_ Sonarul naturii: oameni de știință dezvăluie modul în care liliecii japonezi potcoavă percep obiectele în mișcare

Spre deosebire de majoritatea animalelor care se bazează pe simțurile vizuale, liliecii navighează și localizează prada sau obstacolele prin ecolocație. Emițând sunete și comparându-le cu ecourile reflectate, liliecii pot „vizualiza” mișcarea în mediu. Când undele sonore întâlnesc un obiect în mișcare, ele pot suferi modificări, cum ar fi o schimbare Doppler a frecvenței sau pot experimenta o întârziere, pe care liliacul o poate simți. Cu toate acestea, nu este clar pe ce caracteristici acustice se bazează liliecii pentru a detecta obiectele în mișcare.

Liliecii de potcoavă japonezi (Rhinolophus ferrumequinum nippon) emit impulsuri de ultrasunete care sunt caracterizate de o componentă de frecvență constantă (CF) urmată de o componentă de frecvență- componentă modulată (FM). Acești lilieci folosesc o combinație de întârzieri ale ecoului și deplasări Doppler pentru a percepe mediul.

Într-un studiu publicat în iScience, profesorul Shizuko Hiryu și echipa ei, inclusiv domnul Soshi Yoshida, doctor în primul an. . student, de la Universitatea Doshisha, și Dr. Kazuma Hase de la Universitatea din Toyama, Japonia, au dezvăluit caracteristicile acustice pe care liliecii japonezi potcoave le simt atunci când percep obiecte în mișcare.

Explicând motivația din spatele acestui studiu, explică domnul Yoshida. , „Investigarea strategiilor sonar ale liliecilor, care utilizează senzorul acustic, poate oferi perspective asupra percepției sunetului și poate avea aplicații potențiale pentru tehnologia de detectare cu ultrasunete.”

Ecurile de la orice obiect care se apropie se disting prin prezența Schimbarea Doppler și modificări ale întârzierii ecoului. Liliecii cu ecolocație CF–FM sunt sensibili la ambele, așa că autorii au emis ipoteza că folosesc ambele sau fie informațiile „schimbarea întârzierii” și „schimbarea Doppler”.

Pentru a-și testa ipoteza, cercetătorii au creat unde sonore artificiale cu adaos. întârzierile ecoului și schimbările Doppler pentru a semăna cu semnalele acustice pe care liliecii le întâlnesc atunci când un obiect este în mișcare. Apoi le-au redat aceste sunete simulate liliecilor și le-au observat răspunsul. Pentru a simula obiectul virtual care se apropie, cercetătorii au înregistrat sunetele emise de liliecii cocoțați folosind un microfon plasat la 1 metru distanță.

După procesarea semnalului în timp real, care a inclus o întârziere de aproximativ 1 ms, aceste sunete au fost redate. înapoi la liliecii cocoțați printr-un difuzor poziționat lângă microfon. Inițial, liliecii au fost expuși undelor sonore reprezentând un obiect virtual staționar. Apoi, cercetătorii au modificat întârzierea ecoului pentru a imita un obiect aflat la 1,7–1,2 m distanță, care se deplasează mai aproape de lilieci.

În plus, au ajustat schimbările de frecvență în ecourile fantomă prin heterodinizare pentru a încorpora efectele deplasărilor Doppler.

Când au fost manipulate atât schimbările Doppler, cât și întârzierile ecoului, echipa a descoperit că liliecii au prezentat modificări de vocalizare și un comportament evaziv similar cu când un obiect real a fost mutat spre ei. Mai exact, a existat o scădere a duratei componentei CF și o creștere a lățimii de bandă FM.

Când au fost manipulate doar întârzierile ecoului, niciunul dintre lilieci nu a prezentat modificări clare în sunetele emise sau comportamentul de evadare. Cu toate acestea, atunci când schimbările Doppler pozitive au fost introduse singure, șapte din nouă lilieci au afișat un comportament de decolare, iar pulsurile lor de ecolocație s-au schimbat în mod similar cu când un obiect real s-a apropiat de ei. Acest lucru a indicat că liliecii se bazează în primul rând pe schimbările Doppler, mai degrabă decât pe modificările întârzierii ecoului, pentru a detecta obiectele în mișcare în timp ce sunt cocoțați.

„Numai deplasările Doppler, nu schimbările temporale ale întârzierii ecoului, au acționat ca un indiciu. Viteza este direct percepute, nu schimbări temporale în poziție ca în viziune. Profitând de detecția acustică, liliecii au permis evitarea instantanee a amenințărilor", explică prof. Hiryu.

Descoperirile lor nu numai că ne aprofundează înțelegerea detectării acustice în lumea naturală, dar au și potențialul de a avansa în dezvoltarea senzorilor pentru roboți. De exemplu, într-un mediu aglomerat, recunoașterea obiectelor în mișcare folosind o întârziere a ecoului poate fi dificilă din cauza suprapunerii undelor sonore de la țintă și a obiectelor irelevante. În astfel de cazuri, senzorii bazați pe deplasări Doppler ar putea fi mai eficienți.

Dl. Yoshida concluzionează spunând: „Înțelegerea detecției cu ultrasunete obținută de la lilieci ar putea duce la dezvoltarea senzorilor ultrasonici. De exemplu, ar fi grozav dacă pe baza acestei cercetări este dezvoltat un senzor robust de detectare a mișcării.”

(Fluierul)