Nosy nietoperzy inspire robotic sonar

„noseleaf” nietoperza jest w stanie emitować sonar na różne sposoby w zależności od częstotliwości.Rolf Mueller

jak, dokładnie, nietoperz wystrzeliwuje promienie sonaru z nosa?

Rolf Müller, fizyk obliczeniowy z Uniwersytetu Shandong w Jinan w Chinach, przeczesał jaskinie Azji Południowo-Wschodniej, aby się tego dowiedzieć. ” Przyglądamy się różnym gatunkom, aby zrozumieć ich fizyczne sztuczki”, mówi Müller, który modeluje sposób, w jaki nosy nietoperzy zachowują się jak anteny, i jak ich uszy działają jako naczynia do zbierania dźwięku.

praca ma znaczenie nie tylko dla biofizyków, którzy chcą zrozumieć, jak zwierzęta ewoluują złożone systemy, ale także dla Robotyków próbujących znaleźć nowe sposoby nawigacji w sytuacjach, w których czujniki światła nie działają tak dobrze, w tym w nocy lub pod wodą.

przeprowadzono kilka badań biofizycznych nosów nietoperzy. Jeden badacz odchylił nos nietoperza-złożoną strukturę otaczającą jego nozdrza – aby zobaczyć, co się stanie; inny naukowiec posmarował delikatne struktury wazeliną. Obie procedury zepsuły nawigację nietoperzy.

aby uzyskać lepszy obraz tego, co dzieje się w nosie nietoperza, Müller wykonał zdjęcia rentgenowskie twarzy podkowca rdzawego (Rhinolophus rouxii), kompilując skany w celu zbudowania trójwymiarowego komputerowego modelu ubytków nosa. Następnie wystrzelił fale dźwiękowe o różnych częstotliwościach przez modelowany nos, aby zobaczyć, gdzie rezonują i jak są emitowane z noseleaf.

Sonar emitowany z noska nietoperza: czerwony podświetla możliwe źródła dźwięku.Rolf Mueller

dźwięki o wysokiej częstotliwości, które Müller odkrył, rezonowały w strukturze w środkowej tylnej części nosa zwanej sella i były emitowane z nosa jako wąsko skupiona wiązka. Dźwięki o niskiej częstotliwości rezonowały w zagłębieniu zwanym lancet, w górnej części nozdrza. Bruzdy w Lancecie wytworzyły cztery wtórne źródła dźwięku, dzięki czemu sonar był emitowany w sumie z sześciu źródeł, a nie tylko z dwóch otworów nozdrzy. „To poszerza wiązkę — masz szerszy układ i możesz lepiej rozpryskiwać dźwięk”, mówi Müller. Badanie zostało opublikowane w Physical Review E1.

szeroka wiązka może być przydatna do ogólnej nawigacji, mówi Müller. Ciaśniejszy strzał sonaru byłby lepszy do ścigania zdobyczy lub unikania określonych obiektów, na przykład.

Robo nose

Sonar od dawna był używany jako podstawowe narzędzie nawigacyjne w robotach. Wykonywanie szumu i słuchanie jego odbicia za pomocą mikrofonu może pomóc w określeniu odległości do obiektów i ich lokalizacji.

Sonar jest na ogół wolniejszy w interpretacji i mniej precyzyjny niż komputerowe Czujniki wizyjne lub laserowe. Ale jest to problem, który nietoperze zdołały obejść, mówi Herbert Peremans, robotyk z Uniwersytetu w Antwerpii w Belgii. „Najwyraźniej nie cierpią na ten problem. Latają w dość skomplikowanych środowiskach i mają cele, które próbują przed nimi uciec.”

Peremans włączył już drugą połowę pracy Müllera — modelowanie uszu nietoperzy — do swoich robotów. Zamocował dwa Nylonowe plastikowe uszy, zainspirowane pracą nietoperza, oddalone o kilka centymetrów od siebie na głowie robota. Próbuje pokazać, że dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu może używać tych uszu do precyzyjnego lokalizowania obiektów. Kolejnym krokiem byłoby udoskonalenie źródła sonaru o konstrukcję opartą na modelu Noseleafs Müllera.

Peremans mówi, że istnieje wiele możliwych zastosowań w diagnostyce ultrasonograficznej lub dla robotów mobilnych w nietypowych warunkach. Więc powinno być zapotrzebowanie na katalog uszu i nosa Müllera. Müller mówi, że istnieją tysiące gatunków nietoperzy, które chce przeanalizować jeden po drugim.

zdobycie nietoperzy może być łatwiejsze-dodaje. Niedawno był w restauracji w Kambodży, która serwowała zupę z nietoperzy owocowych; kupił padlinę i wrócił do Chin z uszami. Martwił się o wyjaśnienie swojego ładunku celnikom, ale po tym, jak pokazał im uszy, powiedział mu, żeby nie zawracał im głowy czymś tak błahym.