Ученые причислили дельфинов к гениальным математикам

Во время охоты дельфины для запутывания и запугивания рыбы окружают её сетью воздушных пузырьков. Для любого гидроакустического прибора такая "завеса" означала бы абсолютную невозможность обнаружения цели.

Учёные из университета Саутгемптона предположили, что мозг дельфинов справляется с этой задачей, обрабатывая информацию, поступающую от ультразвукового сонара, с помощью нелинейных математических методов.

Чтобы определить, в какой стороне находится добыча, дельфины посылают в толщу воды ультразвуковые сигналы, похожие на щелчки, и анализируют вернувшееся эхо. Определив направление, хищники устремляются за добычей.

Учёные попытались понять, как дельфины ориентируются в хаосе сигналов, отражённых от пузырьков. Ведь чтобы схватить рыбу, нужно точно определить её расположение, но пелена воздуха рассеивает сигналы, внося беспорядок в формирование акустического изображения. Поймать рыбу в такой информационной каше, по мнению специалистов, почти невозможно.

Исследователи решили выяснить, каким образом дельфины отделяют истинный сигнал от помех.

Профессор Тимоти Лейтон (Timothy Leighton) и его коллеги смоделировали передачу ультразвуковых сигналов в процессе охоты дельфинов. Рыбой в эксперименте служил стальной шарик, вокруг которого создавали толщу пузырьков. Специальный прибор имитировал дельфиньи щелчки.

Обработку полученных после отражения сигналов учёные решили провести нелинейными математическими методами, то есть кардинально отличающимися от алгоритмов, используемых сонаром. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society A.

"Мы знаем, что дельфины во время охоты испускают не одиночные щелчки, а целые последовательности. Причём охотники всё время меняют амплитуду звуков, то есть второй может быть на две трети слабее первого и так далее", — рассказывает Лейтон. Учёные решили проверить, насколько случайны эти щелчки и обнаружили ключ к ответу на искомый вопрос.

Посылая ультразвуковые импульсы, дельфины получают в виде эха сигналы от рыбы, но вместе с тем и множество менее интенсивных ответов от пузырьков. Мозг дельфина умножает слабое эхо от пузырьков так, что оно начинает преобладать над сигналом от добычи. По сути, дельфины усиливают шум до такой степени, чтобы истинный сигнал становится на его фоне провалом, своеобразным "белым пятном".

Для того чтобы провести такую обработку данных, необходим сложный математический аппарат. Разумеется, учёным еще только предстоит понять, каким образом высшая математика "помещается" в мозгах этих морских млекопитающих.

Как бы там ни было, но дельфины подсказывают человеку новые пути усовершенствования акустического оборудования, помогая в будущем расширить его возможности.

Новый метод, подсмотренный у природы, поможет радарам обнаруживать различные объекты на мелководье, где присутствует множество воздушных пузырьков. Или, если искать возможные применения вне водной стихии, то такой метод подойдёт для обнаружения скрытых дефектов в строительных конструкциях.