу в меняющихся перед ним изображениях только если это происходит не слишком бы­стро. Поэтому частота смены картинок в ви­деоклипах не превышает 5—7 в секунду, тог­да мы еще способны уловить происходящее на экране.

Во время войны разведчики перед ночным походом никогда не смотрят на пламя кост­ра или другие яркие источники света, чтобы не ждать, когда глаза привыкнут к темноте. А во время последней балканской операции авиация НАТО испытала мощную световую бомбу, вспышка которой способна ослепить противника более чем на час.

Высокая чувствительность глаз тюленя по­зволяет ему обнаружить лунной ночью дви­жущийся в прозрачной воде объект вплоть до глубины 466 метров! А чувствительность ор­ганов зрения акул и мечехвостов после при­выкания к темноте возрастает в миллион раз!

Одна из американских фирм создала при­бор для работы с банковскими счетами и че­ками, различающий уровень контрастности и степень насыщенности тона печатных знаков. Его электронные «глаза» лучше, чем магнит­ные считывающие устройства, справляются с расшифровкой плохо напечатанных или рас­плывшихся обозначений.

Одна из «причин» зоркости глаз хищных птиц объясняется чрезвычайно высокой плот­ностью чувствительных клеток сетчатки. Так, у орла она достигает примерно миллиона кол­бочек на квадратный миллиметр.

Наблюдения за больной кошкой, принимав­шей солнечные ванны, привели датского врача Н. Финсена к выводу, что целебным действи­ем обладает только фиолетовая часть спектра. С этого началось использование в медицине ламп синего света, а Финсен за это открытие был удостоен Нобелевской премии.

Отечественные ученые недавно получили свидетельства восприятия человеческим глазом ультрафиолетовых лучей. Правда, это возмож­но лишь в раннем детстве, в подростковом возрасте такая способность утрачивается.

Синий цвет, как выяснилось, отпугивает мух, а комаров привлекает, и они чаще на­падают на людей в синей одежде.

Обычно днища судов окрашивают в тем­ные цвета, однако именно их предпочитают мелкие ракообразные и густо облепляют дни­ща таких судов. Если сменить цвет на белый или светло-зеленый, непрошеных гостей ста­нет намного меньше.

Величайшим достижением природы явля­ется способность человека различать цвета. Обычный человек может отличить 150-300 цветовых оттенков, художник - до 3000, а наиболее полные цветовые атласы содержат их около 10 миллионов!

Знаменитый математик Леонард Эйлер так пытался выразить связь между главны­ми нашими чувствами: «Ничто так не спо­собно разъяснить природу световых ощуще­ний, как прекрасная аналогия между зрени­ем и слухом. Какое значение имеют по отно­шению к уху различные тона музыки, такое для глаза имеют различные цвета».

• Гениальный композитор Бетховен про­должал сочинять музыку, даже потеряв слух, а занимавшийся оптикой ученый Пла­то не прекратил научной работы, ослепнув в середине жизни.

• Наблюдательный Аристотель еще в 344 году до новой эры описал необычного обита­теля моря: «У рыбы-клоуна имеется серия нитей, которые располагаются перед ее гла­зами... и используются ею в качестве приман­ки». Сама рыба может менять окраску под цвет скал, губки или куска коралла, маски­руя конец приманки под добычу других рыб. Стоит им приблизиться к пасти клоуна, как он мгновенно, в тысячные доли секунды, за­глатывает их.

Чтобы предупредить приближение ноч­ных хищников, у которых не развито цвет­ное зрение, барсук, дикобраз и скунс «за­вели» черно-белые полосы на шкуре или иг­лах. Пренебрегший таким сигналом хищ­ник наткнется на крепкие зубы, опасные иглы или «выстрел» жидкостью с одуряю­щим запахом.

Перья самых маленьких птиц — колиб­ри — при всех переливах их расцветки на са­мом деле окрашены очень бедно, поскольку содержат лишь серый или бурый пигмент. Игра цвета зависит, как установили амери­канские биофизики, от огромного количества микроскопических воздушных пузырьков, вкрапленных в перышки. Так образуются словно бы тысячи призмочек, разлагающих белый свет в радугу спектра.

В результате сотрудничества испанских и французских ученых создан робот «Цитрус», предназначенный для сбора апельсинов. Снаб­женный видеокамерой и управляемой рукой, он может снимать спелые плоды с деревьев и тут же сортировать их по размерам.

Растения обладают оптической системой теплового регулирования, по-разному отражая и поглощая солнечный свет зимой и летом. А цветки растений, цветущих ранней весной, имеют фиолетовую и лиловую окраску пото­му, что это позволяет им поглощать больше солнечной энергии, чем если бы они были желтыми или оранжевыми.

Эксперименты, которые ставил в детстве Р. Вуд, отличались большой оригинальностью. Например, он поливал красными чернилами растения с белыми цветками, пытаясь выяс­нить, не покраснеют ли от этого цветы. От­дыхая от науки, Вуд написал шуточную книжку «Как отличать птиц от цветов», па­родирующую наукообразные книги для детей и ставшую очень популярной, и послал ее экземпляр президенту США Рузвельту. Руз­вельт поблагодарил автора и выразил жела­ние прочесть другие его произведения. Како­во же было удивление президента, когда Вуд послал ему «Физическую оптику»!

От имени английского ученого Джона Гершеля (сына астронома и оптика Вильяма Гершеля, первооткрывателя инфракрасных лу­чей) была выпущена книга, получившая ши­рокую известность. В ней говорилось о том, что на Луне можно увидеть в телескоп... ста­да бизонов, оленей и рогатых медведей, да еще летающие с помощью перепончатых рук- крыльев двуногие создания. Розыгрыш на­столько удался, что книгу даже перевели на русский язык.

