Беседы о бионике - [62]

Ну, а как обстоит дело с определением положения и преследованием целей, расстояние до которых не превышает 16 см? Ведь летучая мышь гонится за насекомым до тех пор, пока ей не удастся его поймать, причем от момента обнаружения и до момента "поражения цели" преследование имеет активный характер: в каждый момент времени летучая мышь знает, где находится жертва и в соответствии с этим изменяет направление своего полета. Значит, локатор летучей мыши оказывается эффективным вплоть до того момента, когда она настигает и хватает добычу.

Работа локатора летучей мыши в режиме обнаружения и сопровождения близких целей до сих пор не вполне ясна. Предполагают, что способность летучей мыши "видеть" то, что делается у нее под носом, связана с частотной модуляцией зондирующих импульсов ее локатора. Каждый импульс начинается с очень высокой частоты, а заканчивается на вдвое меньшей (падает на целую октаву). Нетопыри, например, начинают импульс с частоты около 100 кгц и заканчивают его на частоте 45 кгц. При длительности сигнала в 1 мсек изменение частоты оказывается очень быстрым. За этот короткий промежуток времени звук пробегает диапазон, вдвое превышающий область слышимых человеком частот.

Когда летучая мышь настигает добычу или приближается к препятствию, энергия испускаемых ею зондирующих сигналов уменьшается и при расстояниях, меньших 16 см, вероятно, становится безопасной для приемника. Если предположить, что после достижения безопасного уровня и вплоть до момента поимки добычи уши летучей мыши перестают "отключаться" на время работы передатчика, то становится понятной эффективность работы локатора на близких расстояниях. В самом деле, пусть частота испускаемого летучей мышью крика убывает пропорционально времени (от момента начала крика). Тогда, если за 1 мсек частота линейно падает от 100 до 45 кгц, то скорость ее убывания составляет 5 кгц/мсек. Отсюда следует, что, например, через 0,1 мсек после начала импульса его частота составляет уже не 100, а 94,5 кгц. К этому же времени приемник летучей мыши ловит отразившийся от цели импульс с начальной частотой 100 кгц. Таким образом, в этот момент на звуковой анализатор животного одновременно действует сильный сигнал с частотой 94,5 кгц (зондирующий импульс) и сравнительно слабый сигнал с частотой 100 кгц (импульс, отразившийся от цели). По-видимому, летучая мышь способна выделить из шума, создаваемого работающим передатчиком, слабый полезный сигнал с частотой 100 кгц; по задержке этого сигнала относительно начала зондирующего импульса и определяется расстояние до "цели". В данном случае при задержке 0,1 мсек цель, как легко сообразить, находится на расстоянии 1,6 см от уха животного. Этот локатор успешно справляется не только с помехами от собственного передатчика. Гоняясь за насекомыми, летучие мыши воспринимают более сложную "смесь" звуков, чем исходный сигнал и одиночное эхо от данного насекомого. В эту "смесь" входит эхо от всех объектов, расположенных на расстоянии в несколько метров: от поверхности земли, от стен пещеры, от каждого куста, ветки, листа, травинки. Многие объекты дают лишь слабое эхо, но ведь и эхо от насекомого тоже имеет малую интенсивность, и если летучая мышь его слышит, то она должна также воспринимать и все остальные эхо. Кроме того, как известно, летучие мыши почти никогда не охотятся в одиночку. Так, например, в Бракенской пещере, расположенной на юге США, обитает свыше 20 000 000 летучих мышей. Каждый вечер это огромное количество рукокрылых покидает свое убежище, чтобы снова вернуться в него утром. Во время охоты за ночными насекомыми у всех летучих мышей работают локаторы. При этом зверьки не сталкиваются и не мешают друг другу. Понятно, что в таких условиях задача выделения полезного сигнала из ералаша звуков оказывается чрезвычайно сложной. И тем не менее нетопырям она вполне по силам. При такой сложной ультразвуковой "какофонии" каждая особь безошибочно выделяет и принимает эхо посылаемого ею ультразвукового сигнала.

Способность ушей летучей мыши "отстраиваться" от сигналов, которые не представляют для нее интереса, — свойство величайшей ценности.

Хорошо известно, что выделение полезного сигнала на фоне естественных и искусственных помех — одна из старейших и важнейших проблем техники, с которой мы сталкиваемся в очень многих ее областях. Над решением этой задачи ученые и инженеры бьются с тех пор, как начало развиваться радиовещание. Были придуманы резонансные контуры с высокой добротностью, узкополосные усилители, схемы автоматической подстройки частоты и фазы, специальные виды модуляции, обеспечивающие защиту передаваемого сигнала от помех, и т. д. Но по мере усложнения задач радиосвязи проблема каждый раз встает с прежней остротой. Несколько лет назад американские ученые начали интересный эксперимент. Была сделана попытка установления односторонней связи с братьями по разуму, которые, как предполагалось, могут пытаться сделать это на частоте, излучаемой атомами ионизированного космического водорода. Сигналы, улавливаемые приемником совершенного радиотелескопа, подавались в электронную счетную машину на предмет обнаружения в них каких-либо закономерностей, признаков передаваемой информации. Если бы они существовали, машина должна была бы их обнаружить. Но эксперимент не был доведен до конца: произведенные с некоторым опозданием расчеты показали, что приемник просто не смог бы выделить радиосигналы других миров из радиошума, создаваемого космическим водородом.