Рис. 11. Принципиальная схема модели 'электрического носа' Р. Монкрифа: а - колба с раствором пахучего вещества; б - вход пахучей смеси; в - увлажнитель; г - перфорированная металлическая трубка; д - блок термосопротивлений; е - расходомер; ж - устройство для сглаживания пульсации; з - воздушный насос
Прибор для распознавания запахов различных веществ и определения их концентрации разработал также шотландский ученый Р. Монкриф. При его создании он использовал три явления: способность тонких пористых пленок различного состава избирательно поглощать (адсорбировать) те или иные пахучие вещества, выделение тепла при адсорбции этими пленками пахучих веществ, свойство полупроводниковых резисторов* менять сопротивление при изменении температуры.
* (Резистор - элемент радио- или электрической цепи, обладающей заметным омическим сопротивлением.)
Основа прибора - несколько одинаковых маленьких камер, подключенных параллельно к устройству, продувающему через них пахучую смесь, которая предварительно увлажняется, так же как увлажняется воздух в носовой полости. В каждой камере помещены два одинаковых полупроводниковых резистора (терморезистора), один из которых покрыт адсорбирующей пленкой (естественно, материалы пленки выбраны различными для всех камер). Терморезисторы включены в смежные плечи обычного моста Уитстона. Изменения окружающей температуры действуют одинаково на оба терморезистора, и мост остается сбалансированным. Адсорбция же пахучего вещества вызывает нагрев (и изменение сопротивления) только того резистора, который покрыт адсорбирующей пленкой. Баланс моста нарушается, и в его диагонали появляется электрический сигнал. Усиленные сигналы измеряются милли - или микроамперметром и одновременно подаются в записывающее устройство. Зная, к какому химическому веществу чувствительна та или иная камера, можно по номеру канала, в котором появился сигнал, определить состав пахучей смеси, а по величине сигнала - ее концентрацию.
У "искусственного носа" Монкрифа имеется ряд сходных черт с обонятельным анализатором человека: он немедленно реагирует на пахучее вещество, реакция исчезает с удалением запаха, для работы прибора необходимо движение воздуха над воспринимающей поверхностью, устройство "устает" и должно отдыхать перед последующими опытами, модель быстрее адаптируется к сильным запахам, чем к слабым, модель показывает ограничение реакции на сильные запахи, когда дальнейшее увеличение стимула не дает ответа. Небезынтересно, что кривые, полученные с помощью прибора Монкрифа, имеют большое сходство с кривыми электрической активности обонятельного эпителия лягушки.
Таким образом, Монкриф доказал созданным им прибором, что использование адсорбента в непосредственном контакте с термометрическим устройством любого вида может служить моделью обонятельного эпителия. Сходство модели с оригиналом еще больше увеличивается, если используемое термометрическое устройство преобразует тепловые изменения в электрические. И все же, как ни значительны первые успехи в создании бионических систем обоняния, позволяющих объективно оценивать качество и интенсивность запахов, приборы Дрэвникса, Монкрифа и других пока еще являются довольно грубыми моделями хеморецепции живых существ.
Рис. 12. Усик пчелы, увеличенный примерно в 20 раз, и один из его 12 подвижно соединенных члеников при более сильном увеличении. Светлые пятна - затянутые пленкой поры в хитиновом покрове (органы обоняния); между ними - многочисленные осязательные волоски (по К. Фришу)
Что же мешает ученым, бионикам, инженерам абсолютно точно воспроизвести в металле, электронных схемах обонятельные органы человека и животных? Трудностей здесь очень много. Возьмем к примеру обонятельные рецепторы насекомых. Органы химического чувства этих существ, воспринимающие запахи и вкусовые раздражения, - это расположенные около рта усики (антенны) и щупики, густо усеянные микроскопически малыми волосками величиной в тысячные или сотые доли миллиметра. У одной только падальиой мухи на усиках насчитывается более 3500 хеморецепторов, у оводов - более 6000, у рабочей пчелы - около 12 000. Если учесть размеры антеннки-усика, на которой расположены и рецепторные клетки и нервные сети для проведения и обработки запаховой информации, то легко представить себе те трудности, которые испытывает бионик, пытающийся разобраться в устройстве обонятельного аппарата насекомых и смоделировать его.