Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Существует такой проверенный опытом поколений тезис: "В жизни случается всякое". Как говорят, — бывает.

Например, недавно над одним из аэродромов ФРГ столкнулись в воздухе сразу четыре (!) самолета. Когда оценили вероятность такого события, получилась ничтожно малая величина. И все-таки катастрофа произошла.

Это случилось потому, что воздух над современными большими аэродромами буквально "кишит" самолетами. С земли этого не видно, а диспетчерская служба наблюдает на экранах обзорных радиолокаторов за десятком самолетов сразу.

Радиолокатор показывает только положение самолета в каждый данный момент, а решить, каким оно будет через полминуты, — обязанность оператора. Скорости же современных воздушных лайнеров таковы, что, если два самолета выскочат навстречу друг другу из облаков на расстоянии 1,5 км, они столкнутся прежде, чем летчики успеют что-либо предпринять. Таким образом, безопасность пассажиров и экипажей самолетов в зоне аэропорта зависит от того, насколько четко работает его диспетчерская служба.

Воздушные пути сообщения год от года становятся все оживленнее. И соответственно возрастают требования к четкости работы регулировщиков "воздушного движения" — диспетчеров в аэропортах. Но, к сожалению, даже самый аккуратный диспетчер может ошибиться. А это значит, что могут столкнуться самолеты. И сталкивались не раз и не два и не только над аэродромами ФРГ. Расследование причин аварий постепенно приводило к выводу: диспетчер имел дело со слишком большим количеством разнообразных сведений. В результате он реагировал на второстепенный сигнал, а по самому важному сигналу мер не принимал. Делалось это отнюдь не умышленно и даже не по неопытности, а потому, что способность человека выбирать главное в потоке информации тоже имеет предел.

Надо было искать возможность "обострить внимание". И такая возможность бионикой была найдена.

С некоторых пор на аэродроме города Дайтона за обстановкой в воздухе, которая воспроизводится аэродромным локатором, следят не диспетчеры, а электронное устройство, обязанность которого — предупреждать возникновение опасных ситуаций. Множество взлетающих и садящихся самолетов находится постоянно в поле его зрения, но если они идут установленными курсами, устройство их не замечает. Однако если, скажем, два самолета движутся так, что возникает опасность столкновения, прибор немедленно поднимает тревогу. Это устройство работает несравненно лучше, чем самый внимательный диспетчер, так как зрительный аппарат человека охватывает всю картину сразу и из-за многочисленности отдельных, зачастую второстепенных ее деталей может пропустить то, на что он должен обратить особое внимание.

Это устройство, называемое "жабий глаз", представляет собой техническое воплощение идеи, которая была реализована природой, создавшей зрительный аппарат лягушки.

Жизнь лягушки чрезвычайно сильно зависит от работы ее зрительного аппарата. Глаза помогают ей охотиться. Основная информация, которую перерабатывает мозг лягушки во время охоты, поступает от глаз. Глаза помогают ей спасаться от врагов (при этом лягушка поступает просто: увидев врага, она прыгает туда, где темнее, ведь "в силу земноводности" для нее не важно, вода там или суша).

Рис. 1. Схема обработки информации в глазу лягушки. Глаз лягушки 'выделяет' качественные признаки воспринимаемых им объектов — контуры, их кривизну и т. п. Электронная модель глаза лягушки — одна из первых созданных руками человека истинно бионических систем

Огромные выпуклые глаза лягушки не могут двигаться, как наши, — не могут следить за добычей, наблюдать за подозрительными событиями или отыскивать нужные предметы. Лягушка, по-видимому, не различает неподвижных предметов или по крайней мере не проявляет к ним никакого интереса, и она умрет от голода среди изобилия насекомых, если они не будут двигаться. И в то же время ее легко поймать на кусочек красной фланели качающейся на крючке. Она выбирает добычу только по размерам, характеру движения и расстоянию до нее. Лягушка прыгает, чтобы схватить предмет, имеющий форму насекомого или червя, только если этот предмет движется, как насекомое или червь. Зрительный аппарат лягушки посылает в мозг хозяйки лишь такие сигналы, которые для нее жизненно важны. Скажем, пролетает мимо муха на близком расстоянии — лягушка мгновенно реагирует, а летит муха на таком удалении, что охотиться за ней бесполезно, — животное словно бы и не видит ее. Если глаза лягушки зарегистрируют резкое движение тени, они тотчас извещают об этом свою хозяйку, и она тут же насторожится — уж не хочет ли кто-то ее поймать и съесть? Если же тень ползет медленно, двигаясь вместе с солнцем, то зрительный аппарат лягушки ей об этом не сообщает. Словом, глаз лягушки — превосходная биологическая информационная система, перерабатывающая всю поступающую информацию и выбирающая из нее только ту часть, которая представляет для лягушки интерес.

Зрительный анализатор лягушки устроен очень сложно. В глазу лягушки имеется миллион клеток-рецепторов, воспринимающих световое раздражение.

В глазу лягушки происходят четыре отдельных процесса переработки изображения. Результаты каждого процесса передаются по особым группам волокон, равномерно представленных в сетчатке. Процессы обработки изображения на сетчатке таковы (рис. 1):

обнаружение длительно сохраняющего положение контура;

обнаружение кривизны контура;

обнаружение движущегося контура по изменению его контрастности;

обнаружение изменения освещенности.

Работа глаза лягушки почти не зависит от общей освещенности. Поэтому способность лягушки узнавать свою жертву и моментально обращать на нее внимание не изменяется при изменении внешней обстановки. Так же, как мы можем опознавать образы в очень разнообразных условиях, лягушка способна видеть свою жертву и хватать ее при ярком свете и в сумерках, независимо от того, находится ли она в естественных условиях или в террариуме.

Изображение на сетчатке глаза передается в мозг лягушки по зрительному нерву не как единое целое: в мозг поступают уже кодированные, разделенные по четырем признакам элементы изображения. На рис. 1 показаны четыре предмета, находящиеся в поле зрения лягушки. Верхние предметы движутся к центру, нижний правый — от центра, нижний левый — неподвижен. Когда изображение проектируется на сетчатку, то сначала все контуры выделяются резко (I), затем неподвижный предмет становится невидимым (II), а контуры движущихся тел обозначаются четче и ярче (III и IV).