Известный французский физик Э. Мариотт открыл в глазу человека слепое пятно, при попадании на него света предмет, испустив­ший этот свет, перестает быть видимым. А со­всем недавно американские ученые обнаружи­ли неожиданную способность реагировать на свет таких далеких во всех отношениях от глаз участков тела, как наши... колени!

Хамелеон знаменит не только тем, что умеет менять окраску. Это одно из немногих животных, у которых движения глаз совер­шенно не зависят друг от друга. Причем, в отличие от самых современных фотокамер с выдвижным объективом, глаза хамелеона могут поворачиваться во всех направлениях и вращаться словно на шарнире.

Обнаружено, что тонкие и острые крем­ниевые иголочки морских губок, обитающих в море Росса в Антарктике, проводят свет по­добно совсем недавно созданным людьми оп­тическим волокнам. Передаваемое ими излу­чение поддерживает жизнедеятельность зеле­ных водорослей, а те, в свою очередь, в про­цессе фотосинтеза вырабатывают сахар для питания губок.

Глубоководные рыбы-удильщики облада­ют длинным, раз в десять больше их тела, выростом, на конце которого дрожит заполненный светящимися бактериями шарик. Бро­сившиеся «на огонек» рыбы или кальмары попадают в зубы «рыболову».

Когда американские биологи бросили в бассейн с акулами замороженных светляч­ков, хищницы стали в панике выскакивать из воды, а спустя несколько минут впали в оцепенение. Эта неожиданная реакция жи­вотных послужила началом исследований по получению искусственного аналога природ­ного светящегося вещества для защиты от нападения акул.

Создан аппарат для улучшения сна под на­званием «домашний планетарий». При нажа­тии кнопки на потолке и стенах зажигаются звезды, туманности, светится Млечный путь. Оказывается, как установили японские пси­хологи, при созерцании звезд мозг освобож­дается от перегрузок, а это способствует глу­бокому и полноценному сну.

Специалистов самых разных областей объединили проблемы нового направления - биологического дизайна. Помимо вопросов удобной планировки квартиры, расположения мебели и бытовых приборов, они призваны разработать вопросы влияния на человека цвета окружающих предметов и потолка, а самоё главное, как выяснилось, — рисунка на обоях.

Сенсорика — это область чувств, точнее, ощущений. Может показаться странным, что мы объединяем это слово с приставкой «био». Действительно, механика, архитектура, энер­гетика, да и акустика — те направления че­ловеческой деятельности, которые, в общем- то, долгое время могли развиваться без уче­та подсказок природы. И только наши же­лания или любопытство, наша воля или не­удовлетворенность сделанным заставляли об­ращаться к ней, «подслушивать» и подсмат­ривать, не предложит ли нам она что-нибудь получше того, что мы придумали сами.

Но вот ощущения — они ведь и так не­разрывно связаны с живыми существами, без которых такого понятия просто и не было бы. Поэтому в данном случае, когда мы хотим сконструировать чувствующие — сенсор­ные — системы, мы полностью зависим от живой природы, должны «слушаться» ее, да и вряд ли по-другому сможем. Более того, официальная, так сказать, бионика и нача­лась в нашем, XX веке с задачи моделирова­ния разных органов чувств.

Взгляните на картинку, приведенную у эпиграфа к этой главе. Это карикатура на искусственного человека, составленного из технических достижений примерно столетней давности. Можно разглядеть фонограф — звукозаписывающий прибор, электрические лампы, дугообразный магнит, телефонную трубку и встроенную в грудь кинокамеру. Но едва ли такой «робот» мог тогда хоть в чем- то соперничать с человеком, прежде всего — в копировании органов чувств. Хотя к нему и пририсованы подобия глаз и «слуховые» провода, а руки снабжены какими-то изме­рительными приборами, слышать, видеть и осязать, конечно же, он был не в состоянии. А что уж говорить об обонянии и вкусе!

Нельзя сказать, что за прошедший с тех пор век мы продвинулись так далеко, что уже смогли бы оснастить рукотворного человека всеми сравнимыми с нашими органами чувств. Если приемники света и звука близ­ки по чувствительности своим природным аналогам, то о датчиках других ощущений этого пока не скажешь.

Трудности их воспроизведения связаны еще и с тем, что вся идущая извне разнооб­разная информация воспринимается нами порой целиком, сразу всеми рецепторными системами, «включенными» одновременно. Но мы разделяем ее, говоря, что на долю зрения приходится примерно 90 процентов, на долю слуха — девять, хотя это не значит, что ос­тальные три чувства, на которые выпадает, как видите, всего лишь одна сотая часть, иг­рают незначительную роль.

А почему, кстати, мы решили, что их ос­талось три? Это первобытный человек воспри­нимал все непосредственно, не догадываясь, что в нас могут быть приемники еще каких- либо воздействий или чувства времени и рав­новесия. Глаз — значит зрение, ухо — слух, нос — нюх и так далее. Словно следуя дале­ким предкам, люди впоследствии определи­ли только пять известных нам чувств.

Однако обращение к другим живым суще­ствам и более внимательный взгляд на самих себя сильно изменили за последнее время наши представления о чувствах. Сколько их на самом деле? Как соотносятся они между собой? Можно ли их обострить, сделать бо­лее чуткими? Способны ли мы воспроизвести их технически? Но обо всем по порядку...