Читать «Беседы о бионике» онлайн - страница 300
Изот Борисович Литинецкий
Таким образом, вопрос о том, что, как и чем видит какая-либо особь, в настоящее время, когда могущественная электронная и вычислительная техника позволяет анализировать и моделировать чрезвычайно сложные устройства и функции биологических систем, представляет скорее утилитарный, чем чисто познавательный интерес. Приведенные выше примеры, нам думается, убедительно подтверждают это.
В ряду задач, стоящих перед бионикой, исследование и моделирование процессов зрительного восприятия, конструктивных особенностей зрительного анализатора человека и животных занимают важнейшее место. Дело в том, что более 90% всей информации о внешнем мире поступает в бионическую систему через глаза. Недаром ученые называют глаза "мозгом, вынесенным на периферию".
Бионические исследования зрительных анализаторов, созданных природой, — это не просто одно из центральных направлений молодой науки, это одно из тех немногих ее направлений, в котором специалисты ожидают наиболее быстрого выхода результатов научных изысканий в практику. Именно в этой области, где техника испытывает особенно острую нужду в новых идеях конструирования и новых принципах работы систем, живая природа располагает чрезвычайно широкой "номенклатурой" существенно различающихся по сфере деятельности и конструкций устройств, техническое воспроизведение которых, по-видимому, надолго обеспечило бы наши потребности.
Возьмем наш зрительный анализатор (рис. 4). Сетчатка глаза воспринимает зрительную информацию примерно 130 миллионами одновременно работающих рецепторных клеток (125 миллионов палочек и 6,5 миллиона колбочек). В этих клетках под действием света возникает возбуждение, которое по нервным волокнам передается зрительному анализатору, расположенному в коре затылочной доли мозга. Общее число нервных волокон в зрительном нерве достигает 1 миллиона, так что в среднем 1 волокно проводит возбуждения от 130 фоторецепторов. Диапазон чувствительности сетчатки тянется от энергии, равной нескольким квантам света, до энергии световых потоков, поступающих в глаз от Солнца. Если учесть, что минимально возможное количество световой энергии равно 1 кванту, а человеческий глаз способен зарегистрировать колебания световой энергии в 5 — 10 квантов, то можно сказать, что чувствительность сетчатки доведена почти до предела. Современная радиоэлектронная аппаратура тоже может регистрировать самые ничтожные колебания интенсивности света. Однако существенная разница заключается здесь в том, что технические системы дают возможность регистрировать такие слабые сигналы при температурах жидкого гелия, т. е. в условиях, когда "тепловой шум" окружающей среды практически равен нулю. Человеческий же глаз имеет такую феноменальную чувствительность при температурах порядка 20 ° Ц, Кроме того, восприятие неподвижных предметов обеспечивается мелкими подергиваниями глаза, которые происходят непрерывно даже в те моменты, когда наблюдатель стремится фиксировать взгляд на какой-либо неподвижной точке. Частоты этих подергиваний лежат в пределах от 1 до 150 гц. Наконец, при рассматривании крупных объектов оба глаза строго синхронно совершают с большой угловой скоростью (до 400 ° в секунду) скачки от одной точки изображения к другой. При этом время рассматривания объекта распределяется следующим образом. На скачки затрачивается около 3% всего времени, а остальные 97% времени взгляд оказывается фиксированным на тех или иных наиболее ярких и важных элементах изображения. При рассматривании движущихся объектов глаза передвигаются с угловой скоростью, равной угловой скорости движения объекта относительно наблюдателя. Такое непрерывное слежение за объектом перемежается периодическими скачкообразными движениями глаза, имеющими своей целью корректировку ошибок. Благодаря бинокулярному зрению мы видим предметы объемно, телесно, можем определять расстояния между ними и их отдаленность. Наконец, наши глаза способны различать оттенки цветов — они воспринимают голубизну морской волны и зарево заката, золото осеннего листа и палитру Левитана.
