Наука может служить нам всем
Повышение квалификации |
Радистов, и биологов не оставляет мечта распрощаться с аккумуляторами, ликвидировать их как деталь аппаратуры. И это вовсе не благодушные мечтания, а трезвый технический расчет.
Тысячи радиостанций днем и ночью посылают в пространство сотни киловатт энергии — в миллионы раз больше того, что нужно для работы крошечной радиостанции биолога. Не-ужели нельзя выудить из этой могучей реки ничтожную струйку?
В свое время журнал «Радио» напечатал описания нескольких приемников без батарей, питавшихся от энергии мощной вещательной станции. Грубо говоря, в этих приемниках было два приемника, а не один. Первый был раз навсегда настроен на какую-то мощную станцию и превращал принятый радиосигнал в постоянный ток, нужный для работы второго приемника, который ловил уже все станции, какие хоте-лось принять конструктору. А что мешает вместо второго приемника иметь маломощный телеметрический передатчик?
Есть еще одна интересная идея: радиоэхо. Ее использовали в 1952 году американский ученый Р. Маккей и его сотрудники, когда они исследовали дыхание птиц в полете.
Вы, конечно, знаете, как работает радиолокатор: короткий импульс уходит с его антенны в пространство и возвращается, отразившись от цели: самолета, ракеты, просто стаи гусей или облака. Насколько мощен будет вернувшийся обратно сигнал? Это зависит от свойств цели: ее размеров и способности отражать радиоволны.
Обычное эхо великолепно отражается от скалы и вязнет в стогу сена. Нечто подобное происходит и с радиоволной. Огромный бомбардировщик виден на экране локатора лучше, чем маленький истребитель, а специальный уголковый отражатель, чрезвычайно хорошо отражающий радиоволны, будет буквально кричать: «Обратите внимание, это я!»
Не хуже уголкового отразит радиоволны резонансный отражатель. Вернее, не столько отразит, сколько будет сам излучать радиоволны, даже когда импульс, достигший его, кончится.
Это немного напоминает гитару: если коротко крикнуть, а потом прислушаться, можно услышать тихий звон — звук струны, попавшей в резонанс с какой-то из частот вашего голоса. При известной сноровке можно заставить петь любую струну по выбору.
Частота, заставляющая звучать струну или резонансный отражатель, — для каждого резонатора своя. Теоретически имеется лишь одна-единственная резонансная частота, на которую отзывается резонатор. Но практически это не совсем так. Если частота не очень сильно отличается от резонансной, он все равно зазвучит. Правда, уже не так громко. Можно даже построить зависимость между отклонением частоты и силой звучания.
А что будет, если менять не частоту возбуждающего импульса радиолокатора, а настройку резонатора? Повидимому, то же самое: звучание резонатора будет все сильнее и сильнее по мере того, как его настройка станет приближаться к ча-стоте импульса. И на экране локатора мы заметим это. Точ-ка — след отраженного сигнала начнет вспыхивать всё ярче, будет «отслеживать» настройку резонатора.
После этого, к сожалению, несколько затянувшегося отступления — пора перейти к сути опыта Маккея и его коллег.
Они сделали миниатюрный резонатор — металлическую коробочку с прутиком-антенной. Одна из стенок коробки была гибкой и прогибалась в такт дыханию птицы. Это изменяло настройку резонатора и мощность отраженного сигнала. Одним выстрелом были убиты два зайца: оказалось возможным и следить за направлением полета птицы, и записывать ха-рактеристики ее дыхания.
Нетрудно было бы заставить резонатор следить за пульсом или за скоростью, с которой птица машет крыльями. Заманчиво прост «передатчик без ничего». Но дальность действия его невелика, да и годится он главным образом для птиц: локаторы умеют хорошо следить только за летающими предметами.
И мысль исследователей обращается к самому живому организму, этому ходячему, плавающему, летающему, ползающему... электрогенератору.
Вот бежит крыса. Шаг — сократилась одна мышца. Еще шаг — другая. Каждое сокращение — это импульс электрического тока, рождающегося в волокнах мышцы. У этой живой «батареи питания» весьма приличные электрические характеристики.
Во всяком случае, с ее помощью удалось заставить работать телеметрическую аппаратуру, вживленную в крысу: капсулу диаметром в 6,4 миллиметра и весом в 0,4 грамма. Она передавала электрокардиограмму.
Но только ли мышца может служить электростанцией? Нет ли еще каких-нибудь подходящих органов, способных вырабатывать ток?
Вспомните, описание устройства гальванического элемента: «Если две пластинки из разнородных металлов опустить в подкисленную воду, то...» Стоп! А разве желудочный сок — это не «подкисленная вода»? И если в него опустить «две пластинки разнородных металлов», разве все это, вместе взятое, не создает гальванический элемент?
И вот у собаки отделяют часть желудка, наглухо ее зашивают и создают своеобразный сосуд, наполненный кислым желудочным соком. Опускают в него электроды — и живой гальванический элемент готов! Можете подключить передатчик!
Но те же две пластинки — правда, из других металлов — удается использовать и по-иному: не опуская в желудок собаки, а наоборот, помещая их снаружи, на теле животного. Ведь два куска металла, спаянные между собой, — это термопара. Достаточно нагреть место спая и охладить противоположные концы, как между этими концами возникнет напряжение.
Даровое тепло — под шерстью или под перьями, даровой холод — снаружи. Ученые всерьез обсуждают конструкцию такого электрогенератора для изучения пингвинов Антарктиды. Самое главное его преимущество — малый вес, примерно два грамма при сравнительно большой мощности, и ничтожные размеры — не больше трехкопеечной монеты.
Но, к сожалению, использование всех этих удивительных источников питания пока не выходит за рамки уникальных, единичных экспериментов. Аккумуляторы и гальванические батареи не сдают своих позиций, упорно борются за право на существование.
http://www.proza.ru/2012/08/27/178