Изот Литинецкий - Изобретатель - природа
Этот аппарат можно использовать не только на море, но и на суше, в частности в сельском хозяйстве, для предсказания губительных для посевов и садов бурь.
"Полуживые" и "живые приборы"
Итак, живая природа подсказала бионикам идею создания автоматического предсказателя штормов - первого подлинно бионического прибора в современном арсенале инструментальной метеорологии.
Однако даже при всех современных достижениях науки и техники далеко не всегда имеется возможность воспроизвести в металле или электронных схемах конструкцию и принцип работы органов чувств животных, воспринимающих ту или иную метеоинформацию, как в случае с "инфра-ухом" медузы. Например, построить систему, которая прогнозировала бы наводнения, так же, как это делают муравьи или термиты, вряд ли удастся ученым в обозримом будущем.
Как же быть? Как вооружить инструментальную метеорологию с наименьшей затратой времени и средств устройствами для предсказания грозных явлений природы, которые бы не уступали по своим прогностическим способностям, скажем, тем же муравьям или термитам?
Ответ напрашивается сам собой: нужно использовать живые барометры, гигрометры, термометры и другие высокочувствительные биоприборы в натуре, такими, как их создала кудесница природа! Иными словами, надо "биоло-гизировать" инструментальную метеорологию. И именно по этому пути в последние годы пошли бионики, создавая композиционные, гибридные биотехнические метеорологические системы, в которых высокочувствительные органы живых существ используются в качестве датчиков, индикаторов для сбора и обработки многообразной синоптической информации.
Идея создания такого рода "полуживых" приборов принадлежит академику С. И. Вавилову. В свое время он предложил метод обнаружения и регистрации сверхслабых световых сигналов с помощью живого глаза в металлической конструкции, что ознаменовало принципиально новый подход к конструированию приборов-автоматов. С тех пор методика использования рецепторов, и анализаторов ( Анализаторы, или органы чувств живых организмов, представляют собой трехзвенные системы, включающие следующие три ступени. Первое звено анализаторной цепи - приемник, или рецептор, обращенный к внешней (иногда и к внутренней) среде и предназначенный для приема сигналов-раздражителей и переработки (перекодирования) этих сигналов в нервные импульсы. Вторым звеном анализатора является нервный пучок, предназначенный для проведения нервных импульсов рецептора. Третье звено - мозговой центр, в котором происходит окончательная переработка воспринятых сигналов, различение раздражений и принятие решений. Понятие об анализаторах было введено академиком И. П. Павловым) живых существ, естественно, значительно усовершенствовалась. Бионики научились использовать чувствительные органы животных, не отделяя их от тела, путем "прилаживания" электродов в нерв, идущий от чувствительного элемента. Это наилучшим образом разрешает проблему питания, то есть поддержания нормальной жизнедеятельности органов, и позволяет использовать живой биообъект в техническом приборе, системе продолжительное время.
В качестве биологического материала для экспериментов, для практического построения "полуживых" метеорологических приборов-автоматов самый благодатный материал - насекомые.
Во-первых, насекомые - это старейшие жители планеты, природа щедро одарила их разнообразными анализаторами, которые отличаются от искусственных воспринимающих систем небольшими габаритами, высокой надежностью, энергетической экономичностью, а главное - исключительной чувствительностью к определенному типу воздействий внешней среды.
Во-вторых, и это чрезвычайно важно, во всем зоологическом царстве класс насекомых самый многочисленный - 4/5 всех видов животных. На каждого жителя Земли приходится 250 миллионов всевозможных колющих, сосущих, сверлящих, пилящих существ. Это неисчерпаемый экспериментальный материал как для исследований, так и для создания так называемых композиционных систем.
В-третьих, морфология насекомых проще, чем высших животных, хотя и не следует заблуждаться на сей счет: вспомним о количестве единичных рецептов в одном только усике пчелы или муравья, а ведь каждый из рецепторов - это сам по себе довольно сложный прибор. В целом же усик насекомого представляет собой сложную систему - поди разберись в этом хитросплетении ультраминиатюрных "элементов", "деталей", "узлов".
