Способ и устройство нелинейно-параметрического воздействия на биологические объекты

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен способ и устройство нелинейно-параметрического воздействия на биологический объект, представляющий собой птицу или животное. Способ включает воздействие двумя акустическими сигналами с различными несущими частотами и импульсно-модулированным оптическим некогерентным полем в видимом диапазоне волн. Несущая частота первого акустического сигнала является фиксированной, а несущая частота второго акустического сигнала является свипирующей в диапазоне максимальной чувствительности слухового тракта биологических объектов. Разница между частотами берется в диапазоне инфранизких резонансных частот биообъекта. Устройство содержит звуковые генераторы с акустическими излучателями, импульсный модулятор, блок перестройки несущих частот звуковых генераторов и некогерентный оптический излучатель. Изобретения обеспечивают формирование у биообъектов поведенческой реакции устойчивого избегания зоны применения воздействующих физических факторов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике, предназначенной для отпугивания биологических объектов (птиц и мелких животных) от охраняемых территорий:

- объекты аэродромов;

- сельскохозяйственные угодья (фруктовые сады, виноградники, ягодники, посевы зерновых и других культур);

- объекты животноводства, птицеводства и рыбоводства;

- территории промышленного назначения.

Уровень техники

Известен биоакустический способ отпугивания птиц и грызунов. Приборы, которые его используют называются биоакустическими отпугивателями. Сам способ заключается в следующем - через случайные промежутки времени воспроизводятся заранее записанные сигналы тревоги и бедствия тех птиц, которых необходимо отпугивать. Чем больше таких сигналов и чем качественнее они проигрываются - тем эффективнее прибор.

Биоакустический способ отпугивания широко применяется в линейке приборов известных компаний «Bird Gard» (США) [1, 2] и «Weitech» (Бельгия) [3].

Недостатками всех биоакустических отпугивателей являются:

- привыкание биообъектов к воспроизводимым звукам с дальнейшим их игнорированием;

- с целью эффективного воздействия на расстоянии необходимо использовать источники акустических волн повышенной мощности;

- универсального набора сигналов для отпугивания любых птиц и грызунов не существует.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбраны способ и устройство акустического воздействия на нарушителя [4].

Способ акустического воздействия заключается в воздействии двумя ультразвуковыми сигналами с разными несущими частотами, разность которых равна частоте максимальной чувствительности слухового тракта биологического объекта. Несущие частоты ультразвуковых зондирующих сигналов модулируются по амплитуде сигналами инфранизких частот, соответствующих резонансным частотам органов человека.

Устройство ультразвукового воздействия содержит ультразвуковой генератор с излучателем первой частоты, ультразвуковой генератор с излучателем второй частоты и импульсный инфранизкочастотный амплитудный модулятор, выход которого подключен к управляющим входам ультразвуковых генераторов.

Акустическое воздействие осуществляется с использованием двух направленных узкополосных сигналов, воздействующих на органы слуха нарушителя. Применение узкополосных сигналов обуславливает высокий электромеханический КПД излучателей и их узкую направленность, что обеспечивает высокий уровень воздействующего на нарушителя двухчастотного акустического поля. При этом формируется низкочастотный сигнал разностной частоты, находящийся в наиболее чувствительной частотной зоне слухового тракта и болезненно воздействующий на нарушителя. Его воздействие обусловлено нелинейными свойствами слухового тракта [5, 6].

Недостатками прототипа заявляемого изобретения являются:

- малая дальность действия в связи с тем, что ультразвук имеет большие потери мощности при распространении в воздухе;

- малая чувствительность слухового аппарата большинства биологических объектов в связи с тем, что ультразвук находится вне слышимого диапазона.

Заявляемое изобретение исключает недостатки биоакустических отпугивателей и своего прототипа и направлено на решение проблемных вопросов в области орнитологического обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации, защиты объектов сельского хозяйства и предприятий пищевой промышленности.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения заключается в использовании нелинейных эффектов, возникающих в слуховых органах биологических объектов при воздействии на них двумя акустическими сигналами слышимого диапазона волн с различными несущими частотами (одна из которых свипирующая), разностная составляющая которых находится в диапазоне инфранизких резонансных частот биологического объекта, и дополнительном, синхронизированным с акустическим, параметрическим воздействием [7, 8] импульсно модулированным оптическим некогерентным полем в видимом диапазоне волн [9], длительность и частота следования импульсов которого аналогична параметрам импульсных акустических полей.

