Los humanos, y la mayoría de los otros mamíferos, tienen solo cuatro músculos que unen las orejas con la cabeza. Los murciélagos tienen más de 20, y los usan para ejecutar una serie precisa de meneos, giros y contracciones.
"En una décima de segundo, tres veces más rápido que parpadear, los murciélagos pueden cambiar la forma de sus orejas", dijo Rolf Mueller, profesor asociado de ingeniería mecánica en Virginia Tech.
Mueller es el autor principal de un nuevo estudio, publicado en Cartas de revisión física , lo que demuestra que estos movimientos rápidos y precisos subyacen a la capacidad de los murciélagos para abrirse camino a través de su mundo.
La ecolocalización de los murciélagos es uno de los logros notables de la naturaleza en la navegación.
Estos ágiles y nocturnos mamíferos emiten pulsos ultrasónicos desde la boca o la nariz, dependiendo de la especie; las ondas rebotan en los objetos del ambiente y son recogidas nuevamente por las orejas de los murciélagos. Las ondas reflejadas codifican datos sobre el entorno de los murciélagos., ayudándoles a navegar y cazar en entornos oscuros, abarrotados y peligrosos.
Los investigadores aún no entienden completamente cómo este sistema biosonar logra su precisión extraordinaria. El murciélago recibe solo dos señales entrantes, una en cada oído, y debe construir un mapa tridimensional lo suficientemente detallado como para permitirles atravesar bosques densos yrealiza rutinariamente tareas sensoriales improbables, por ejemplo, distinguir el latido de una polilla del aleteo de una hoja.
Una pieza del rompecabezas es la intrincada estructura de las orejas de los murciélagos, que ayuda a dar forma a los pulsos entrantes. Para las especies que emiten la nariz, como los murciélagos de herradura, estudia Mueller, las estructuras adornadas de manera similar llamadas hojas nasales actúan como megáfonos para amplificar y dar forma a las señales salientes.
Ahora, Mueller ha descubierto que los movimientos de las orejas y las hojas nasales también ayudan, al incluir información adicional en cada pulso ultrasónico que reciben los murciélagos.
En los últimos años, su grupo ha demostrado que estos movimientos rápidos alteran las ondas de ultrasonido que salen de la nariz y los ecos entran en los oídos.
El nuevo estudio es el primero en demostrar que estos cambios enriquecen el contenido de información de las señales. En particular, Mueller y sus colegas demostraron que la capacidad de las orejas y las hojas nasales para adoptar diferentes conformaciones aumenta la capacidad de los murciélagos para localizar la fuente deseñales entrantes
Para probar si el movimiento de las orejas de murciélago de herradura y las hojas nasales mejora su rendimiento biosonar, el equipo generó dos modelos para cada estructura: un modelo computacional y una réplica impresa en 3D de la hoja nasal y un modelo computacional y una réplica física simplificada de la oreja.
Cada uno de los cuatro modelos se probó en cinco configuraciones diferentes, simulando los cambios de forma durante la emisión y recepción de biosonar.
Los investigadores encontraron que cada una de las cinco configuraciones proporcionaba una cantidad sustancial de información acústica única. Cuanto más separadas estaban las dos configuraciones, mayor era la diferencia en las señales, lo que sugiere que estos cambios de forma juegan un papel significativo en el suministro de datos más detallados.
Para investigar si esta información adicional podría ser útil para la ecolocalización, los investigadores analizaron si la combinación de datos de las cinco configuraciones mejoró la capacidad de un sensor para localizar la fuente de una onda de sonido.
Lo hizo: combinar cinco configuraciones diferentes versus promediar cinco señales de la misma configuración aumentó el número máximo de direcciones que el sensor podría distinguir por un factor de 100 a 1000, dependiendo del nivel de ruido.
El rendimiento mejorado fue consistente en los cuatro modelos.
"Lo que encontré sorprendente fue que el efecto era muy robusto, incluso con los modelos simplificados", dijo Mueller. "No es necesario reproducir todos los detalles del bate real para ver el efecto del movimiento".
Eso sugiere que reforzar la capacidad del sensor mediante el uso de un emisor y receptor dinámico y móvil debería ser traducible a sistemas de ingeniería menos complejos que los murciélagos reales, mejorando la navegación de drones autónomos y la precisión de los dispositivos para el reconocimiento de voz.
La resolución direccional es probablemente solo una función del movimiento rápido de las orejas y las hojas nasales, y los murciélagos necesitan más que solo la dirección de las señales entrantes para navegar a través de matorrales y cazar en enjambres abarrotados.
Para investigar otros aspectos del rendimiento de biosonar, Mueller y su equipo están refinando y actualizando sus modelos e incorporando nuevas especies de murciélagos en sus estudios.
"Siempre hay una próxima versión", dijo.
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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