Наконец, в-четвертых, как уже отмечалось выше, ученые ежегодно открывают от 3 до 10 тысяч новых видов. Причем, судя по данным, публикуемым в энтомологической периодике всего мира, темп открытия новых видов не снижается. А ведь каждый новый, еще не открытый и не изученный наукой, вид - это потенциальный "патентоноситель" идей бионического содержания!
А теперь представьте себе в недалеком будущем конструкторское бюро, в котором бионики и инженеры соединяют рецепторные клетки какого-то насекомого, уникального "специалиста" по прогнозированию, скажем, наводнений, тайфунов или ливней с электронным устройством, обрабатывающим сигналы, принимаемые этими рецепторами из атмосферы. В первом приближении структурная схема такой биоэлектронной системы будет выглядеть так: рецепторы насекомого, расположенные на антеннах-усиках, - головные ганглии (нервные узлы, которые заменяют насекомому мозг) - крошечные электроды, подключенные к "выходу" (аксону) центральных нервных клеток, - электронный усилитель - анализатор сигналов - специальные индикаторы. Установленные на метеостанциях такого рода "полуживые" приборы будут очень точно и надежно сигнализировать синоптикам о предстоящих изменениях погоды.
Фантазия? Отнюдь нет. Такого рода композиционными, биотехническими системами уже давно пользуются в США и других странах для обнаружения опасного для жизни шахтеров рудничного газа. В качестве детектора запахов в этих системах работает... муха. Обнаружив в воздухе повышенную концентрацию ядовитого газа, муха начинает "генерировать" импульсы характерной формы, и электронный анализатор немедленно включает световой или звуковой сигнал тревоги. Все предельно просто и удобно: такой "датчик запахов", как муха, легко найти, биотоки мухи нетрудно расшифровать, а главное, у этих насекомых превосходное обоняние (обычная муха способна различать до 30 000 запахов!). Да и в эксплуатации такая биотехническая система очень удобна и экономична: если живой "блок" выйдет из строя, в обычной коробке из-под спичек всегда можно хранить несколько десятков запасных.
Сегодня на счету биоников ряд опытных и действующих биотехнических систем, блестяще показавших свою высокую эффективность в мониторинге.
Термин "мониторинг" родился в самом начале 70-х годов нашего века - так назвали систему наблюдений за различными элементами природной среды в пространстве и во времени по заранее подготовленной программе. Важнейшая, главная задача биотической (биологической) подсистемы монитора - контроль за состоянием биосферы, обнаружение загрязнения окружающего нас воздуха, воды рек, озер и морей.
Потребность в организации специальных наблюдений за изменениями в биосфере вызвана, как известно, деятельностью человека. На все живые существа, обитающие на Земле, в последние десятилетия обрушилось и продолжает обрушиваться не только множество различных вредоносных химических соединений, которых прежде не было в биосфере, но и антропогенные электромагнитные излучения, шумы, тепловое загрязнение и пр. Все это, конечно же, должно находиться в поле зрения мониторинга. Отсюда нетрудно себе представить, какой огромный арсенал приборов и аппаратов необходим для контроля окружающей среды. Для этой цели были созданы и применяются специальные газоанализаторы, спектрометры, фотометры и даже лазерные установки. Однако все эти громоздкие и дорогостоящие приборы в ряде случаев не могут конкурировать с применяемыми в мониторинге в настоящее время биотехническими системами, для которых при необходимости можно найти в живой природе "датчики-рекордсмены", способные ощущать по запаху или вкусу присутствие в воздухе или воде в буквальном смысле отдельные молекулы различных веществ. За примерами далеко ходить не надо.
Тончайшими анализаторами химических соединений являются хеморецепторы обитающих в море одноклеточных организмов - ночесветок. Вспышка ночесветок при введении в воду веществ - своего рода перевод с химического языка на электромагнитный, световой. Достаточно одной сотой миллиграмма соли или сахара в воде, чтобы ночесветка моментально включила свой "фонарик". Это сигнал об изменении состава химических соединений в водной среде и предупреждение соплеменников о возможной опасности.
Удивительная способность к химическому экспресс-анализу воды выявлена у ряда пресноводных рыб. Исследования показывают, когда речь идет о контроле и предупреждении загрязнения рек, озер и водохранилищ, ни одна техническая система не может поспорить в выполнении этой задачи с ушастым окунем, пескарем и форелью.
