Bat näsor inspirera robotic sonar

en fladdermus ’noseleaf’ kan avge ekolod på olika sätt beroende på frekvensen.Rolf Mueller

hur exakt skjuter en fladdermus sonarstrålar ur näsan?

Rolf m Ubbler, en beräkningsfysiker vid Shandong University i Jinan, kina, har kammat grottorna i Sydostasien för att ta reda på det. ”Vi tittar på olika arter för att förstå deras fysiska knep”, säger m Ustiller, som modellerar hur fladdermusen fungerar som antenn och hur deras öron fungerar som rätter för att samla ljud. arbetet är inte bara viktigt för biofysiker som vill förstå hur djur utvecklar komplexa system, utan också för robotister som försöker hitta nya sätt att navigera i situationer där ljussensorer inte fungerar så bra, inklusive på natten eller under vattnet.

få biofysiska studier av bat-näsor har gjorts. En forskare böjde tillbaka en fladdermus noseleaf – den komplexa strukturen som omger näsborrarna-för att se vad som skulle hända; en annan forskare smorde de känsliga strukturerna med petroleumgel. Båda procedurerna förstörde fladdermössens navigering.

För att få en bättre bild av vad som händer i en fladdermus näsa, tog m Ubbller röntgenskanningar av ansiktet på en Rufous hästsko bat (Rhinolophus rouxii), sammanställa skanningar för att bygga en tredimensionell datormodell av näshålorna. Han sköt sedan ljudvågor med olika frekvenser genom den modellerade näsan för att se var de resonerade och hur de emitterades från noseleaf.

Sonar avges från en bat noseleaf: röd belyser möjliga ljudkällor.Rolf Mueller

högfrekventa ljud, m Obbller hittades, resonerade i en struktur i mitten av näsan som kallades sella och emitterades från noseleaf som en snävt fokuserad stråle. Lågfrekventa ljud resonerade i ett hålrum som kallas lancet, högst upp på noseleaf. Furor i lancet skapade fyra sekundära ljudkällor, så att sonar emitterades från totalt sex källor, snarare än bara de två näsborrehålen. ”Det breddar strålen-du har ett bredare utbud och du kan plaska ljudet runt bättre”, säger m Acabller. Studien publicerades i Physical Review E1.

den breda strålen kan vara användbar för allmän navigering, säger M. Ett snävare skott av sonar skulle vara bättre för att jaga byte eller undvika specifika föremål, till exempel.

Robo nose

Sonar har länge använts som ett grundläggande navigationsverktyg i robotar. Att göra ett ljud och lyssna på sin reflektion med en mikrofon kan hjälpa till att bestämma avstånd till objekt och deras platser.

Sonar är i allmänhet långsammare att tolka och mindre exakt än datorsyn eller lasersensorer. Men det är ett problem som fladdermöss har lyckats komma runt, säger Herbert Peremans, en robotist vid universitetet i Antwerpen i Belgien. ”De lider helt klart inte av detta problem. De flyger i ganska komplicerade miljöer, och de har mål som försöker fly från dem.”

Peremans har redan införlivat den andra halvan av M Ustillers arbete — modellering av fladdermöss — i sina robotar. Han har fixat två nylonplastöron, inspirerade av fladdermusarbetet, flera centimeter från varandra på en Robots Huvud. Han försöker visa att han med rätt programvara kan använda dessa öron för att lokalisera objekt exakt. Nästa steg skulle vara att förfina ekolodskällan med en design baserad på M Ubblers modell noseleafs.

få fladdermöss från det lokala soppköket.Rolf Mueller

Peremans säger att det finns många möjliga tillämpningar inom ultraljudsdiagnostik eller för mobila robotar under ovanliga förhållanden. Så det borde finnas efterfrågan på M Ustillers katalog över öron och näsor. M ubbller säger att det finns tusentals fladdermusarter som han hoppas kunna analysera en efter en.

att få fladdermössen kan vara den enkla delen, tillägger han. Han var nyligen på en restaurang i Kambodja som serverade fruktbladssoppa; han köpte en slaktkropp och återvände till Kina med öronen. Han var orolig för att förklara sin last till tulltjänstemän, men efter att han visade dem öronen, säger han, sa de till honom att inte störa dem med något så trivialt.