Впереди лето, а значит, настало самое время, позаботиться о борьбе с кровососущими насекомыми, в частности с комарами.
Люди знают множество способов такой борьбы, с использованием разнообразных репеллентов, высоковольтных сеток и даже использования источников углекислого газа (совместно с высоковольтными сетками, где углекислый газ выступает в качестве привлекающего агента, а высоковольтная сетка непосредственно занимается уничтожением). А есть ли какие-нибудь альтернативные варианты такой борьбы?
Например, если бы тем или иным способом использовать звук или свет (это первое, что приходит в голову), — кроме непосредственно самой простоты реализации, и неограниченного запаса такого «уничтожителя/отпугивателя», вдобавок, мы могли бы здесь попробовать реализовать свои скиллы программиста, так как такие средства легко могут быть запрограммированы даже с применением самых сложных алгоритмов.
Однако, как мы знаем по многим другим сферам, непосредственное программирование — это самый последний этап, а до этого надо ещё разобраться в вопросе… Поэтому, пока — попробуем изучить механизм возможного действия.
Для начала, попробуем обратиться к звуку…
В 1981 году издательством МГУ была выпущена весьма интересная книга Р.Д.Жантиева — «Биоакустика насекомых», где он весьма подробно разбирает системы связи насекомых — частоты, сигналы, строение их органов и многое другое.
Причём, что интересно, например, сигналы некоторых насекомых разбираются очень подробно, — вплоть до описания их длительности в миллисекундах, частоты, количества пульсаций, промежутков между ними и промежутков между блоками пульсаций, для каждого конкретного вида насекомого! К слову — и не только это, там много интересного…
В ней, он, в частности, отмечает, что насекомые не используют звук для эхолокации, а также для общения между разными видами, и, в основном, звук у них предназначен для коммуникации внутри одного вида.
Такой способ коммуникации у насекомых очень сильно распространён и отличается большим разнообразием, а сами насекомые являются единственной группой беспозвоночных, у которых сильно развита звуковая коммуникация, которая, которая, предположительно, берёт своё начало ещё с Пермского периода, развившись в течение длительного периода до существенного совершенства (для их уровня конечно; до речи они не дошли ;-) ).
Несложно понять, что раз эта система у них возникла и хорошо развилась, то она должна играть в жизни насекомых достаточно большую роль — и так оно и есть: например, эта система обеспечивает у них встречу между особями разного пола, общение внутри популяции и даже «семьи».
Также, дополнительно, некоторые насекомые могут использовать звук и для защиты от врагов, а также поиска добычи.
В целом, можно сказать, что биоакустика играет у насекомых роль не меньшую, чем у позвоночных животных.
Исходя из всего этого, становится ясно, почему изучение биоакустики насекомых вызывает большой интерес у учёных, — так как, это может дать очень большие возможности по взаимодействию с ними — как для привлечения полезных видов, так и для отпугивания вредных.
Научные исследования в области биоакустики насекомых можно разделить на три основных направления:
Разработка «аттрактантов» («привлекателей»): например, акустические призывные сигналы, или звуки полёта, которые в естественных условиях оказывают на насекомых привлекающее воздействие.
Искусственно воспроизведя такие звуки, можно через некоторое время обнаружить поблизости некоторое количество привлечённых насекомых.
Причём, было выявлено опытным путём, что такого рода звуки привлекают только некоторое количество насекомых, в то время как массовое привлечение почему-то не работает.
По мнению учёных, причина этого заключается в следующем: не всегда удаётся воспроизводить точные сигналы, с соблюдением всех требуемых условий (1).
(1) В литературе в основном разбираются достаточно старые примеры, когда ещё были магнитофонные плёнки и записанный на них звук; наверное, в настоящее время можно попробовать поставить такие эксперименты и более точно, используя процессорное управление и записанный цифровой звук, с максимально точно дозированными параметрами.
