Человек всегда находил элемент внешнего сходства в действиях примитивного технического устройства и живого организма и старался это сходство использовать. Именно в биологических системах человек подметил удивительное разнообразие форм, принципов построения, функционирования различных органов в сочетании с высокой надежностью.

Шли годы. Стремительно развивалась техника. И чем сложнее становились машины и приборы, тем чаще человек обращал свой взор на живую природу. Еще в конце XIX столетия в журнале «Природа и люди» высказывалась мысль о связи технического устройства и живого организма. Немного позднее, к середине XX в., у человека появилась возможность разобраться и изучить технические идеи живой природы. Этому в немалой степени способствовало появление и внедрение быстродействующих вычислительных машин, состоящих из сотен тысяч миниатюрных элементов. И всякий раз приступая к созданию нового устройства, человек ставит своей целью выявление и изучение аналогий в живой и неживой природе.

Любая биологическая система отличается малыми размерами, высокой надежностью, точностью выполнения разнообразных функций, весьма малым потреблением энергии, высокой чувствительностью. Но это еще не все. У биологических систем есть еще одно ценное качество — приспособляемость к различным условиям. Таким качеством не может похвастаться ни одна техническая система.
Изучая живую природу, человек стремится понять, в чем она совершеннее современной техники. На основании познанного рождаются новые методы решения многих проблем, стоящих ныне на повестке дня.
На стыке двух наук — биологии и электроники — возникла новая наука — бионика.

Что изучает бионика? Как осуществляется соединение биологических систем с техническими?

Эмоции — не довод, когда речь идет о науке. Но с ними тоже надо считаться. Так или иначе, для того чтобы разрешить все сомнения, нам остается заглянуть во внутреннюю структуру некоторых биологических систем и посмотреть, как их интерпретировали инженеры.
Совершенство и разнообразие «электронных» устройств обнаружены у многих животных и насекомых. Поражают их высокая чувствительность, мгновенная ориентация, способность преобразовать один вид энергии в другой и многое, многое другое.

Примеры биологических систем.

Большой интерес для инженеров представляет эхочувствительная система летучей мыши. Обладая слабо развитым зрением, мышь превосходно ориентируется в темноте, умудряется не ударяться о стены, не сталкиваться с другими своими сородичами. Благодаря работам американского ученого Д. Гриффина было доказано, что природа снабдила летучую мышь ультразвуковым локатором. При полете она излучает серию импульсов длительностью в тысячные доли секунды, их частота лежит выше границ нашего слуха и колеблется от 30 до 90 кГц. Такие колебания частоты вызваны характером выполняемой работы. Если летучая мышь летает в поисках насекомого, она испускает от 5 до 10 «криков» в секунду, причем каждый «крик» длится 10—15 мс. При обнаружении пищи она учащает сигналы до 250 в секунду и теперь, каждый из них длится всего лишь 1—3 мс. Итак, «локатор» летучей мыши выполняет, в общем, те же функции, что и обычные, созданные человеком радиолокационные устройства. Но по своей точности и совершенству природное «устройство» в сотни и более раз превосходит созданное человеком.

Однако не только эти характеристики привлекли внимание специалистов. Взять, к примеру, проблему «помех», которая приносила и приносит немало неприятностей при разработке аппаратуры. Помехами могут являться любые радиосигналы, попадающие на вход приемного устройства и мешающие выделению полезных сигналов. Для уменьшения их уровня приходится применять различные устройства, что приводит к увеличению объема аппаратуры.
А что же летучая мышь? Оказывается, для нее почти не существует помех. Она прекрасно ориентируется среди всевозможных сигналов и всегда находит только свой отраженный сигнал.
Техника чрезвычайно нуждается в таких приборах, и создание такого локатора открыло новую страницу в современной радиолокационной технике.
А у мотылька, которым питаются летучие мыши, уши подобны маленьким микрофонам. Маленький неутомимый труженик имеет слуховой орган, который воспринимает сигналы от 10 и до 100 кГц. То есть именно те частоты, на которых работает локатор летучей мыши. Когда мотыльку грозит опасность, он в доли секунды находит выход из положения.

