Изот Литинецкий - Беседы о бионике

У пчел и шмелей, кроме отчетливо видных фасеточных глаз, есть еще три малозаметных простых, одиночных, глаза (рис. 7). Назначение этих глаз до последнего времени объясняли по-разному: либо как вспомогательные органы для видения на расстоянии или фиксирования положения цели, либо как органы, определяющие интенсивность освещения. Недавно получены сведения, подтверждающие последнее предположение.

Опыты показали, что благодаря своим одиночным глазам — прекрасным фотометрам — пчелы различают степень освещенности (в пределах от 1,5 до 5 люксов), по которой они определяют время вылета утром за взятком и возвращения в улей вечером. Пчелы с заклеенными одиночными глазами вылетали позже и возвращались в улей раньше, чем контрольные. Если заклеивался только один одиночный глаз, то вылет и последнее возвращение в улей совершались при освещенности, вдвое большей, а в случае ослепления всех трех глаз — в 4,5 раза большей, чем в контрольном опыте. Выключение этих глаз не влияло на поведение пчел в течение дня. Интересно, что в нормальных условиях эти удивительные существа начинают свой последний вечерний путь в улей при освещенности, несколько превышающей ту, при которой они вылетали из него утром. Пчелы как бы учитывают продолжительность полета домой, чтобы прибыть к улью не позже того момента, после которого им станет трудно ориентироваться из-за недостаточной освещенности.

Одна из интереснейших возможностей зрительного аппарата насекомых — их способность видеть "быстрее", чем многие другие животные. Там, где человек видит какую-то промелькнувшую тень, та же пчела, например, отчетливо различает размеры и форму предмета. Временная разрешающая способность фасеточного глаза выше, чем у глаза человека.

Частота повторения вспышек, при которой они сливаются и создают у человека впечатление непрерывного света — 24 раз в секунду, — известна давно и используется в кино, телевидении, для измерений, основанных на стробоскопическом эффекте, и т. д. Насекомые же — мухи, пчелы, осы — не смогли бы смотреть ни кинофильмы, ни телевизионные передачи. При изучении их зрения оказалось, что частота повторения световых импульсов, при которой они сливаются в непрерывный свет, примерно равна 300, т. е. в 10 с лишним раз больше, чем у человека; поэтому насекомые видели бы на экране совершенно раздельные кадры, не сливающиеся в цельное изображение.

Рис. 8. Схема работы фасеточного глаза. В мозг насекомого поступает сигнал от изображения предмета, находящегося напротив ближайшего омматидия

Чем замечательно это свойство фасеточного глаза? Человек различает форму движущегося тела только в том случае, если изображение задерживается на сетчатке в течение 0,05 сек. Если время экспозиции меньше, то различить контуры отдельного изображения уже не удается, а одинаковые изображения сливаются в одно. У мухи же или у осы это время равно 0,01 сек. Измерение центрального угла омматидия мухи позволяет заключить следующее: если муха летит со скоростью 5 м/сек, то предмет диаметром 1,25 см, находящийся на расстоянии 1 м, будет восприниматься каждым омматидием в течение 0,01 сек, и, следовательно, будет виден очень отчетливо. Человек же увидел бы только промелькнувшую мимо тень. Для насекомого в единице времени больше мгновений! Процессы, кажущиеся человеку очень быстрыми, для насекомых идут гораздо медленнее, представляются расчлененными. С этим связана и чрезвычайно быстрая, непостижимая для человека скорость реакции насекомого.

Ничтожная инерционность зрительного восприятия насекомого в сочетании с одной особенностью фасеточного глаза представляет для бионики особый интерес. Дело в том, что в каждом омматидии, как отмечалось выше, возникает одно изображение предмета, находящегося в поле зрения, а значит, во всем фасеточном глазе — целая серия независимых друг от друга изображений. Однако, несмотря на это, мозг насекомого воспринимает лишь одно изображение — то, которое возникло в ближайшем к предмету омматидии. Изображения в остальных омматидиях блокируются (рис. 8). Любой перемещающийся предмет последовательно попадает в поле зрения различных омматидиев. Таким образом, животное оказывается в состоянии определить скоростьдвижения этого предмета.

Глаз мухи и послужил прототипом для прибора, способного измерять мгновенную скорость самолетов, попадающих в поле его зрения. На рис. 9 изображена упрощенная схема такого прибора, состоящего из двух омматидиев.

Рис. 9. Упрощенная электронная модель двух связанных омматидиев. а — задержка; б — суммирующий каскад; в — импульс с двойной амплитудой; г — два импульса с ординарной амплитудой

Когда самолет движется слева направо, возбуждается сначала первый омматидии. Импульс возбуждения поступает сразу на сумматоры первого (I) и второго (II) омматидиев. Но на сумматор II он попадает сразу, а на сумматор I — через линию задержки. Пока импульс находится в задерживающем устройстве I, самолет успевает переместиться в поле зрения омматидия II. Новый импульс возбуждения (теперь уже от второго омматидия) попадает в сумматор I сразу, а в сумматор II — через линию задержки. Когда второй импульс поступает в сумматор I, он складывается там с первым, который к этому времени прошел линию задержки. В результате сложения импульсов от первого омматидия идет один импульс с двойной амплитудой, от второго — два разных импульса с ординарной амплитудой, так как второй импульс поступает с линии задержки в сумматор II тогда, когда первый импульс уже прошел через него. Если бы самолет двигался в противоположную сторону, то сигнал с двойной амплитудой поступил бы с омматидия II, а два сигнала с ординарной амплитудой каждый — с омматидия I.

Счетно-решающее устройство, моделирующее мозг насекомого (на рисунке не показано), анализирует интервалы между сильными и слабыми сигналами, определяя скорость самолета.

Рис. 10. Линзы фотокамеры 'мушиный глаз'

Два года назад одна американская фирма создала фотокамеру "мушиный глаз" для репродукции особо точных микросхем электронных счетно-решающих машин. Свое название камера получила от объектива, похожего по своей структуре на ячеистую структуру фасеточного глаза мухи. Линза, вернее, 1329 линз, объединенных в один плоский диск (на рис. 10 — в правом нижнем углу), дают множество изображений, что обеспечивает разрешающую способность лучшую, чем 4000 линий на 1 см. Главное достоинство новой камеры "мушиный глаз" — большая скорость съемки, что позволяет получить за кратковременную экспозицию более 1300 изображений одного объекта.