Peneliti Mengembangkan Teknologi Bio-Inspired Berdasarkan Telinga Kelelawar

Rolf Mueller, profesor teknik mesin di Virginia Tech, telah mengambil inspirasi dari kelelawar untuk merancang dan mengembangkan teknologi bio-inspired baru yang dapat menentukan lokasi asal suara. Berbeda dengan pendekatan sebelumnya, yang seringkali berdasarkan telinga manusia, Mueller melihat telinga kelelawar untuk memperoleh wawasan baru pertama dalam mengidentifikasi lokasi suara dalam 50 tahun.

“Saya telah lama mengagumi kelelawar karena kemampuan mereka yang luar biasa untuk menavigasi lingkungan alam yang kompleks berdasarkan gelombang ultrasonik dan menduga bahwa mobilitas yang tidak biasa dari telinga hewan tersebut mungkin memiliki hubungan dengan ini,” katanya.

Mueller bergabung dengan mantan mahasiswa Ph.D dan penulis utama Xiaoyan Yin. Temuan ini diterbitkan di Nature Machine Intelligence.

Telinga Kelelawar vs. Telinga Manusia

Kelelawar mengandalkan ekolokasi untuk menavigasi saat terbang, dan ini memungkinkan mereka untuk menentukan jarak objek dengan mendengarkan gema saat mereka mengirim suara. Mulut atau hidung kelelawar mengeluarkan panggilan ultrasonik, yang memantul dari lingkungan dan kembali sebagai gema. Disebut efek Doppler, mereka juga dapat mengekstrak informasi dari suara ambient.

Efek ini berbeda ketika datang ke manusia, dengan dua telinga kita yang memungkinkan kita untuk menemukan lokasi melalui data suara yang dikirim ke otak untuk diproses. Dengan memiliki dua penerima, kita dapat mendeteksi arah suara ketika mereka hanya mengandung satu frekuensi.

Pada tahun 1967, sebuah penemuan menunjukkan bahwa satu telinga manusia dapat mendeteksi lokasi suara jika ada frekuensi yang berbeda.

Telinga manusia telah menjadi inspirasi untuk berbagai pendekatan dalam mendeteksi lokasi suara di masa lalu, yang telah bergantung pada penerima tekanan seperti mikrofon dan kemampuan untuk mengumpulkan beberapa frekuensi.

Mueller melihat bahwa ada kemungkinan yang lebih besar dengan telinga kelelawar, yang jauh lebih serbaguna daripada telinga manusia. Timnya berusaha untuk menggunakan satu frekuensi dan satu penerima sebagai gantinya.

https://www.youtube.com/watch?v=buFM5KkAnEo

Mengembangkan Teknologi

Salah satu langkah pertama adalah merekayasa kembali kemampuan kelelawar untuk memindahkan telinga mereka, yang mereka lakukan dengan menciptakan telinga sintetis yang lembut yang dilampirkan pada tali dan motor sederhana. Sistem ini disinkronkan dengan telinga yang bergetar setiap kali menerima suara masuk.

Kelelawar yang menjadi inspirasi untuk teknologi baru ini memiliki telinga dengan transformasi lengkap gelombang suara, yang didasarkan pada bentuk telinga luar. Bagian telinga kelelawar ini menggunakan gerakan telinga saat menerima suara untuk menciptakan beberapa bentuk untuk penerimaan, dengan suara yang diarahkan ke kanal telinga.

Salah satu tantangan terbesar yang dihadapi tim adalah mengekstrak data yang dapat dibaca dan diinterpretasikan dari gelombang suara masuk. Untuk mencapai ini, mereka meletakkan telinga di atas mikrofon untuk menciptakan mekanisme yang serupa dengan kelelawar.

Karena gerakan cepat dari telinga luar yang bergetar, tanda tangan pergeseran Doppler diciptakan, dan ini terkait dengan arah sumber suara. Namun, ini masih tidak mudah untuk diinterpretasikan karena pola yang kompleks.

Tim kemudian beralih ke jaringan saraf dalam, melatihnya untuk memberikan arah sumber dengan setiap gema yang diterima.

Sistem ini diuji dengan telinga yang dipasang pada rig yang dapat berputar, yang termasuk penunjuk laser. Sebuah pengeras suara kemudian ditempatkan dalam berbagai arah relatif terhadap telinga, dan suara dihasilkan.

Setelah menentukan arah suara, komputer kontrol memutar sistem sehingga penunjuk laser mengenai target pada pengeras suara, yang menghasilkan lokasi yang dipetakan dalam setengah derajat. Ini sangat mengesankan dibandingkan dengan hasil sebelumnya, yang telah menunjukkan bahwa telinga manusia biasanya menentukan lokasi dalam 9 derajat, dan teknologi canggih telah dapat menentukan lokasi dalam 7,5 derajat.

“Kemampuan ini sepenuhnya melampaui apa yang saat ini dalam jangkauan teknologi, dan yet semua ini dicapai dengan upaya yang jauh lebih sedikit,” kata Mueller. “Harapan kami adalah membawa otonomi yang dapat diandalkan dan mampu ke lingkungan luar yang kompleks, termasuk pertanian presisi dan kehutanan; pengawasan lingkungan, seperti pemantauan keanekaragaman hayati; serta aplikasi pertahanan dan keamanan.”