Игорь Иванович Акимушкин
кандидат биологических наук
Патенты подводного царства
Небольшое введение
Откуда произошла бионика? Какая биологическая конструкция, заимствованная инженерами у природы, положила начало построению приборов-аналогов? Говорят, гидрофон, копирующий ухо тюленя, был первым кирпичиком, заложенным в фундамент новой науки. Старые гидрофоны, которыми выслушивали морские глубины корабли-охотники за подводными лодками, работали только в том случае, если корабль стоял. Когда же он двигался, то шум обтекавшей гидрофон воды заглушал гул винтов подводной лодки. А вот тюлень хорошо слышит на полном ходу! Строение его уха и послужило моделью для новой, более совершенной конструкции гидрофонов.
Другие утверждают, что бионика родилась гораздо раньше: изучение особенностей устройства стрекозиного крыла помогло авиастроителям победить опасную вибрацию крыльев воздушных кораблей.
А я готов утверждать, что еще Аристотель, большой знаток зоологии, заложил основы бионики. Попытка эвристического моделирования сделана им почти две с половиной тысячи лет назад: великий грек описал модель человеческого мозга.
Две тысячи лет спустя Рене Декарта тоже увлекла идея моделирования мозга. А Леонардо да Винчи мечтал построить копирующий птицу летательный аппарат (и до него и после него не один Икар пробовал оторваться от земли на машущих крыльях).
Давно, очень давно, люди пытались проникнуть в тайны природных конструкций. Не так уж и важно, кто был из них первым. Важно, что их труды и идеи не пропали даром и что новая наука бионика, рожденная на основе этих идей и накопленного опыта, сейчас успешно развивается.
Два секрета дельфинов
Какие природные конструкции, какие органы обитателей моря могут дать новые идеи инженерам?
Сейчас много говорят о дельфинах. Разносторонние способности этих животных поистине феноменальны. Их изучают теперь и анатомы, и психологи, и лингвисты, и физики, и кораблестроители.
Последних привлекает кожа дельфинов. Точнее: способность дельфинов быстро плавать, чем обязаны они, кроме всего прочего, особому устройству своей кожи, которая является гидрофобной, то есть не терпит воды, отталкивает ее, не смачивается. Все дело в смазке, которую выделяют кожные железы.
Позади всякого тела, плывущего в воде, возникают вихревые водовороты, а вместе с ними — пониженное давление, которое как бы тянет это тело назад, тормозит его. Кожа дельфинов устроена так, что гасит тормозящие вихри. Она волнообразно-подвижна и упруга, пронизана сложной системой сообщающихся полостей, заполненных жидким жиром, который, перетекая под давлением воды из полости в полость, как поршневой амортизатор, гасит энергию водяных вихрей.
Это свойство было использовано конструкторами торпед, которые обтянули смертоносные снаряды резиной «ламинфло», копирующей в главных деталях кожу дельфина.
Но еще раньше ученые разгадали другой секрет дельфинов: ультразвуковой сонар, акустический локатор — приспособление в высшей степени уникальное.
Дельфины очень «болтливы». Ни минуты не помолчат. Большая часть их криков составляет разговорный, так сказать, лексикон, в данном случае он нас не интересует. Другие же явно обслуживают сонары.
Дельфин афалина свистит, щелкает, хрюкает, лает, визжит на разные голоса в диапазоне частот от ста пятидесяти до ста пятидесяти пяти тысяч герц. Но когда он и «молча» плывет, его сонар постоянно ощупывает окрестности серией быстрых криков, или, как их еще называют, клаков, которые длятся не больше нескольких миллисекунд и повторяются обычно пятнадцать — двадцать раз в секунду. А иногда и сотни раз!
Малейший всплеск на поверхности — и дельфин сейчас же учащает свои крики, «ощупывая» ими погружающийся предмет. Эхолокатор дельфина настолько чувствителен, что даже маленькая дробинка, осторожно опущенная в воду, не ускользнет от его внимания. Рыба, брошенная в водоем, обнаруживается немедленно. Дельфин пускается в погоню. Не видя в мутной воде добычу, безошибочно преследует ее. Вслед за рыбой точно меняет курс. Прислушиваясь к эху своего голоса, дельфин слегка наклоняет голову то в одну, то в другую сторону, как и человек, пытающийся точнее установить направление звуков.
Если опустить в небольшой бассейн несколько десятков вертикальных стержней, дельфин быстро плывет между ними, не задевая их. Однако крупноячеистые сети он, по-видимому, не может обнаружить своим эхолокатором. Мелкоячеистые «нащупывает» легко.
Дело здесь, видимо, в том, что крупные ячеи слишком «прозрачны» для звука, а мелкие отражают его, почти как сплошная преграда.
Вильям Шевилл и Барабара Лоренс-Шевилл, научные сотрудники Вудсхольского Океанографического института, серией интересных опытов показали, насколько тонкое у дельфина акустическое «осязание».
Дельфин плавал в небольшой, отгороженной от моря бухточке. И все время «поскрипывал». А иногда гидрофон дико скрежетал от слишком быстрых, скороговоркой произнесенных звуков. Случалось это тогда, когда в воду бросали кусочки рыбы. Не просто бросали, а тихонько, без всякого всплеска, укладывали на дно. Но от дельфина трудно было утаить самое бесшумное подбрасывание пищи в пруд, даже если он плавал на другом его конце, за двадцать метров от места «диверсии». А вода в этой луже была такая мутная, что когда погружали в нее на полметра металлическую пластинку, та словно растворялась: даже самый зоркий человек не мог ее увидеть.
Экспериментаторы опускали в воду маленьких рыбешек длиной около пятнадцати сантиметров. Дельфин моментально засекал рыбку эхолокатором, хотя она едва была погружена: человек держал ее за хвост.
Считают, что клаки служат дельфину для ближней ориентировки. Общая разведка местности и ощупывание более удаленных предметов производится свистом. И свист этот частотно модулирован! Но в отличие от такого же типа сонаров летучих мышей начинается он более низкими нотами, а заканчивается высокими.
Другие киты — кашалоты, финвалы, белухи тоже, по-видимому, ориентируются с помощью ультразвуков. Вот только ученые не знают еще, чем они их издают, эти звуки. Одни исследователи думают, что дыхалом, то есть ноздрей и воздухоносными мешками дыхательного канала, другие — что горлом. Хотя настоящих голосовых связок у китов и нет, но их с успехом могут заменить (так некоторые считают) особые наросты на внутренних стенках гортани.
А может быть, и дыхало, и гортань в равной мере обслуживают передающую систему сонара.
Эхолотирующие крики
После полудня 7 марта 1949 года исследовательское судно «Атлантик» прослушивало море в ста семидесяти милях к северу от Пуэрто-Рико. Внизу под кораблем были огромные глубины. Пятикилометровые толщи соленой воды наполняли гигантскую впадину в земле.