При этом:

- мощность звукового давления акустических сигналов ниже, чем у известных биоакустических аналогов;

- несущая частота первого акустического сигнала - фиксированная;

- несущая частота второго акустического сигнала - свипирующая, в диапазоне максимальной чувствительности слухового тракта биологических объектов;

- обе несущих частоты акустических сигналов импульсно модулируются по амплитуде с длительностью импульсов не менее чем минимальная длительность порога восприимчивости слухового тракта биологических объектов;

- режим стробоскопа некогерентного излучения оказывает максимально эффективное воздействие на органы зрения.

В момент воздействия на биологические объекты, получаемая свипирующая разностная составляющая модулированных акустических сигналов совпадает с резонансной частотой их органов слуха, возбуждая центральную нервную систему, а модулированные видимые оптические некогерентные волны приводят к дезориентации в пространстве и временному ограничению зрительной функции, что в совокупности приводит к формированию у биообъектов поведенческой реакции устойчивого избегания зоны применения воздействующих физических факторов.

Таким образом, заявляемое изобретение оказывает мощное синхронное комплексное воздействие на биологические объекты зондирующими полями различной физической природы (акустическим и оптическим), используя нелинейные свойства их органов слуха и усиливая рост психоэмоционального напряжения за счет параметрических эффектов, а также напрямую воздействуя на органы слуха и зрения.

Было проведено экспериментальное исследование нелинейно-параметрического воздействия на средних и крупных лабораторных животных (75 голов). В ходе исследования фиксировались результаты воздействия на органы слуха, зрения и центральную нервную систему.

Воздействие на органы слуха биологических объектов осуществлялось двумя акустическими сигналами слышимого диапазона волн с различными несущими частотами с мощностью звукового давления, не превышающей величину 135 дБ. При пребывании биообъектов в течение 30 минут в наихудших условиях воздействия акустического фактора зафиксировано временное функциональное расстройство органа слуха. Клинически значимых стойких изменений или поражений органа слуха не зафиксированы.

Воздействие на органы зрения испытуемых осуществлялось оптическим некогерентным полем в видимом диапазоне волн. Оценка воздействия некогерентного излучения белого цвета свечения осуществлялась путем количественной оценки остроты зрения по физиологической реакции на движение перед глазами биологических объектов - методом регистрации оптокинетического нистагма. Воздействие осуществлялось с максимальной интенсивностью в непрерывном и импульсном режимах. Воздействие с указанной интенсивностью при времени экспозиции, равном 1 минуте вне зависимости от режима приводило к временному ослеплению в 100% случаев. Восстановление оптокинетического нистагма происходило во всех случаях в пределах 10 минут после воздействия.

Одновременное воздействие на биологические объекты двух акустических сигналов слышимого диапазона волн с различными несущими частотами и некогерентного излучения белого цвета свечения в непрерывном и импульсном режимах при времени экспозиции в 1 минуту вызывало выраженный ответ центральной нервной системы, который проявлялся в поведенческих реакциях (старт-реакция, реакция избегания и оборонительная реакция) и достоверно фиксировался методами нейроэлектрофизиологии. Через 1-2 минуты после окончания воздействия в электроэнцефалограмме фиксировалось выраженное появление доминантного ритма частотой 3-4 Гц и повышение доли тета-ритма (4-8 Гц). Это означало рост психоэмоционального напряжения биообъекта, возрастание тревожности, что соответствовало отражению формирования поведенческой реакции устойчивого избегания зоны применения воздействующих физических факторов. В интервале до 5 секунд после начала воздействия все биологические объекты продемонстрировали реакцию избавления - покинули зону применения (мишенное поле), а в дальнейшем продемонстрировали реакцию избегания. Возникшее при воздействии физических факторов оборонительное поведение превалировало над имевшейся исходной мотивацией в выбранных моделях поведения. Кроме того, установлена возможность формирования негативной связи воздействия с окружающей обстановкой.

Непосредственно после завершения воздействия и через сутки каких-либо необратимых изменений в поведении и в физиологических показателях биологических объектов зафиксировано не было. Клинически значимых стойких изменений или поражений центральной нервной системы не зафиксировано.

