Fuerscher Entwéckelt Bio-Inspiréiert Technologie baséiert op Fliedermaus Ouer

De Rolf Mueller, Professer fir mechanesch Ingenieuren um Virginia Tech, huet Inspiratioun vu Fliedermais gezunn fir eng nei bioinspiréiert Technologie ze designen an z'entwéckelen, déi d'Origineplaz vun engem Sound bestëmmen kann. Am Géigesaz zu fréiere Approchen, déi dacks um mënschlechen Ouer baséieren, huet de Mueller d'Ouer vun engem Fliedermaus gekuckt fir den éischten neien Abléck an d'Identifikatioun vun Tounplaz a 50 Joer ze kréien. 

"Ech hu laang Fliedermais bewonnert fir hir onheemlech Fäegkeet fir komplex natierlech Ëmfeld op Basis vun Ultraschall ze navigéieren an hunn de Verdacht datt déi ongewéinlech Mobilitéit vun den Oueren vum Déier eppes domat ze dinn hätt", sot hien. 

De Mueller gouf vum fréiere Ph.D Student a Lead Autor Xiaoyan Yin ugeschloss. D'Resultater goufen publizéiert an Natur Machine Intelligenz.

Fliedermaus vs Mënsch Ouer 

Fliedermais vertrauen op Echolokatioun fir ze navigéieren wann se fléien, an et erlaabt hinnen d'Distanz vun engem Objet ze bestëmmen andeems se Echoen lauschteren wéi et Kläng schéckt. De Mond oder d'Nues vun der Fliedermaus emittéiert Ultraschall-Uruff, déi d'Ëmwelt sprangen an als Echo zréckkommen. Den Doppler Effekt bezeechent, si kënnen och Informatioun aus Ambient Kläng extrahéieren.

Dësen Effekt ass anescht wann et ëm d'Mënschen geet, mat eisen zwee Oueren, déi et eis erlaben Location duerch Toundaten ze fannen déi an d'Gehir fir d'Veraarbechtung goen. Andeems mir zwee Empfänger hunn, kënne mir d'Richtung vun de Kläng entdecken wann se nëmmen eng Frequenz enthalen. 

Am Joer 1967 huet eng Entdeckung bewisen datt en eenzegt mënschlecht Ouer d'Plaz vun de Kläng erkennen kann wann et verschidden Frequenzen gëtt. 

D'mënschlech Ouer war d'Inspiratioun fir verschidde Approche fir Tounplaz an der Vergaangenheet z'entdecken, déi op Drockempfänger wéi Mikrofone vertraut hunn an d'Fäegkeet fir verschidde Frequenzen ze sammelen. 

De Mueller huet gesinn datt et méi Méiglechkeeten mat Fliedermaus Oueren ginn, déi vill méi villsäiteg sinn wéi mënschlech Oueren. Säin Team huet sech virgestallt fir eng eenzeg Frequenz an een eenzegen Empfänger ze benotzen anstatt multiple. 

Entwécklung vun der Technologie

Ee vun den éischte Schrëtt war d'Fliedermaus d'Fäegkeet nei ze kreéieren fir hir Oueren ze beweegen, wat se gemaach hunn andeems se e mëllt synthetescht Ouer erstallt hunn, dat un engem String an engem einfachen Motor verbonnen ass. Dëse System gouf mat dem Ouer gefladdert wann et en erakommende Klang krut. 

D'Fliedermais, déi als Inspiratioun fir déi nei Technologie gedéngt hunn, hunn Oueren mat enger kompletter Transformatioun vun Tounwellen, déi op der Form vum baussenzegen Ouer baséiert. Dësen Deel vum Fliedermaus Ouer benotzt d'Ouerbewegung wéi et Toun kritt fir verschidde Forme fir Empfang ze kreéieren, mam Toun gëtt an den Ouerkanal kanaliséiert. 

Eng vun de gréissten Erausfuerderunge vun der Équipe war liesbar an interpretéierbar Daten aus den erakommende Schallwellen ze extrahieren. Fir dëst z'erreechen, hunn se d'Ouer iwwer e Mikro gesat fir en ähnleche Mechanismus zum Fliedermaus ze kreéieren. 

Wéinst de schnelle Beweegunge vum fladderende baussenzege Ouer goufen Dopplerverschiebungssignaturen erstallt, an dës bezéien sech op d'Richtung vun der Quell vum Toun. Wéi och ëmmer, et war nach ëmmer net einfach ze interpretéieren wéinst komplexe Musteren. 

D'Team huet sech dunn op en déif neuralt Netzwierk gedréint, trainéiert et fir d'Quellrichtung mat all Echo ze kréien. 

De System gouf getest mat dem Ouer op engem rotéierende Rig montéiert, deen e Laserpointer enthält. E Lautsprecher gouf dunn a verschiddene Richtungen par rapport zum Ouer gesat, a Kläng goufen ausgestraalt. 

No der Bestëmmung vun der Richtung vum Toun, huet de Kontrollcomputer de System gedréint, sou datt de Laserpointer en Zil op de Lautsprecher getraff huet, wat dozou gefouert huet datt d'Plaz bannent engem hallwe Grad festgestallt gouf. Dëst ass beandrockend am Verglach mat fréiere Resultater, déi bewisen hunn datt mënschlech Oueren normalerweis d'Plaz bannent 9 Grad bestëmmen, an déi modernst Technologie konnt et nëmme bannent 7.5 Grad feststellen. 

"D'Kapazitéite si komplett iwwer dat wat am Moment an der Erreeche vun der Technologie ass, an awer all dëst gëtt mat vill manner Effort erreecht", sot de Mueller. "Eis Hoffnung ass zouverlässeg a kapabel Autonomie zu komplexen Outdoor-Ëmfeld ze bréngen, dorënner Präzisiounslandwirtschaft a Bëschaarbecht; Ëmweltiwwerwaachung, wéi Biodiversitéit Iwwerwaachung; souwéi Verteidegungs- a Sécherheetsbezunnen Uwendungen.