Так, в старых экспериментах, используя записанный на магнитную плёнку звук, не всегда удавалось привлекать самцов комаров.
Как было выявлено, для успешного привлечения необходимо, чтобы интенсивность звука не превышала 60-70 дБ (или даже 40 – т.к. комары сторонятся роя, а это шум роя для них; а они ищут одиночную особь), а сам источник, был минимально возможных размеров, иначе большие динамики, препятствуют образованию сферических волн (2); ну и, кроме того, по предположениям учёных, насекомые просто отвлекались от эксперимента (который, судя по всему, проводился на природе), реагируя на звуки насекомых своего вида.
(2) Здесь мы сразу видим возможности, в которых были ограничены учёные в начале восьмидесятых годов, когда проводился этот эксперимент — в настоящее время можно раздобыть достаточно большое количество миниатюрных источников звука — например, те же самые пьезоэлектрические излучатели.
Кроме того, там же они отмечали, что диаграмма направленности, интенсивность, временные и частотные характеристики звука меняются с температурой и «очень сложно под это подстроиться, используя магнитофонную плёнку» (3).
(3) Ещё одна возможность: цифровая запись звука при разной температуре, его компьютерный анализ и генерация искусственного звука в последующем, с адаптивной подстройкой под текущую температуру в этот момент.
Тем не менее, было выявлено, что форма аналогового сигнала не влияет на реакцию насекомых, поэтому, допустимо использовать прямоугольные звуковые сигналы. С этим моментом ещё надо разбираться, но, насколько можно понять, имеется в виду, что сигнал, излучаемый звуковоспроизводящем устройством, естественно, остаётся аналоговым, только он работает в режиме «вкл/выкл», без плавания интенсивности, т.е. изменения амплитуды (по крайней мере принудительно, понятно, что естественная инерция диффузора после отключения питания всё равно присутствует и от этого никуда не деться).
Впрочем, сейчас на дворе не восьмидесятые годы, и можно генерировать любой сигнал, какой душе угодно:-)
Разработка репеллентов: это тема ещё недостаточно проработана, однако предполагается, что можно генерировать такие звуки, которые в естественных в условиях оказывают на насекомое отпугивающее воздействие, а также вызывают ощущение дискомфорта.
Экспериментально, однако было выявлено, что наиболее яркий отпугивающий эффект оказывается на ночных чешуекрылых насекомых, которые в естественной среде подвергаются нападению летучих мышей.
Например, было выявлено, что если облучать поля с кукурузой ультразвуковыми импульсами, длительностью в 50 мс и частотой в 50 кГц (что имитирует эхолокационные сигналы летучих мышей), то это на 50% снижает заражение полей луговым мотыльком, а облучение полей капусты и салата ультразвуком в 20 кГц уменьшило заражение полей «совкой» — на 66%.
Разработка уничтожителей: что же касается крайних методов борьбы с насекомыми — их уничтожения с помощью звука, то такие методы недостаточно проработаны, однако, имеются некоторые данные, что излучение звука частотой в 0,2-2 кГц мешает развитию «огнёвки», в то время как излучение сильного ультразвука (
) губительно влияет на дрозофил.Если мы снова вернёмся к комарам, то обнаружим, что основным источником звука комаров являются колебания крыльев, где частота колебаний зависит от вида, возраста, и состояния комара.
Было выявлено, что самцы и самки издают звук разной частоты, так как имеют физиологические различия в размерах крыльев и скорости взмахов.
Например, самки совершают взмахи с частотой в диапазоне 300-600 Гц (кстати говоря, именно они и являются кровососущими), в то время как самцы машут с частотой в 600-800 Гц.
