Bat nasi inspire robotic sonar

Il ‘noseleaf’ di un pipistrello è in grado di emettere sonar in modi diversi a seconda della frequenza.Rolf Mueller

Come, esattamente, un pipistrello spara raggi sonar dal suo naso?

Rolf Müller, un fisico computazionale presso l’Università di Shandong a Jinan, in Cina, ha setacciato le grotte del sud-est asiatico per scoprirlo. ” Stiamo esaminando diverse specie per capire i loro trucchi fisici”, dice Müller, che modella il modo in cui i nasi di pipistrello si comportano come un’antenna e come le loro orecchie funzionano come piatti per raccogliere il suono.

Il lavoro è importante non solo per i biofisici che vogliono capire come gli animali evolvono sistemi complessi, ma anche per i robotisti che cercano di trovare nuovi modi di navigare in situazioni in cui i sensori di luce non funzionano così bene, anche di notte o sott’acqua.

Sono stati fatti pochi studi biofisici sui nasi dei pipistrelli. Un ricercatore ha piegato all’indietro la foglia nasale di un pipistrello – la complessa struttura che circonda le sue narici-per vedere cosa sarebbe successo; un altro scienziato ha imbrattato le delicate strutture con vaselina. Entrambe le procedure hanno incasinato la navigazione dei pipistrelli.

Per avere un’immagine migliore di ciò che sta accadendo in un naso di pipistrello, Müller ha eseguito scansioni a raggi X del volto di un pipistrello a ferro di cavallo rufoso (Rhinolophus rouxii), compilando scansioni per costruire un modello computerizzato tridimensionale delle cavità del naso. Ha poi girato le onde sonore di frequenze diverse attraverso il naso modellato per vedere dove hanno risuonato, e come sono stati emessi dal noseleaf.

Sonar emesso da un bat noseleaf: il rosso evidenzia le possibili sorgenti sonore.Rolf Mueller

Suoni ad alta frequenza, Müller trovato, risuonato in una struttura nella parte centrale-posteriore del naso chiamato sella, e sono stati emessi dal noseleaf come un fascio strettamente focalizzato. I suoni a bassa frequenza risuonavano in una cavità chiamata lancetta, nella parte superiore del naso. Solchi nella lancetta creato quattro sorgenti sonore secondarie, in modo che sonar è stato emesso da un totale di sei sorgenti, piuttosto che solo i due fori narici. “Si allarga il fascio-si dispone di una matrice più ampia e si può schizzare il suono intorno meglio,” dice Müller. Lo studio è stato pubblicato in Physical Review E1.

Il fascio largo potrebbe essere utile per la navigazione generale, dice Müller. Un colpo più stretto di sonar sarebbe meglio per inseguire la preda o evitare oggetti specifici, per esempio.

Robo nose

Sonar è stato a lungo utilizzato come strumento di navigazione di base nei robot. Fare un rumore e ascoltare la sua riflessione con un microfono può aiutare a determinare le distanze dagli oggetti e le loro posizioni.

Il sonar è generalmente più lento da interpretare e meno preciso rispetto ai sensori di visione artificiale o laser. Ma questo è un problema che i pipistrelli sono riusciti a aggirare, dice Herbert Peremans, un robotista presso l’Università di Anversa in Belgio. “Chiaramente non soffrono di questo problema. Volano in ambienti abbastanza complicati, e hanno obiettivi che cercano di fuggire da loro.”

Peremans ha già incorporato l’altra metà del lavoro di Müller — modellando orecchie di pipistrello — nei suoi robot. Ha fissato due orecchie di plastica di nylon, ispirate al lavoro del pipistrello, a diversi centimetri di distanza sulla testa di un robot. Sta cercando di dimostrare che, con il software appropriato, può usare queste orecchie per localizzare gli oggetti con precisione. Il passo successivo sarebbe quello di perfezionare la sorgente sonar con un design basato sul modello noseleafs di Müller.

Ottenere pipistrelli dalla mensa locale.Rolf Mueller

Peremans afferma che ci sono molte possibili applicazioni nella diagnostica ad ultrasuoni o per robot mobili in condizioni insolite. Quindi ci dovrebbe essere richiesta per il catalogo di orecchie e nasi di Müller. Müller dice che ci sono migliaia di specie di pipistrelli che spera di analizzare una per una.

Ottenere i pipistrelli può essere la parte facile, aggiunge. Recentemente è stato in un ristorante in Cambogia che serviva zuppa di pipistrelli alla frutta; ha comprato una carcassa e è tornato in Cina con le orecchie. Era preoccupato di spiegare il suo carico ai funzionari doganali, ma dopo aver mostrato loro le orecchie, dice, gli hanno detto di non disturbarli con qualcosa di così banale.