Araştırmacı Yarasaların Kulaklarından Esinlenen Biyo-İlhamlı Teknoloji Geliştirdi

Virginia Tech’te mekanik mühendisliği profesörü Rolf Mueller, sesin kaynak konumunu belirleyebilen yeni bir biyo-ilhamlı teknoloji tasarlamak ve geliştirmek için yarasalardan ilham aldı. Daha önceki yaklaşımların aksine, Mueller, insan kulağı yerine bir yarasasının kulağına baktı ve 50 yıldan fazla bir süredir ses konumunu belirlemede ilk yeni bilgiyi elde etti.

“Yarasaların karmaşık doğal ortamlarda ultrason kullanarak nasıl navigasyon yaptıklarına her zaman hayran kaldım ve hayvanın kulaklarının alışılmadık hareketinin bununla ilgili olabileceğini düşündüm” dedi.

Mueller, eski doktora öğrencisi ve baş yazar Xiaoyan Yin ile birlikte çalıştı. Bulgular Nature Machine Intelligence‘de yayımlandı.

Yarasa Kulakları vs. İnsan Kulakları

Yarasalar, uçarken navigasyon için ekolokasyona güvenir ve sesleri dinleyerek nesnelerin mesafesini belirleyebilir. Yarasanın ağzı veya burnundan ultrasonik çağrılar发出 edilir, bunlar çevre tarafından yansıtılarak geri döner. Doppler etkisi olarak adlandırılan bu etki, ambient seslerden de bilgi çıkarabilir.

Bu etki, iki kulağımızla seslerin yönünü belirleyebildiğimiz insanlarda farklıdır. Beyine gönderilen ses verileri ile tek bir frekans içeren seslerin yönünü belirleyebiliriz.

1967’de, bir keşif, farklı frekanslar varsa, tek bir insan kulağının seslerin konumunu belirleyebileceğini gösterdi.

İnsan kulağı, geçmişte ses konumunu belirleme için çeşitli yaklaşımların ilham kaynağı olmuştur. Bu yaklaşımlar, mikrofonlar gibi basınç alıcıları ve birden fazla frekans toplama yeteneğine dayanıyordu.

Mueller, yarasa kulaklarının insan kulaklarından çok daha esnek olduğunu gördü. Ekibi, birden fazla yerine tek bir frekans ve alıcı kullanmaya çalıştı.

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

Teknolojinin Geliştirilmesi

İlk adımlardan biri, yarasaların kulaklarını hareket ettirme yeteneğini yeniden yaratmaktı. Bunu, bir ip ve basit bir motorla bağlı bir yumuşak sentetik kulak oluşturarak yaptılar. Bu sistem, kulak her gelen sesi aldığında kanat çırpar şekilde zamanlandı.

İlham alınan yarasaların kulakları, dış kulak şekline dayalı olarak ses dalgalarının tam bir dönüşümüne sahiptir. Bu kulak bölümü, sesi alırken kulak hareketini kullanarak alımı için birden fazla şekil oluşturur ve ses kulak kanalına yönlendirilir.

Ekibin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, gelen ses dalgalarından okunabilir ve yorumlanabilir veri çıkarmaktı. Bunu başarmak için, mikrofonun üzerine bir kulak yerleştirerek yarasaya benzer bir mekanizma oluşturdular.

Dış kulakların hızlı hareketleri nedeniyle, Doppler kayma imzaları oluştu ve bunlar ses kaynağının yönü ile ilgiliydi. Ancak, karmaşık desenler nedeniyle hala yorumlamak kolay değildi.

Ekibin sonraki adımı, her yankı aldığında ses kaynağının yönünü vermeyi öğrenecek bir derin sinir ağı oluşturmaktı.

Sistem, kulaktan oluşan bir döner şasi üzerine monte edildi ve bir lazer işaretçi dahil edildi. Bir hoparlör, kulaktan farklı yönlerde yerleştirildi ve sesler yayınlandı.

Ses yönünü belirledikten sonra, kontrol bilgisayarı sistemi döndürdü ve lazer işaretçi hoparlörün üzerindeki bir hedefi vurdu, bu da konumun yarım derece içinde belirlenmesini sağladı. Bu, insan kulaklarının genellikle 9 derece içinde konum belirleyebildiği ve mevcut teknolojinin yalnızca 7,5 derece içinde konum belirleyebildiği önceki sonuçlarla karşılaştırıldığında etkileyici.

“Kapasiteler, şu anda teknolojinin erişebileceği şeylerin tamamen ötesinde ve tüm bunlar çok daha az çaba ile elde ediliyor” dedi Mueller. “Umarız, karmaşık dış ortamlara, precisyon tarım ve ormancılık, çevre gözetimi, biyolojik çeşitlilik izleme ve savunma ve güvenlik ile ilgili uygulamalar da dahil olmak üzere güvenilir ve yetkin otonomi getirebiliriz.”