Les nez de chauve-souris inspirent le sonar robotique

La « feuille de nez » d’une chauve-souris est capable d’émettre un sonar de différentes manières en fonction de la fréquence.Rolf Mueller

Comment, exactement, une chauve-souris tire-t-elle des faisceaux de sonar de son nez?

Rolf Müller, physicien computationnel à l’Université du Shandong à Jinan, en Chine, a passé au peigne fin les grottes de l’Asie du Sud-Est pour le découvrir. ”Nous examinons différentes espèces pour comprendre leurs astuces physiques », explique Müller, qui modèle la façon dont les nez de chauve-souris agissent comme une antenne et dont leurs oreilles fonctionnent comme des plats pour collecter le son.

Le travail compte non seulement pour les biophysiciens qui veulent comprendre comment les animaux évoluent dans des systèmes complexes, mais aussi pour les roboticiens qui tentent de trouver de nouvelles façons de naviguer dans des situations où les capteurs de lumière ne fonctionnent pas si bien, y compris la nuit ou sous l’eau.

Peu d’études biophysiques sur le nez des chauves-souris ont été réalisées. Un chercheur a courbé le nez d’une chauve—souris — la structure complexe entourant ses narines – pour voir ce qui se passerait; un autre scientifique a enduit les structures délicates de vaseline. Les deux procédures ont perturbé la navigation des chauves-souris.

Pour obtenir une meilleure image de ce qui se passe dans le nez d’une chauve-souris, Müller a effectué des radiographies du visage d’une chauve-souris en fer à cheval (Rhinolophus rouxii), compilant des scans pour construire un modèle informatique tridimensionnel des cavités du nez. Il a ensuite filmé des ondes sonores de fréquences différentes à travers le nez modélisé pour voir où elles résonnaient et comment elles étaient émises par la feuille de nez.

Sonar émis par un nez de chauve-souris : le rouge met en évidence les sources sonores possibles.Rolf Mueller

Des sons à haute fréquence, trouvés par Müller, résonnaient dans une structure au milieu de l’arrière du nez appelée sella, et étaient émis par la feuille de nez sous la forme d’un faisceau étroitement focalisé. Les sons de basse fréquence résonnaient dans une cavité appelée lancette, au sommet de la feuille de nez. Les sillons de la lancette ont créé quatre sources sonores secondaires, de sorte que le sonar a été émis à partir d’un total de six sources, plutôt que seulement les deux trous de narine. « Cela élargit le faisceau – vous avez un réseau plus large et vous pouvez mieux éclabousser le son », explique Müller. L’étude a été publiée dans la revue physique E1.

Le faisceau large pourrait être utile pour la navigation générale, dit Müller. Un tir plus serré du sonar serait préférable pour chasser une proie ou éviter des objets spécifiques, par exemple.

Robo nose

Le sonar a longtemps été utilisé comme outil de navigation de base dans les robots. Faire du bruit et écouter sa réflexion avec un microphone peut aider à déterminer les distances par rapport aux objets et leurs emplacements.

Le sonar est généralement plus lent à interpréter et moins précis que la vision par ordinateur ou les capteurs laser. Mais c’est un problème que les chauves-souris ont réussi à contourner, explique Herbert Peremans, roboticien à l’Université d’Anvers en Belgique. « Ils ne souffrent clairement pas de ce problème. Ils volent dans des environnements assez compliqués, et ils ont des cibles qui tentent de leur échapper. »

Peremans a déjà intégré l’autre moitié du travail de Müller — la modélisation des oreilles de chauve—souris – dans ses robots. Il a fixé deux oreilles en plastique nylon, inspirées du travail de la chauve-souris, distantes de plusieurs centimètres sur la tête d’un robot. Il essaie de montrer qu’avec le logiciel approprié, il peut utiliser ces oreilles pour localiser des objets avec précision. L’étape suivante consisterait à affiner la source du sonar avec une conception basée sur le modèle noseleaf de Müller.

Obtenir des chauves-souris de la soupe populaire locale.Rolf Mueller

Peremans dit qu’il existe de nombreuses applications possibles dans le diagnostic par ultrasons ou pour les robots mobiles dans des conditions inhabituelles. Il devrait donc y avoir une demande pour le catalogue d’oreilles et de nez de Müller. Müller dit qu’il y a des milliers d’espèces de chauves-souris qu’il espère analyser une par une.

Obtenir les chauves-souris peut être la partie facile, ajoute-t-il. Il était récemment dans un restaurant au Cambodge qui servait une soupe de chauve-souris aux fruits; il a acheté une carcasse et est retourné en Chine avec les oreilles. Il s’inquiétait d’expliquer sa cargaison aux douaniers, mais après leur avoir montré les oreilles, dit-il, ils lui ont dit de ne pas les déranger avec quelque chose d’aussi trivial.