Вот как описывает поведение мотыльков при возникновении опасности А. Дж. Коут в книге «Поиски роботов». «К шесту, установленному на участке, находящемся в поле зрения кинокамеры, подвешивался громкоговоритель. Стоило мотыльку оказаться перед камерой, как динамик начинал издавать серию звуков, не слышимых человеческим ухом. И тотчас же мотылек резко изменял характер полета. Иногда он отвесно падал вниз, после чего возобновлял полет в прежнем направлении. Иногда же выполнял не прямолинейное пикирование, а снижение по замысловатой спирали. А бывали случаи, когда он, оставаясь на одной и той же высоте, резко менял направление полета. Ясно одно: мотылек знал, что надо делать, чтобы «заморочить» голову летучей мыши».
Не правда ли, у мотылька где-то скрыт уникальный приемник для обнаружения ультразвуковых сигналов? Легко предвидеть, что приборы, подобные «мотыльку», но гораздо более совершенные, могли бы найти широкое применение в технике. По такому принципу в наши дни создана высокочувствительная навигационная аппаратура миниатюрных размеров.

Рассмотренные примеры заставляют лишний раз убедиться в том, что для изучения многих биологических систем требуется инженерный подход. Особенно поражает высокая чувствительность животных, ощущения которых значительно тоньше, чем у человека. Коэффициент полезного действия каждого из этих органов чрезвычайно высок.

Глаза лягушки устроены так, что позволяют видеть только те детали, которые необходимы для поимки насекомых. Рыбка мормирус с помощью электромагнитных волн распознает в воде мельчайшие предметы.
А птицы? Разве не вызывает восхищение их способность ориентироваться? Голуби уверенно и безошибочно находят обратный путь к дому. Кстати, именно голуби помогли человеку решить ряд вопросов по повышению надежности во множестве технологических операций.
Голуби оказались незаменимыми техническими контролерами. Взять, к примеру, производство электронного измерительного оборудования. Тончайшие измерительные приборы на одном из заводов по неизвестным причинам стали выходить из строя. Как выяснилось позднее, аппаратуру подводили крохотные трещины на ряде деталей. Причем человек был не в состоянии надежно контролировать изготавливаемую продукцию: уставали глаза, притуплялось зрение. И тогда контроль доверили голубям. Как только появляется бракованная деталь, голубь клюет сигнальную кнопку, и деталь снимается с конвейера.

Или другой пример. Глаз мухи послужил прототипом приборов, способных измерять мгновенную скорость движущихся объектов. Была создана фотокамера «мушиный глаз», способная зафиксировать тысячекратное изображение предмета с помощью 1329-линзового объектива. Этот прибор предназначен для репродукции особо точных микроэлектронных схем электронно-вычислительных машин.
Был открыт секрет световой ориентации некоторых насекомых. Как показали опыты, пчелы находят и определяют свой путь по количеству поляризованного спектра, прошедшего через их глаза. Чувствительность глаз пчел настолько велика, что даже не видя долгое время солнце, они тем не менее точно «помнят» свой маршрут к улью.

На этом принципе польский ученый В. Старкевич создал электронный прибор, помогающий незрячим. Он представляет собой фотокамеру, помещаемую на голове незрячего. На дне фотокамеры находится искусственная сетчатка, которая состоит из набора фотосопротивлений, причем каждое «различает» только одну часть рассматриваемого предмета. С помощью электронного «глаза» незрячие смогли различать белые фигуры простой геометрической формы, а также ориентироваться среди извилистых дорожек парка, посыпанных светлым песком.
Таких моделей, иллюстрирующих поведение живых организмов, создано немало. Среди них как малогабаритные, надежные и предельно чувствительные датчики, так и системы обнаружения, ориентации, навигации и контроля. Такие приборы нашли самое широкое применение в технике.