Изот Литинецкий - На пути к бионике

Весьма вероятно, что мягкие синтетические оболочки, близкие по своим антитурбулентным и гидрофобным свойствам коже дельфинов, в ближайшем будущем найдут применение и в авиастроении, поскольку и для самолетов существуют проблемы лобового сопротивления, снижающего скорость.

Можно также полагать, что подобные покрытия будут эффективны не только при движении твердых тел в жидкой или газообразной среде (подводные лодки, самолеты), но и при транспортировке жидких, газообразных и даже твердых тел по трубопроводам. Недавно сотрудник Питтсбургского университета (США) Р. Пелт выстлал внутреннюю поверхность трубы материалом, имитирующим дельфинью кожу, и измерил, насколько снизились потери давления при перегонке жидкости по этой трубе. Оказалось, что они уменьшились на 35%.

Таким образом, трубу, если сделать ее достаточно длинной, можно превратить в самый экономичный вид транспорта. Здесь поток грузов может двигаться непрерывно, днем и ночью, без простоев, перегрузок, без потерь на "усушку-утруску-усыпку". По трубопроводам, выстланным дельфиньей кожей", можно будет на сотни и тысячи километров перекачивать воду, сжиженные газы, спирт, патоку, жидкие удобрения и т. д.

Жадно изучая дельфиньи "патенты", человек не так давно обнаружил, что он отстал от обитателей царства Нептуна не только в решении многих сложнейших проблем современной гидродинамики, но и в такой области техники, как гидролокация.

Все началось с того, что в 1947 году американский зоолог Артур Мак-Бридж, работавший во флоридском аквариуме "Мериленд", заметил: ночью в мутной воде дельфины обходят сети. Было также обнаружено, что дельфины свободно находят куски рыбы, помещенные в водоем, в самые темные ночи бесшумно и на большой скорости обходят установленные в бассейне препятствия. В своих заметках, опубликованных посмертно, Мак-Бридж поднял вопрос: не обладают ли дельфины способностью посылать звук и нет ли у них приемного аппарата, подобного аппарату летучих мышей, позволяющему безопасно летать в темноте?

Первые опыты по изучению методов и способов ориентации дельфинов под водой были поставлены в 1955 году американскими биологами В. Шевиллом и Б. Лоуренс в местечке Вудс-Холл. Работы велись с самцом афалиной, помещенным в небольшой мутный водоем размером 90X20 метров. Для надежного исключения участия зрительного анализатора опыты проводились ночью. И тем не менее бросаемая экспериментаторами в воду рыба моментально обнаруживалась и поедалась голодным животным. На всплеск воды дельфин бросался очень точно - при расстоянии до всплеска 20 метров он ошибался лишь на несколько сантиметров. Тогда опыт усложнили: дельфину стали давать рыбу только после звукового или ультразвукового сигнала. Когда этот условный рефлекс закрепился, экспериментаторы стали подкладывать рыбу без сигнала или, наоборот, сигнал не сопровождали кормлением. Дельфин не ошибался: если рыбы не было, он проплывал мимо лодки, на которой находились экспериментаторы, если же корм был беззвучно опущен в воду, дельфин каждый раз обнаруживал его. В темноте при поисках пищи дельфин издавал слабые поскрипывающие звуки и при этом всегда безошибочно направлялся к рыбе. Если же животное двигалось молча, оно к лодке не подплывало, даже если рыба была опущена в воду.

Уже из этих опытов стало ясно, что дельфины обнаруживают пищу и различают самые разнообразные предметы под водой с помощью высокочастотных "скрипов" и эха. Однако окончательно эта рабочая гипотеза была подтверждена серией экспериментов, проведенных профессором Флоридского университета Уинтропом Келлогом. Во флоридском аквариуме "Мериленд" было два обученных дельфина - Альберт и Бетти. Экспериментируя с ними, ученый и его коллеги поставили перед собой задачу выяснить следующие вопросы: издают ли дельфины звуки, аналогичные тем, которые используются в современных гидролокаторах, так называемых сонарах? Обладают ли они приспособлениями, позволяющими улавливать эхо собственных звуков? Реагируют ли они на отраженные звуки? Используют ли они звуковые сигналы для ориентации и нахождения пищи? С помощью современной электронной аппаратуры исследователям удалось на каждый из этих вопросов получить положительный ответ. Опыты проводились в бассейне, мягкое илистое дно и стенки которого хорошо поглощали звуки и не давали эха. Плавая, афалины взмучивали воду так, что видимость при экспериментах не превышала 35-85 сантиметров. Все опыты проводились ночью и были поставлены так, что подопытные животные не могли видеть действий человека. В воду были опущены гидрофоны; звуки, издаваемые дельфинами, записывались специальной аппаратурой. Результаты опытов оказались поразительными. Если в бассейне было спокойно, афалины лишь изредка издавали скрипы или щелчки - поисковые серии звуковых импульсов. При холостом всплеске о поверхность воды дельфины тотчас же издавали одну короткую серию скрипов и замолкали. Если же экспериментаторы бросали в бассейн несъедобный предмет, который ударялся о поверхность воды, а затем начинал погружаться, то вслед за первой серией щелчков дельфины издавали еще несколько серий звуков. Когда этим брошенным предметом оказывалась рыба, следовал целый залп звуковых импульсов с частотой до нескольких сотен в секунду и дельфин направлялся к рыбе. Приближаясь к добыче, он не переставал лоцировать, покачивал головой из стороны в сторону, описывая дугу в 10-20°, как бы нацеливаясь на рыбу своим звуковым лучом.

Рис. 22. К глазам дельфина прикрепляют резиновые наглазники, чтобы изучить способность животного плавать вслепую

Далее поставили такой эксперимент. В бассейне, наполненном мутной водой (видимость не превышала 50 сантиметров), устроили лабиринт: в воду опустили 36 полых металлических стержней (их разместили в 6 рядов, по 6 штук в каждом, на расстоянии 2,5 метра друг от друга), при прикосновении к которым включался электрический звонок. Затем в мутную воду пустили двух дельфинов. В течение первых 20 минут звонок раздался лишь 4 раза. Следующие 20 минут звонок звонил еще реже, а затем афалины плавали в бассейне, уже не задевая стержней даже в полнейшей темноте, причем между стержнями дельфины плыли значительно быстрее, чем обычно в свободном бассейне. При этом они непрерывно посылали звуковые импульсы.

Интересные опыты с самкой афалины, по кличке Алиса, были проведены Кеннетом Норрисом в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Ученый научил животное плавать с резиновыми наглазниками и принимать пищу по сигналу. Как только экспериментатор подавал сигнал кормления, в гидрофон начинали поступать щелкающие звуки, издаваемые афалиной. Эхолоцирующий дельфин с закрытыми глазами без труда ловил добычу. Частота щелчков увеличивалась по мере приближения Алисы к рыбе. Однако рыбу животное захватывало лишь в том случае, если она оказывалась не ниже уровня его верхней челюсти, то есть попадала в зону локации. Приближаясь к добыче, дельфин так же покачивал головой, как и в экспериментах Келлога. Несмотря на наглазники, Алиса точно, не касаясь телом, проплывала между множеством металлических стержней, подвешенных на расстоянии 1-2 метров, и по сигналу подплывала к микрофону.