При ликвидации последствий стихийных бедствий или поиске объектов обычно используются роботы или дроны с камерами. Однако обычные камеры имеют довольно ограниченное применение в мутной темной воде, например, в канализационной трубе или озере, мутном от наносов. Зоологи из Боннского университета разработали специальную камеру для таких условий эксплуатации: созданная по образцу африканской слононосой рыбы (Gnathonemus petersii), она создает «электрические изображения» с «электрическими цветами» в мутной воде. Теперь исследователи представляют свою бионическую разработку в журнале Bioinspiration & Biomimetics..
Слононосые рыбы ведут ночной образ жизни и поэтому не могут полагаться на свои глаза при охоте за добычей. Имея электрический орган в хвосте, они генерируют короткие электрические импульсы до 80 раз в секунду. Электрорецепторы на их коже и особенно на их хоботообразном подбородке измеряют, как импульсы модулируются окружающей средой. С помощью этого электрочувства рыба может оценивать расстояния, воспринимать формы и материалы и даже различать живые и мертвые объекты. За доли секунды они используют электрические импульсы, чтобы обнаружить, где личинки комаров, их любимая добыча, прячутся на дне их среды обитания.
Исследователи во главе с профессором доктором Герхардом фон дер Эмде из Института зоологии Боннского университета в течение многих лет изучали, как работает странная электрочувствительность африканских слононосых рыб. Рыбы используют два разных типа электрорецепторов для «активной электролокации».«Один измеряет только интенсивность сигнала, другой - форму импульса. «Недавно мы смогли показать, что рыба использует соотношение двух показаний для идентификации своей добычи», - сообщает фон дер Эмде. Это создает «электрический импульс». цвета аналогичны визуальным цветам, воспринимаемым человеческим глазом, но посредством электрических сигналов вместо видимого света.
Применяются результаты фундаментальных исследований
проф. Герхард фон дер Эмде, аспирант Мартин Готтвальд и доктор Хендрик Херцог из Института зоологии Боннского университета использовали результаты своих фундаментальных исследований рыбы-слононоса для разработки первого прототипа камеры на основе модели этой активной электролокации. «С помощью этой «бионической» электрической камеры можно снимать «электрические изображения» объектов без какого-либо освещения, даже в темноте, что также позволяет анализировать электрические и пространственные свойства изображаемых объектов», - сообщает фон дер Эмде..
Как и рыба-слононос, камера создает вокруг себя слабое электрическое поле и фиксирует электрические изображения объектов в окружающей среде с помощью нескольких датчиков (электродов) на ее поверхности. Как сообщают исследователи, таким образом камера измеряла и характеризовала различные природные объекты, такие как рыбы, растения или дерево, а также искусственные тест-объекты, такие как сферы или стержни из алюминия или пластика. «Для этого использовались те же аналитические параметры, что и рыбы-слононосы во время активной электролокации», - говорит д-р Хендрик Херцог. Например, расстояние до объекта можно было определить по степени размытости изображения.
Анимированные объекты производят различные электрические цвета
Анимированные объекты, такие как рыбы и растения, производили разные «электрические цвета» - именно так их и распознают электрические рыбы. «Дополнительные оценки показали, что электрические изображения также можно использовать для определения «электрических контуров» измеряемых объектов, которые, подобно их оптическим контурам, могут предоставить информацию о форме и ориентации», - сообщает ведущий автор Мартин Готвальд. В отличие от визуальных измерений, на все эти электрические параметры изображения не влияет облачная или темная среда. Там, где обычные глаза или системы камер не работают, электрическая камера обеспечивает безоблачный обзор.
Результаты исследования показывают, что бионические методы могут быть использованы для разработки новых систем электрических камер, которые облегчают, например, инспекции роботов или дронов в мутных водах. Кроме того, ученые видят множество других применений для электрических камер, включая контроль материалов, мониторинг устройств и медицинские приложения. Кроме того, электрическая камера может также поддерживать фундаментальные биологические исследования и помогать лучше понимать активную электролокацию слабоэлектрических рыб.