Результаты экспериментального исследования показали, что нелинейно-параметрическое воздействие формирует у биологических объектов стойкую реакцию избегания области воздействия и не вызывает эффекта привыкания.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ нелинейно-параметрического воздействия на биологические объекты.

Осуществление изобретения

Устройство нелинейно-параметрического воздействия на биологические объекты содержит генератор первого акустического сигнала (1), первый акустический излучатель (2), генератор второго акустического сигнала (3), второй акустический излучатель (4), импульсный модулятор (5), блок перестройки несущих частот звуковых генераторов (6) и некогерентный оптический излучатель (7).

Устройство нелинейно-параметрического воздействия на биологические объекты работает следующим образом. С выходов импульсного модулятора (5) сигналы, несущие информацию о параметрах модуляции, поступают на генераторы акустических сигналов (1, 3) и некогерентный оптический излучатель (7). С генераторов импульсно модулированные по амплитуде акустические сигналы слышимого диапазона и частотно разнесенные блоком перестройки (6) поступают на акустические излучатели (2, 4). Акустические излучатели формируют мощный свипирующий акустический сигнал, оптический излучатель в свою очередь формирует некогерентный сигнал видимого диапазона волн, длительность и частота следования импульсов которого аналогична параметрам импульсных акустических сигналов. Используя нелинейные свойства органов слуха биологических объектов (8) и усиливая рост их психоэмоционального напряжения за счет параметрических эффектов, устройство оказывает нелинейно-параметрическое воздействие и, не вызывая эффекта привыкания, формирует стойкую реакцию избегания области воздействия.

Источники информации:

1. https://www.birdgard.com/.

2. Грабовский В.И., Мосешвили А.Л. Орнитологическая защита предприятия. Пищевая промышленность. 2010. №5. с. 30-32.

3. https://www.weitech.ru/.

4. Патент РФ на изобретение от 13 апреля 2010 г. № RU 2436297 С1. Способ и устройство акустического воздействия на нарушителя. Авторы: Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А.

5. Иоффе В.К. и др. Справочник по акустике, п. 2.6. Нелинейные свойства слуха. М., с. 42-43.

6. Алдошина И. Нелинейные свойства слуха. Звукорежиссер. 1999. №7.

7. Щербаков Г.Н. Параметрическая локация - новый метод обнаружения скрытых объектов. Специальная техника. 2000. №4. с. 52-58.

8. Черкесова Л.В. Нелинейно-параметрические взаимодействия в резонансных системах различной физической природы при полигармоническом внешнем воздействии. Известия ВУЗов. Технические науки. 2003. №4. с. 11-15.

9. Луизов А.В. Инерция зрения. Оборонгиз. 1961. 249 с.

1. Способ нелинейно-параметрического воздействия на биологический объект, представляющий собой птицу или животное, основанный на использовании нелинейно-параметрических эффектов органов слуха, отличающийся тем, что воздействие на биологический объект осуществляется двумя акустическими сигналами с различными несущими частотами, где несущая частота первого акустического сигнала является фиксированной, а несущая частота второго акустического сигнала является свипирующей, в диапазоне максимальной чувствительности слухового тракта биологических объектов, при этом разница между этими частотами берется в диапазоне инфранизких резонансных частот биообъекта, а также осуществляется параметрическое синхронизированное воздействие на биологический объект импульсно-модулированным оптическим некогерентным полем в видимом диапазоне волн, при этом длительность импульсов и частота их следования аналогичны параметрам импульсных акустических полей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что несущие частоты перестраивают в диапазоне максимальной чувствительности слухового тракта биологического объекта в слышимом диапазоне.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что несущие частоты акустических сигналов импульсно модулируются по амплитуде с длительностью импульсов не менее чем минимальная длительность порога восприимчивости слухового тракта биологического объекта.

4. Устройство нелинейно-параметрического воздействия на биологический объект, представляющий собой птицу или животное, способом по любому из пп. 1-3, содержащее звуковые генераторы с акустическими излучателями и импульсный модулятор, отличающееся тем, что в него введены блок перестройки несущих частот звуковых генераторов, выход которого подключен к управляющим входам звуковых генераторов, и некогерентный оптический излучатель, ко входу которого подключен импульсный модулятор.