ОПРЕДЕЛЯЕМ ДЕНЬ И ЧАС ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ, КАК МЕДУЗЫ И КОШКИ

Геннадий ЦЕПКОВ, старший научный сотрудник Международного научно-учебного центра информационных технологий и систем ЮНЕСКО позвонил в редакцию сразу после землетрясения в Баме. "Я знаю метод, которым можно было бы заранее обнаружить сверхнизкочастотные колебания, являющиеся предвестниками землетрясения, -- сообщил он. -- Созданный еще при СССР, способ до сих пор является единственным в мире, а внедрение нового математического обеспечения для сейсмографов не требует больших затрат". Но почему же мы до сих пор не стали первыми, кто смог предсказать непредсказуемое?

НА ВОЛНЕ МЕДУЗ

С 1962 года Геннадий Васильевич Цепков работал в Институте кибернетики, защитил диссертацию, которая была "закрыта", как важная военная разработка. Значительная часть других работ закрывались по той же причине. Но с 1995 года "открылся" для использования в мирных целях новый способ спектрального анализа сложных сигналов.

-- Когда я слышу о таких трагедиях, как землетрясение в Баме, то очень расстраиваюсь, -- признается Геннадий Васильевич. -- Уверен: можно было вовремя эвакуировать людей. В 1998 году мы сообщили в научной литературе о новом методе. Но геофизики и геохимики продолжают утверждать, что сверхнизкочастотные колебания обнаружить невозможно. И наше, не имеющее аналогов в мире, изобретение, сделанное четырьмя соавторами, пылится на полке. Мы же -- специалисты в области обработки информации, -- вздохнул Геннадий Васильевич. -- Дали "науку", остальное -- проблема других специалистов. Хотя внедрение метода -- это, грубо говоря, лишь обмен одной программы в компьютере на другую.

Между тем сегодня уже можно обнаружить низкочастотный "разговор" кашалотов и понять, почему медузы перед землетрясением успевают уйти на глубину, а кошки вовремя убегают с места катастроф. Они слышат сигналы тревоги, распространяемые на сверхдлинных волнах, задолго до "встряски". Если человек "поймает" такие колебания, которые затухают очень медленно, то сможет во много раз увеличить дальность обнаружения -- хоть подлодки, хоть возможных толчков.

-- Сейсмологическое оборудование стоит в шахтах, -- рассказывает ученый. -- Оно ловит все сигналы, поступающие из недр земли. Например, колебания плазмы, которая во время реакций "раскачивается" равномерно и имеет такие же суточные колебания, как прилив-отлив в океане. Но когда она начинает "буйствовать" и толчки ее становятся в каком-то месте сильнее, давят на земную кору и в местах ее разломов начинаются микроподвижки -- а это как минимум за 24 часа до толчка -- важно время, за которое мы уловим и расшифруем эти сигналы. Существующие же спектральные методы для этих целей малопригодны: они не "видят" нужного сигнала. Мы же добились того, что приборы не только могут работать "на волне медузы", но и с той же скоростью, как животные, обрабатывать полученный сигнал.

38 ПОПУГАЕВ В СЕКУНДУ

Ученого всегда интересовал вопрос фундаментальный: как наиболее экономично преобразовать непрерывную информацию в цифровую. Как поток сигналов, льющихся на нас со всех сторон, разложить на спектр частот, а потом "выудить" из этого хаоса нужную информацию и понять, какие это сигналы и что за ними последует.

-- Наш метод прост, -- убеждал ученый. -- А все потому, что мы пошли по пути природы. Ведь наши нейроны не знают методов ни Лапласа, ни Лагранжа, ни Фурье. В этом отношении мозг -- тупой. Как же он разбирается -- да еще так молниеносно -- в потоке разнообразнейшей информации? Да сжимает ее так, как технике и не снилось!

Когда Геннадий Васильевич рассказывал, действительно выходило все просто. Философия религии утверждает, что основу мироздания составляют колебания. Но их много, они разные и накладываются один на другой. Именно спектральные методы позволяют разложить сложный сигнал на ряд простых компонентов. Однако большую часть этих сигналов мы не видим, не слышим, не ощущаем и техника в этом помогает слабо. Новый метод -- следующий шаг к обнаружению слабых волн в неограниченном -- теоретически -- диапазоне частот.

