Je možné odplašit komáry zvukem? Nebo světlem? / Habr

Léto se blíží, což znamená, že je nejvyšší čas postarat se o boj s krvesajícím hmyzem, zejména komáry.

Lidé znají mnoho způsobů takového boje, používají různé repelenty, sítě vysokého napětí a dokonce i zdroje oxidu uhličitého (spolu s sítěmi vysokého napětí, kde oxid uhličitý působí jako přitažlivé činidlo a síť vysokého napětí se přímo zabývá ničením). Existují nějaké alternativní možnosti takového boje?

Například, pokud bychom měli nějakým způsobem použít zvuk nebo světlo (to je první věc, která mě napadne), – kromě jednoduchosti samotné implementace a neomezené nabídky takového „ničitele/odpuzovače“ bychom se zde mohli pokusit implementovat i naše programátorské dovednosti, protože takové prostředky lze snadno naprogramovat i pomocí nejsložitějších algoritmů.

Jak však víme z mnoha jiných oblastí, přímé programování je úplně poslední fází a předtím musíme problematice ještě porozumět. Proto se prozatím pokusme prostudovat mechanismus možného působení.

Nejprve se zkusme zaměřit na zvuk.

V roce 1981 vydalo nakladatelství Moskevské státní univerzity velmi zajímavou knihu R. D. Žantieva „Bioakustika hmyzu“, kde podrobně analyzuje komunikační systémy hmyzu – frekvence, signály, strukturu jejich orgánů a mnoho dalšího.

A zajímavé je, že například signály některých druhů hmyzu jsou analyzovány velmi podrobně, až po popis jejich trvání v milisekundách, frekvenci, počet pulzací, intervaly mezi nimi a intervaly mezi pulzačními bloky, a to pro každý konkrétní druh hmyzu! Mimochodem – a nejen to, je tam spousta zajímavých věcí.

V něm zejména poznamenává, že hmyz nepoužívají zvuk k echolokaci ani ke komunikaci mezi různými druhy, a v podstatě je jejich zvuk určen ke komunikaci v rámci jednoho druhu.

Tento způsob komunikace mezi hmyzem je velmi rozšířený a vyznačuje se velkou rozmanitostí a samotný hmyz je jedinou skupinou bezobratlých, která má vysoce vyvinutou zvukovou komunikaci, a ta pravděpodobně pochází z období permu, kdy se po dlouhou dobu vyvíjela k významné dokonalosti (na svou úroveň samozřejmě; řeči nedosáhli ).

Je snadné pochopit, že jelikož se tento systém objevil a dobře se vyvinul, musí hrát v životě hmyzu poměrně velkou roli – a taky hraje: například tento systém zajišťuje setkání mezi jedinci různého pohlaví, komunikaci v rámci populace a dokonce i „rodin“.

Také některý hmyz může používat zvuk k ochraně před nepřáteli a také k hledání kořisti.

Obecně lze říci, že bioakustika hraje u hmyzu neméně důležitou roli než u obratlovců.

Na základě toho všeho je zřejmé, proč je studium bioakustiky hmyzu pro vědce velmi zajímavé – protože může poskytnout velmi velké příležitosti k interakci s nimi – jak pro přilákání užitečných druhů, tak pro odpuzování škodlivých.

Vědecký výzkum v oblasti bioakustiky hmyzu lze rozdělit do tří hlavních oblastí:

Vývoj „atraktantů“: například akustické volací signály nebo letové zvuky, které v přírodních podmínkách lákají hmyz.

Umělou reprodukcí takových zvuků lze po určité době v blízkosti detekovat určitý počet přilákaného hmyzu.

Navíc bylo experimentálně zjištěno, že takové zvuky přitahují pouze určitý počet hmyzu, zatímco hromadná přitažlivost z nějakého důvodu nefunguje.

Podle vědců je důvod následující: není vždy možné reprodukovat přesné signály při dodržení všech požadovaných podmínek. (1).

(1) Literatura se zabývá převážně poměrně starými příklady, kdy ještě existovaly pásky a na nich byl nahraný zvuk; pravděpodobně se dnes lze pokusit o přesnější nastavení takových experimentů s využitím procesorového řízení a nahraného digitálního zvuku s co nejpřesněji dávkovanými parametry.

Ve starých experimentech s použitím zvuku nahraného na magnetofonovou pásku tedy nebylo vždy možné přilákat samce komárů.

Jak se ukázalo, pro úspěšné přilákání je nutné, aby intenzita zvuku nepřekročila 60-70 dB (nebo dokonce 40 – komáři se totiž roji vyhýbají a to je pro ně hluk roje; a hledají jedince), a samotný zdroj měl co nejmenší velikost, jinak velké reproduktory zabraňují vzniku sférických vln. (2); a navíc, podle předpokladů vědců, byl hmyz jednoduše rozptýlen od experimentu (který se zjevně prováděl v přírodě) a reagoval na zvuky hmyzu svého vlastního druhu.

(2) Zde okamžitě vidíme možnosti, na které byli vědci omezeni na začátku osmdesátých let, kdy byl tento experiment proveden – v dnešní době je možné získat poměrně velké množství miniaturních zdrojů zvuku – například stejné piezoelektrické zářiče.

Dále poznamenali, že směrový diagram, intenzita, časové a frekvenční charakteristiky zvuku se mění s teplotou a „je velmi obtížné se na to přizpůsobit pomocí magnetické pásky“. (3).

(3) Další možnost: digitální záznam zvuku při různých teplotách, jeho počítačová analýza a následné generování umělého zvuku s adaptivním přizpůsobením aktuální teplotě v daném okamžiku.

