Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nghiên cứu mới chứng minh rằng tai của dơi đi kèm với ‘xe cứu thương tích hợp’ tạo ra hiệu ứng vật lý tương tự như âm thanh của xe cứu thương đi ngang qua. Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng nghiên cứu về sự thay đổi Doppler do tai tạo ra trong dơi sinh học của dơi có thể làm phát sinh các nguyên tắc cảm giác mới có thể cho phép các cảm biến nhỏ nhưng mạnh mẽ.
Bất cứ ai đi qua xe cứu thương ở tốc độ cao đều gặp phải hiệu ứng vật lý gọi là dịch chuyển Doppler: Khi xe cứu thương di chuyển về phía người nghe, chuyển động của nó nén sóng âm thanh của còi báo động và tăng cường độ âm thanh. Khi xe cứu thương di chuyển ra khỏi người nghe, sóng âm thanh bị giãn ra và âm vực bị hạ thấp. Một người nghe đeo bịt mắt có thể sử dụng mẫu dịch chuyển Doppler này để theo dõi chuyển động của xe cứu thương.
Trong một bài báo được xuất bản bởi Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia , các tác giả, Rolf Mueller, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Kỹ thuật, và sinh viên tiến sĩ của ông, Xiaoyan Yin, chứng minh rằng đôi tai của dơi đi kèm với một “chiếc được chế tạo trong xe cứu thương “tạo ra hiệu ứng vật lý tương tự. Yin và Mueller nghĩ rằng nghiên cứu về sự thay đổi Doppler do tai tạo ra trong sinh học dơi có thể làm phát sinh các nguyên tắc cảm giác mới có thể cho phép các cảm biến nhỏ nhưng mạnh mẽ. Một ví dụ về loại cảm biến này sẽ dành cho máy bay không người lái có thể hoạt động trong tán lá rậm rạp hoặc phương tiện tự động dưới nước điều hướng gần các cấu trúc dưới nước phức tạp.
“Các động vật di chuyển tai của chúng đủ nhanh để các sóng âm truyền vào tai bị biến đổi do chuyển động của bề mặt tai và chuyển sang tần số cao hơn hoặc thấp hơn”, Mueller nói. “Trên thực tế, các loài dơi được nghiên cứu (dơi móng ngựa và dơi tròn thế giới cũ) có thể di chuyển tai nhanh đến mức có thể tạo ra sự dịch chuyển Doppler khoảng 350 Hz. để có thể phát hiện. “
Sự thay đổi Doppler từ lâu đã được biết là đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống sinh học của loài dơi như loài được nghiên cứu bởi Mueller và Yin. Những con dơi có khả năng tuyệt vời để săn mồi trong thảm thực vật rất dày đặc, nhưng để thực hiện điều này, chúng phải giải quyết vấn đề làm thế nào để phân biệt một con sâu bướm, con mồi ưa thích của chúng, từ hàng trăm lá bao quanh nó.
“Giải pháp mà hai loại dơi này đưa ra là điều chỉnh các dịch chuyển Doppler được tạo ra bởi chuyển động đập cánh của con mồi,” Mueller giải thích. “Những ‘chuyển Doppler tốt’ này đóng vai trò là một tính năng nhận dạng duy nhất khiến con mồi tách rời khỏi các vật gây phân tâm tĩnh, chẳng hạn như lá trong tán lá.”
Các nhà nghiên cứu đã sớm nhận ra rằng chuyển động bay của chính loài dơi cũng tạo ra sự dịch chuyển Doppler gây cản trở nhận thức về sự dịch chuyển Doppler của con mồi. Vào cuối những năm 1960, một giải pháp cho câu hỏi hóc búa này đã được phát hiện khi phát hiện ra rằng dơi móng ngựa làm giảm tần số phát xạ của chúng bằng một lượng được kiểm soát cẩn thận để loại bỏ chính xác bất kỳ “dịch chuyển Doppler xấu” nào gây ra bởi tốc độ bay của dơi.
“Kể từ những khám phá đột phá này, niềm tin chung trong cộng đồng khoa học là vai trò của sự thay đổi Doppler trong hệ thống sinh học của những động vật này đã hoàn toàn được hiểu”, Mueller nói. “Dịch chuyển Doppler do chuyển động của con mồi là ‘dịch chuyển Doppler tốt’ mà toàn bộ hệ thống thính giác của động vật được tối ưu hóa để phát hiện, trong khi đó Doppler dịch chuyển do chuyển động bay của dơi là ‘dịch chuyển Doppler xấu’ mà động vật loại bỏ thông qua kiểm soát phản hồi khí thải của chúng. “
Trong khi Mueller và Yin tìm thấy sự suy đoán trong tài liệu đầu những năm 1960 rằng dơi có thể tạo ra sự thay đổi Doppler bằng chuyển động tai của chính họ, ý tưởng này không bao giờ được tiếp tục với công việc thử nghiệm.
Công trình do Mueller và Yin thực hiện đã cẩn thận đo chuyển động của bề mặt tai bằng cách sử dụng thị giác âm thanh nổi dựa trên máy quay video tốc độ cao và các tác giả có thể dự đoán tốc độ di chuyển của các bề mặt trong các phần khác nhau của tai. Họ cũng ước tính góc giữa các hướng của chuyển động của tai và hướng của dơi có chỉ thị sinh học của nó và thấy rằng tốc độ và hướng chuyển động được căn chỉnh để tối đa hóa các dịch chuyển Doppler được tạo ra.
Để chỉ ra rằng các tín hiệu thay đổi Doppler đi vào ống tai của pinna sinh học và có thể tiếp cận được với dơi, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một bản sao silicon linh hoạt của tai dơi có thể được thực hiện để thực hiện chuyển động nhanh bằng cách kéo vào một chuỗi đính kèm.
Phần cuối cùng trong nghiên cứu là tìm ra những cách sử dụng có thể cho các ca Doppler do tai tạo ra.
“Chúng tôi đã có thể chỉ ra rằng các dịch chuyển Doppler tạo ra các mẫu riêng biệt theo thời gian và tần suất có thể được sử dụng để chỉ ra hướng của mục tiêu”, Mueller nói. “Trong bối cảnh các hệ thống sinh học của loài dơi này, chúng thường tập trung và phát ra phần lớn năng lượng siêu âm của chúng trong một dải tần số hẹp. Tuy nhiên, để nói hướng của mục tiêu, thường rất thuận tiện để xem cách truyền nhiều tần số kết quả bằng tai và ‘màu quang phổ’. Các mẫu dịch chuyển Doppler được tạo ra bởi chuyển động của tai có thể cho các loài dơi này lựa chọn tập trung năng lượng của chúng trong một dải tần số hẹp nhưng cũng có thể cho biết hướng mục tiêu. “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Virginia Tech . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :