研究人员开发基于蝙蝠耳朵的仿生技术

弗吉尼亚理工大学机械工程教授罗尔夫·穆勒 (Rolf Mueller) 从蝙蝠中汲取灵感，设计和开发了一种新的生物启发技术，可以确定声音的起源位置。 与以前通常基于人耳的方法不同，穆勒观察了蝙蝠的耳朵，以获得 50 年来识别声音位置的第一个新见解。 

“我一直很钦佩蝙蝠，因为它们具有基于超声波在复杂的自然环境中导航的不可思议的能力，并怀疑动物耳朵的不寻常的活动能力可能与此有关，”他说。 

前博士生、主要作者殷晓燕也加入了穆勒的行列。 研究结果发表于 自然机器智能.

蝙蝠与人耳 

蝙蝠在飞行时依靠回声定位进行导航，这使它们能够通过聆听物体发出声音时的回声来确定物体的距离。 蝙蝠的嘴或鼻子发出超声波信号，这些信号从环境中反射回来并作为回声返回。 称为多普勒效应，它们还可以从环境声音中提取信息。

对于人类来说，这种效果是不同的，我们的两只耳朵使我们能够通过进入大脑进行处理的声音数据来找到位置。 通过使用两个接收器，当声音仅包含一种频率时，我们可以检测声音的方向。 

1967 年，一项发现表明，如果存在不同频率，单只人耳可以检测到声音的位置。 

过去，人耳一直是各种检测声音位置的方法的灵感来源，这些方法依赖于麦克风等压力接收器以及收集多个频率的能力。 

穆勒发现蝙蝠耳朵有更大的可能性，因为蝙蝠耳朵比人耳用途广泛得多。 他的团队开始使用单一频率和单一接收器而不是多个。 

开发技术

第一步是重建蝙蝠移动耳朵的能力，他们通过制作一个附有绳子和简单电机的柔软合成耳朵来做到这一点。 该系统的定时是每当收到传入声音时耳朵就会颤动。 

作为新技术灵感的蝙蝠的耳朵能够完全转换声波，这是基于外耳的形状。 蝙蝠耳朵的这一部分在接收声音时利用耳朵的运动来形成多种接收形状，将声音引导到耳道中。 

该团队面临的最大挑战之一是从传入的声波中提取可读和可解释的数据。 为了实现这一目标，他们将耳朵放在麦克风上方，以创建与蝙蝠类似的机制。 

由于外耳的快速运动，产生了多普勒频移特征，这些特征与声源的方向有关。 然而，由于模式复杂，解释起来仍然不容易。 

然后，该团队转向深度神经网络，训练它为收到的每个回声提供源方向。 

该系统通过将耳朵安装在旋转装置上进行测试，其中包括激光笔。 然后将扬声器放置在相对于耳朵的不同方向，并发出声音。 

确定声音方向后，控制计算机旋转系统，使激光笔击中扬声器上的目标，从而将位置精确定位在半度以内。 与之前的结果相比，这一结果令人印象深刻，之前的结果表明人耳通常可以在 9 度范围内确定位置，而最先进的技术只能在 7.5 度范围内精确定位。 

穆勒表示：“这些功能完全超出了目前技术所能达到的水平，但所有这一切都是通过更少的努力实现的。” “我们的希望是为复杂的户外环境带来可靠且强大的自主能力，包括精准农业和林业； 环境监测，例如生物多样性监测； 以及国防和安全相关的应用程序。”