Zjistilo se však, že tvar analogového signálu neovlivňuje reakci hmyzu, takže je přípustné používat obdélníkové zvukové signály. Tento bod je ještě třeba vyřešit, ale pokud lze pochopit, znamená to, že signál vyzařovaný zařízením pro reprodukci zvuku přirozeně zůstává analogový, pouze pracuje v režimu „zapnuto/vypnuto“, bez kolísání intenzity, tj. změny amplitudy (alespoň násilně, je zřejmé, že přirozená setrvačnost difuzoru po vypnutí napájení je stále přítomna a nelze se jí zbavit).

Ale teď už nejsou osmdesátá léta a můžete si vygenerovat jakýkoli signál, jaký chcete :-)

Vývoj repelentů: Toto téma dosud není dostatečně rozpracováno, ale předpokládá se, že je možné generovat zvuky, které v přírodních podmínkách mají odpuzující účinek na hmyz a zároveň způsobují pocit nepohodlí.

Experimentálně však bylo zjištěno, že nejvýraznější odstrašující účinek má na noční motýlí hmyz, který je v přirozeném prostředí vystaven útoku netopýrů.

Například bylo zjištěno, že ozařování kukuřičných polí ultrazvukovými pulzy o trvání 50 ms a frekvencí 50 kHz (které napodobují echolokační signály netopýrů) snížilo zamoření polí lučními můrami o 50 % a ozařování polí se zelím a salátem ultrazvukem o frekvenci 20 kHz snížilo zamoření polí sýkorkou o 66 %.

Vývoj torpédoborců: Pokud jde o extrémní metody boje proti hmyzu – jejich ničení pomocí zvuku, tyto metody nebyly dostatečně vyvinuty, existují však údaje, že emise zvuku s frekvencí 0,2-2 kHz narušují vývoj „ohnivé můry“, zatímco emise silného ultrazvuku () má škodlivý vliv na ovocné mušky.

Pokud se znovu vrátíme ke komárům, zjistíme, že hlavním zdrojem komářího zvuku je vibrace křídel, kde frekvence vibrací závisí na druhu, stáří a stavu komára.

Bylo zjištěno, že samci a samice vydávají zvuky různých frekvencí, protože mají fyziologické rozdíly ve velikosti křídel a rychlosti mávání.

Například samice mávají křídly s frekvencí 300-600 Hz (mimochodem, jsou to ony, které sají krev), zatímco samci mávají s frekvencí 600-800 Hz.

Tyto rozsahy lze použít jako vodítko pro pokus o vývoj vlastního zařízení, protože samce přitahuje zvuk samic, zatímco samice se mohou zvukům samců vyhýbat, aby se vyhnuly zbytečným kontaktům, nebo naopak, takže je to zde nejednoznačné :-))

Jak jsme již diskutovali, druhým přístupem by mohlo být napodobování zvuků přirozených predátorů komárů, přičemž v přírodě jsou takovým predátorem vážky, z nichž větší druhy mají frekvenci mávání křídly během útoku 50-60 Hz, zatímco menší vážky mávají křídly během útoku s frekvencí 30-40 Hz.

Kvůli turbulenci však hlavní zvuk mávání křídel mnoha vážek spadá do rozsahu 200-800 Hz – i toto by se pravděpodobně dalo použít.

Níže je uveden zajímavý experiment, kde člověk změnil zvukové frekvence na svém smartphonu a jasně vidíte, jak to ovlivňuje komáry:

Ale i tady se musíme podívat na intenzitu zvuku a frekvenci, na které jeho smartphone skutečně zněl – na obrazovce sice můžete ukázat cokoli, ale dokáže reproduktor tuto frekvenci skutečně reprodukovat. Jinými slovy, experiment čeká na své opětovné ověření.

Obecně lze po analýze moderního výzkumu dojít k závěru, že různí výzkumníci docházejí k nejednoznačným výsledkům – u některých to funguje, u jiných to funguje podmíněně, u dalších to vůbec nefunguje.

Můžeme tedy dojít k závěru, že v tomto tématu je stále co dělat, protože v současné době neexistuje jasné řešení, ale řada indicií nám umožňuje mít určitou naději na výsledek.

Každopádně rozšíření moderních procesorových systémů, mikrokontrolérů, miniaturních systémů pro vydávání zvuku různých frekvencí, dává každému možnost experimentovat v této oblasti a možná i dojít k nějakému výsledku (a blízkost léta usnadňuje vědecký výzkum ).

A co světlo? Tady je možná situace o něco lepší. Komáři mají vyvinutý vizuální systém, který jim pomáhá orientovat se v prostoru, najít kořist a vyhýbat se hrozbám.

Hned poznamenáme, že zde nebudeme uvažovat o možnosti „fyzického pálení komárů lasery“ s využitím různých věžových instalací s počítačovým viděním nebo bez něj :-) – s nimiž si někteří lidé na internetu rádi hrají. Zvažme zajímavější možnost.

Zrak komárů je uzpůsoben k nejlepšímu vnímání ultrafialového světla, rozsahu 350-400 nm a zelenomodré části spektra o vlnové délce 450-550 nm, protože se u nich historicky vyvinulo vyhledávání vody, která ultrafialové světlo dobře odráží.

„ucpaný“ vizuální orientační kanál a imitace denního světla (komáři mají tendenci útočit ve tmě): bylo zjištěno, že blikající světlo s frekvencí 1–50 Hz dezorientuje komáry, protože jejich vizuální systém je naladěn na vyhledávání pohybujících se objektů – predátorů nebo obětí (okamžitě se vybaví příslušníci lidských speciálních jednotek, kteří také vstupují do prostor s jasně blikající baterkou před sebou, namířenou na nepřítele).

V důsledku toho se vytvoří situace, která komárům brání v určení směru pohybu a také vzdálenosti k cíli.