На эти диапазоны и можно ориентироваться, чтобы попробовать разработать своё устройство, — так как самцов привлекает звук самок, в то время как самки могут уклоняться от звуков самцов, чтобы избегать ненужных контактов или наоборот, так что тут неоднозначно :-))
Как мы уже рассматривали, вторым подходом может быть имитация звуков естественных хищников комаров, где в природе таким хищником являются стрекозы, у которых большие виды имеют частоту взмахов во время атаки в 50-60 Гц, в то время как мелкие стрекозы машут в атаке с частотой в 30-40 Гц.
Тем не менее, из-за явлений турбулентности, основной звук взмахов крыльев многих стрекоз, попадает в диапазон 200-800 Гц — вероятно, это можно тоже использовать.
Ниже есть интересный эксперимент, когда человек менял частоты звука на своём смартфоне и можно наглядно увидеть, как это влияет на комаров:
Но тут, надо ещё смотреть, какова интенсивность звука и какую частоту на самом деле звучал его смартфон — показать на экране можно что угодно, а вот реально сможет ли воспроизвести динамик — эту частоту… Другими словами, эксперимент ждёт своей перепроверки…
В целом, проанализировав современные исследования, можно прийти к выводу, что различные исследователи приходят к неоднозначным результатам — у кого-то это работает, у кого работает условно, у кого-то не работает вовсе.
Таким образом, можно прийти к выводу, что в этой теме ещё есть над чем работать, так как однозначного решения на данный момент нет, но ряд зацепок позволяют иметь некоторую надежду на результат.
В любом случае, распространённость современных процессорных систем, микроконтроллеров, миниатюрных систем излучения звука разных частот, даёт возможность каждому поэкспериментировать в этой области, и может быть даже, — прийти к некоторому результату (а близость лета облегчает научные изыскания ;-) )...
А что насчёт света? Тут, возможно, ситуация немножко получше… У комаров есть развитая зрительная система, которая помогает им ориентироваться в пространстве, искать жертву, избегать угроз.
Сразу отметим, что мы здесь не будем рассматривать вариант «физического сжигания комаров лазерами», используя разнообразные турельные установки с компьютерным зрением или без оного:-) — чем любят баловаться некоторые в интернете. Рассмотрим более интересный вариант...
Зрение комаров приспособлено к наилучшему восприятию ультрафиолетового света, диапазона 350-400 нм и зелёно-голубой части спектра в 450-550 нм, так как это исторически развилось у них для поиска воды, хорошо отражающей ультрафиолет.
Борьба с комарами, используя свет, может быть сконцентрирована в двух направлениях:
- «забивание» канала визуальной ориентации и имитация дневного периода (комары имеют склонность нападать в тёмное время суток): было выявлено, что мерцающий свет, с частотой в 1-50 Гц дезориентирует комаров, так как их зрительная система настроена на нахождение движущихся объектов — хищников или жертв (сразу вспоминаются и человеческие спецподразделения, которые также заходят в помещения, держа перед собой ярко мерцающий фонарик, направленный в сторону противника).
В результате создаётся ситуация, которая мешает комарам определять направление движения, а также расстояние до цели.
Кроме того, например, некоторые современные исследования показывают, что даже продолжительные импульсы света, например, в 6...10 минут длиной, через каждые два часа — являются мощным угнетателем активности комаров, которая немедленно угнетается как во время самого импульса, так и в течение 2 часов после него. - привлечение в ловушку: вторым направлением борьбы является привлечение комаров в ловушку, так было выявлено что их привлекает ультрафиолет (потому что, как мы и говорили выше, они ищут воду) — этим пользуются ряд умельцев и компании, выпускающие ловушки с ультрафиолетовым источником света внутри, перед которым установлена сетка, подключенная к высоковольтному источнику питания.
Напоследок, нельзя сказать, что борьба с комарами окончена и существует некий «ultimate» вариант борьбы с ними, — только глубокое исследование их поведения и физиологических особенностей может помочь ещё больше преуспеть в этом деле. Также, вооружившись информацией о комарах их слабых сторонах, вы вполне можете и сами попробовать поэкспериментировать и поделиться результатами со всеми нами;-)