Истражувач развива технологија инспирирана од био врз основа на увото на лилјакот

Ролф Мулер, професор по машинско инженерство во Вирџинија Техника, црпеше инспирација од лилјаци за дизајнирање и развој на нова био-инспирирана технологија која може да ја одреди локацијата на потеклото на звукот. За разлика од претходните пристапи, кои често се засноваат на човечкото уво, Мулер погледнал во увото на лилјак за да го добие првиот нов увид во идентификувањето на локацијата на звукот по 50 години. 

„Долго им се восхитував на лилјаците поради нивната неверојатна способност да се движат во сложени природни средини врз основа на ултразвук и се сомневав дека необичната подвижност на ушите на животното може да има врска со ова“, рече тој. 

На Мулер му се придружи поранешниот докторант и главен автор Ксијаојан Јин. Наодите беа објавени во Машинска интелигенција на природата.

Лилјак наспроти човечко уво 

Лилјаците се потпираат на ехолокација за навигација кога летаат, и тоа им овозможува да го одредат растојанието на објектот со слушање ехо додека тој испраќа звуци. Устата или носот на лилјакот испушта ултразвучни повици, кои отскокнуваат од околината и се враќаат како ехо. Наречен Доплер ефект, тие исто така можат да извлечат информации од амбиенталните звуци.

Овој ефект е различен кога станува збор за луѓето, бидејќи нашите две уши ни овозможуваат да најдеме локација преку звучни податоци што одат во мозокот за обработка. Имајќи два приемници, можеме да ја откриеме насоката на звуците кога тие содржат само една фреквенција. 

Во 1967 година, едно откритие покажа дека едно човечко уво може да ја открие локацијата на звуците ако има различни фреквенции. 

Човечкото уво беше инспирација за различни пристапи за откривање на локацијата на звукот во минатото, кои се потпираа на приемниците на притисок како микрофоните и способноста за собирање повеќе фреквенции. 

Мулер видел дека има поголеми можности со ушите на лилјаците, кои се многу поразновидни од човечките уши. Неговиот тим реши да користи една фреквенција и еден приемник наместо повеќекратен. 

Развивање на технологијата

Еден од првите чекори беше да ја рекреираат способноста на лилјакот да ги движи ушите, што го направија со создавање на меко синтетичко уво прикачено на врвка и едноставен мотор. Овој систем беше темпиран со треперење на увото секогаш кога добиваше дојдовен звук. 

Лилјаците кои служеле како инспирација за новата технологија имаат уши со целосна трансформација на звучните бранови, која се базира на обликот на надворешното уво. Овој дел од увото на лилјакот го користи движењето на увото додека прима звук за да создаде повеќе форми за прием, при што звукот се канализира во ушниот канал. 

Еден од најголемите предизвици со кои се соочи тимот беше да извлече читливи и интерпретабилни податоци од дојдовните звучни бранови. За да го постигнат ова, тие го поставиле увото над микрофон за да создадат сличен механизам како лилјакот. 

Поради брзите движења на треперењето на надворешното уво, се создадоа потписи за доплеро поместување, кои се поврзани со насоката на изворот на звукот. Сепак, сè уште не беше лесно да се толкува поради сложените модели. 

Тимот потоа се сврте кон длабока невронска мрежа, тренирајќи ја да обезбеди насока на изворот со секое примено ехо. 

Системот беше тестиран со монтирање на увото на ротирачка опрема, која вклучуваше ласерски покажувач. Потоа беше поставен звучник во различни насоки во однос на увото и се емитуваа звуци. 

По одредувањето на насоката на звукот, контролниот компјутер го ротира системот, така што ласерскиот покажувач погодил цел на звучникот, што резултирало со точно означување на локацијата за половина степен. Ова е импресивно кога ќе се спореди со претходните резултати, кои покажаа дека човечките уши обично ја одредуваат локацијата на 9 степени, а најсовремената технологија успеала да ја одреди само на 7.5 степени. 

„Способностите се целосно над она што е моментално на дофат на технологијата, а сепак сето тоа се постигнува со многу помалку напор“, рече Мулер. „Нашата надеж е да донесеме сигурна и способна автономија во сложени надворешни средини, вклучително и прецизно земјоделство и шумарство; надзор на животната средина, како што е мониторингот на биолошката разновидност; како и апликации поврзани со одбраната и безбедноста“.