Чтобы узнать, как принимает сигналы живая ткань, Геннадий Васильевич, работая в отделе нейрокибернетики, проводил свои опыты вместе с сотрудниками Института физиологии. Ученые брали нервные клетки и в сому -- тело нейрона -- вводили два электрода, раздражая ткань разными видами сигналов. Те преобразовывали их "нейронный код". Как? Превысил сигнал определенный уровень, нейроны выдали импульс. Продолжает действовать раздражение, на его "взлете" нейрон дает следующий импульс. Но если сигнал постоянный, в нем нет новизны, то нервная ткань перестает работать. Она может даже погибнуть от монотонности существования.

-- Так мы обнаружили, что мозг следит за уровнем всплеска сигнала и резкой сменой его скорости, -- объясняет Геннадий Васильевич. -- Именно эти моменты -- нерегулярности и неожиданности -- наиболее информативны. То есть нервная ткань ловит изломы и "сенсации", и работает только с ними. Вспомните, ведь вы, глядя на картину, сначала обращаете внимание на губы, глаза, нос, подбородок, то есть на изломы. Это и есть так называемые пики или экстремумы. Вот их-то мы и стали фиксировать и анализировать, не используя иную информацию. На основе этого мы можем обнаруживать все спектральные составляющие: частоты высокие и средние, низкие, сверхнизкие, супернизкие. Используя экстремумы, мы сокращаем массив данных раз в 10 и при желании можем восстановить сигнал с точностью до 98%. Вы представляете, какой по значимости объем информации заключен в экстемумах!? Обработка их не требует запоминания, осуществляется в тысячи раз быстрее, чем традиционными быстрыми методами.

-- Разложение по спектру можно делать в любых единицах -- шаблонах. И это так же просто, как в мультике, -- улыбается ученый. -- Сигнал, как и удава, можно измерять в попугаях, обезьянах, километрах или миллиметрах, как договоритесь. У каждого класса сигналов -- свой шаблон-базис. Каждый ученый брал за основу свою функцию-"кривульку" -- синусоиду, функцию Гаусса, колоколообразную -- и работал с ней. Преобразование Фурье получило большое распространение потому, что он использовал синусоиду, а самые распространенные сигналы -- электричество в сети, радиоволны, звук -- в основе имеют синусоиды. Но во многих случаях он не работает. Например, методом Фурье невозможно засечь подлодку, меняющую обороты, ведь он рассчитан на то, что сигнал будет неизменным! А в жизни такого не бывает. Мы же не просто "поймаем" подлодку, но сделаем это еще и в 1000 раз быстрее, чем другими методами.

О КАТАСТРОФАХ "КРИЧАТ"... РАСТЕНИЯ

-- Не только сигналы из недр можно расшифровать нашим методом, -- заявляет Геннадий Васильевич. -- Оказывается, о приближающихся катастрофах могут сообщить не только животные, но и растения. Только мы их не слышим.

До сих пор ученые-геохимики пытаются строить предсказание землетрясений с помощью анализа... воды в реке, если такая рядом протекает. Перед толчком обязательно через маленькие щели в земной коре на поверхность выходят газы -- родон и гелий. Химики постоянно берут пробы воды и уточняют ее состав. Есть родон, значит, возможен толчок, а может, и нет. Однако если газ проходит в воду, значит, он есть и в земле, значит, растения впитывают его и как-то реагируют... Как? Изменением биопотенциала. Проводя спектральный анализ этих потенциалов мы можем определить аномалию, предшествующую землетрясению. И такие эксперименты Геннадий Васильевич с коллегами еще успел провести. Но и их прекратили...

Вечно у нас так: не хватает "пяти копеек", а теряем людей. Не говоря уже об уровне научно-технического прогресса и, в конечном итоге, приоритета открытий и самих ученых, которые уезжают за рубеж. Вот и это, несложное и недорогое во внедрении, изобретение оказалось никому не нужным. Кроме заграницы. Кто только не пытается выведать у нас различные ноу-хау. Там все нужно, "заграница" все покупает.

А мы все продаем?