258
Собака, який шукає зниклу людину, або бджола, що летить до квітки, не отримують запах як рівний безперервний сигнал. Турбулентний вітер розтягує, скручує і розриває запахову хмару на короткі порції. Дослідження University of Colorado Boulder показало, що ці зміни не є випадковим шумом: повітря систематично перебудовує частотну структуру запахового сигналу, і тварини потенційно можуть використовувати її для пошуку джерела.
Робота входить до міжнародної мережі Odor2Action, яка об’єднує вчених із 16 установ. Її мета — зрозуміти, як нервова система перетворює хімічний сигнал у конкретне рішення про рух.
Дослідники описували запах не лише через концентрацію, а й через частоти — подібно до того, як звук можна розкласти на складові. У запаховому шлейфі це відповідає тому, як часто і з якою тривалістю до носа доходять окремі подихи запаху.
Три способи, якими вітер перебудовує сигнал
Аналіз показав три фундаментальні процеси. Турбулентність може відфільтровувати частину частот, розширювати спектр інших і створювати нові частотні компоненти.
Як приклад автори наводять аромат дикого бергамоту. Після виходу з квітки його шлейф потрапляє у вихори повітря, які витягують його в тонкі нитки, змішують, обертають і розсіюють. Коли сигнал доходить до бджоли, він виглядає як короткий сильний імпульс, потім пауза без запаху, далі ще один слабший імпульс.
Команда припускає, що систематична зміна частот між джерелом і носом містить інформацію про відстань та напрямок. Тобто тварина може оцінювати не лише наскільки сильно пахне, а й часову структуру запаху.
Щоб зробити невидимий шлейф доступним для вимірювань, лабораторія використовує комп’ютерні симуляції й експерименти у вітрових тунелях. У повітря вводять контрольований запаховий шлейф і підсвічують його лазерами, після чого рух можна перетворити на кількісні дані.
Автори бачать практичне застосування в робототехніці. Якщо штучні системи навчаться читати ті самі закономірності, їх можна буде використовувати для пошуку витоків небезпечних хімікатів, у рятувальних операціях та інших задачах, де камера не бачить джерело безпосередньо.
Джерело: Phys.org / University of Colorado Boulder
