الذكاء الاصطناعي
باحث يطور تكنولوجيا مستوحاة من الطبيعة بناءً على أذن الخفاش
روlf مولر، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة فيرجينيا تيك، استوحى من الخفافيش لتصميم وتطوير تكنولوجيا جديدة مستوحاة من الطبيعة يمكنها تحديد موقع المنشأ للصوت. على عكس النهج السابقة، والتي غالباً ما تستند إلى الأذن البشرية، نظر مولر إلى أذن الخفاش للحصول على أول نظرة جديدة لتحديد موقع الصوت في 50 عامًا.
“لقد احترمت الخفافيش منذ فترة طويلة لقدرتهم الغريبة على التنقل في البيئات الطبيعية المعقدة بناءً على الموجات فوق الصوتية واشتبهت في أنmobility غير العادية لأذن الحيوان قد يكون لها علاقة بذلك”، قال.
انضم إلى مولر السابق طالب الدكتوراه وكاتب الرسالة الرئيسي شياويان يين. ونشرت النتائج في Nature Machine Intelligence.
أذن الخفاش مقابل الأذن البشرية
تعتمد الخفافيش على الملاحة بالصدى للتنقل أثناء الطيران، وهي تمكنهم من تحديد مسافة كائن عن طريق الاستماع إلى صدى الصوت الذي يرسله.
تُصدر فم أو أنف الخفاش نداءات فوق صوتية، والتي تنعكس عن البيئة وتعود كصدى. يُطلق عليه تأثير دوبلر، ويمكنهم أيضًا استخراج المعلومات من الأصوات المحيطة.
هذا التأثير مختلف عند البشر، حيث تمكننا أذنان من العثور على الموقع من خلال بيانات الصوت التي تذهب إلى الدماغ للمعالجة. من خلال وجود مستقبلين، يمكننا تحديد اتجاه الأصوات عندما تحتوي على تردد واحد فقط.
في عام 1967، أظهر اكتشاف أن أذنًا بشرية واحدة يمكنها تحديد موقع الأصوات إذا كانت هناك ترددات مختلفة.
كانت الأذن البشرية مصدر إلهام للعديد من النهج للكشف عن موقع الصوت في الماضي، والتي اعتمدت على مستقبلات الضغط مثل الميكروفونات و能力 جمع ترددات متعددة.
رأى مولر أن هناك إمكانيات أكبر مع أذن الخفاش، والتي هي أكثر مرونة من الأذن البشرية. خرج فريق العمل لاستخدام تردد واحد ومستقبل واحد بدلاً من عدة.
https://www.youtube.com/watch?v=buFM5KkAnEo
تطوير التكنولوجيا
كان أحد أولى الخطوات إعادة إنشاء قدرة الخفافيش على تحريك آذانهم، والتي قاموا بذلك من خلال إنشاء أذن اصطناعية لينة متصلة بسلك ومحرك بسيط. تم ضبط هذا النظام مع اهتزاز الأذن كلما تلقى صوتًا قادمًا.
الخفافيش التي خدمت ك nguồn إلهام للتكنولوجيا الجديدة لها آذان مع تحول كامل للموجات الصوتية، والتي تعتمد على شكل الأذن الخارجية. يستخدم هذا الجزء من أذن الخفاش حركة الأذن عند استقبال الصوت لإنشاء أشكال متعددة للاستقبال، مع توجيه الصوت إلى قناة الأذن.
كان أحد أكبر التحديات التي واجهها الفريق استخراج بيانات قابلة للقراءة وذات معنى من موجات الصوت القادمة. لتحقيق ذلك، وضعت الأذن فوق ميكروفون لإنشاء آلية مشابهة لآلية الخفافيش.
بسبب الحركات السريعة للأذن الخارجية المتراقصة، تم إنشاء توقيعات دوبلر، والتي تتعلق باتجاه مصدر الصوت. ومع ذلك، لم يكن من السهل تفسيرها بسبب الأنماط المعقدة.
ثم تحول الفريق إلى شبكة عصبية عميقة، وقام بتدريبها على تقديم اتجاه المصدر مع كل صدى يتم استقباله.
تم اختبار النظام مع تثبيت الأذن على هيكل دوار، الذي يتضمن مؤشر ليزر. تم وضع مكبر صوت في اتجاهات مختلفة بالنسبة للأذن، وأصدرت أصوات.
بعد تحديد اتجاه الصوت، قام حاسوب التحكم بتحويل النظام حتى يصيب مؤشر الليزر هدفًا على مكبر الصوت، مما أدى إلى تحديد الموقع بدقة نصف درجة. هذا أمر مثير للإعجاب عند مقارنته بالنائج السابقة، والتي أظهرت أن آذان البشر عادةً ما تحدد الموقع بدقة 9 درجات، وتكنولوجيا الحالة الحالية لم تتمكن من تحديده بدقة 7.5 درجات.
“القدرات هي完全 ما وراء ما هو متاح حاليًا للتكنولوجيا، ومع ذلك يتم تحقيق كل هذا بجهود أقل”، قال مولر. “أملنا هو جلب الحكم الذاتي الموثوق والقادر إلى البيئات الخارجية المعقدة، بما في ذلك الزراعة الدقيقة والغابات؛ مراقبة البيئة، مثل رصد التنوع البيولوجي؛ بالإضافة إلى التطبيقات المتعلقة بالدفاع والأمن”.
