Tyrėjas kuria biologiškai įkvėptą technologiją, pagrįstą šikšnosparnio ausimi

Rolfas Muelleris, Virdžinijos technikos mechanikos inžinerijos profesorius, įkvėpimo sėmėsi iš šikšnosparnių, kad sukurtų ir sukurtų naują biologiškai įkvėptą technologiją, galinčią nustatyti garso kilmės vietą. Skirtingai nuo ankstesnių metodų, kurie dažnai grindžiami žmogaus ausimi, Muelleris pažvelgė į šikšnosparnio ausį, kad gautų pirmą naują įžvalgą, kaip nustatyti garso vietą per 50 metų. 

„Jau seniai žavėjausi šikšnosparniais dėl jų neįtikėtino gebėjimo naršyti sudėtingoje natūralioje aplinkoje, remiantis ultragarsu, ir įtariau, kad neįprastas gyvūno ausų judrumas gali turėti ką nors bendro su tuo“, – sakė jis. 

Prie Muellerio prisijungė buvęs doktorantas ir pagrindinis autorius Xiaoyanas Yin. Išvados buvo paskelbtos m Gamtos mašinų intelektas.

Šikšnosparnis prieš žmogaus ausis 

Skrisdami šikšnosparniai naudojasi echolokacija, kuri leidžia jiems nustatyti atstumą iki objekto klausydamiesi aido, kai jis siunčia garsus. Šikšnosparnio burna ar nosis skleidžia ultragarso skambučius, kurie atsimuša į aplinką ir grįžta kaip aidas. Vadinami Doplerio efektu, jie taip pat gali išgauti informaciją iš aplinkos garsų.

Šis efektas skiriasi, kai kalbama apie žmones, nes mūsų dvi ausys leidžia mums rasti vietą pagal garso duomenis, kurie siunčiami į smegenis apdoroti. Turėdami du imtuvus galime nustatyti garsų kryptį, kai juose yra tik vienas dažnis. 

1967 m. atliktas atradimas parodė, kad viena žmogaus ausis gali aptikti garsų vietą, jei yra skirtingi dažniai. 

Žmogaus ausis buvo įkvėpimas įvairiems garso vietos nustatymo būdams praeityje, kurie rėmėsi slėgio imtuvais, tokiais kaip mikrofonai, ir galimybe rinkti kelis dažnius. 

Muelleris suprato, kad šikšnosparnių ausys suteikia daugiau galimybių, kurios yra daug universalesnės nei žmogaus ausys. Jo komanda nusprendė naudoti vieną dažnį ir vieną imtuvą, o ne kelis. 

Technologijos kūrimas

Vienas iš pirmųjų žingsnių buvo atkurti šikšnosparnio gebėjimą judinti ausis – tai jie padarė sukūrę minkštą sintetinę ausį, pritvirtintą prie virvelės ir paprastą variklį. Ši sistema buvo nustatyta, kai ausis plazdėjo, kai tik gaudavo įeinantį garsą. 

Šikšnosparniai, kurie įkvėpė naują technologiją, turi ausis su visišku garso bangų transformavimu, kuris pagrįstas išorinės ausies forma. Ši šikšnosparnio ausies dalis, priimdama garsą, naudoja ausies judesį, kad sukurtų kelias priėmimo formas, o garsas nukreipiamas į ausies kanalą. 

Vienas iš didžiausių iššūkių, su kuriuo susidūrė komanda, buvo išgauti skaitomus ir interpretuojamus duomenis iš gaunamų garso bangų. Norėdami tai pasiekti, jie padėjo ausį virš mikrofono, kad sukurtų panašų mechanizmą kaip šikšnosparnis. 

Dėl greitų plazdančios išorinės ausies judesių buvo sukurti Doplerio poslinkio parašai, susiję su garso šaltinio kryptimi. Tačiau dėl sudėtingų modelių jį vis tiek nebuvo lengva interpretuoti. 

Tada komanda pasuko gilaus neuroninio tinklo link, mokydama jį pateikti šaltinio kryptį su kiekvienu gautu aidu. 

Sistema buvo išbandyta, kai ausis buvo pritvirtinta prie besisukančio įrenginio, kuriame buvo lazerinis žymeklis. Tada garsiakalbis buvo pastatytas skirtingomis kryptimis ausies atžvilgiu ir buvo skleidžiami garsai. 

Nustačius garso kryptį, valdymo kompiuteris pasuko sistemą taip, kad lazerinis žymeklis pataikė į garsiakalbio taikinį, todėl vieta buvo nustatyta pusės laipsnio atstumu. Tai įspūdinga, lyginant su ankstesniais rezultatais, kurie parodė, kad žmogaus ausys paprastai nustato vietą 9 laipsnių atstumu, o naujausios technologijos sugebėjo ją tiksliai nustatyti tik 7.5 laipsnio atstumu. 

„Pajėgumai visiškai viršija tuos, kuriuos šiuo metu gali pasiekti technologijos, tačiau visa tai pasiekiama su daug mažesnėmis pastangomis“, – sakė Muelleris. „Tikimės užtikrinti patikimą ir galingą autonomiją sudėtingose ​​lauko aplinkose, įskaitant tiksliąją žemės ūkį ir miškininkystę; aplinkos priežiūra, pvz., biologinės įvairovės stebėjimas; taip pat su gynyba ir saugumu susijusios programos“.