Cualquier persona que haya sido pasada por una ambulancia a alta velocidad ha experimentado un efecto físico llamado cambio Doppler: a medida que la ambulancia se mueve hacia el oyente, su movimiento comprime las ondas sonoras de la sirena y eleva el tono del sonido. A medida que la ambulancia se aleja deel oyente, las ondas de sonido se dilatan y se baja el tono. Un oyente con los ojos vendados podría usar este patrón de cambio Doppler para seguir el movimiento de la ambulancia.
En un artículo publicado por el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los autores, Rolf Mueller, profesor de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería, y su estudiante de doctorado, Xiaoyan Yin, demuestran que las orejas de los murciélagos vienen con una "ambulancia incorporada" que crea el mismo efecto físico. Yiny Mueller piensan que el estudio de los cambios Doppler generados por el oído en el murciélago biosonar podría dar lugar a nuevos principios sensoriales que podrían permitir sensores pequeños pero potentes. Un ejemplo de este tipo de sensor sería para drones que pueden operar en un follaje denso o bajo el agua autónoma.vehículos que navegan cerca de estructuras submarinas complejas.
"Los animales mueven sus orejas lo suficientemente rápido como para que las ondas de sonido que inciden en las orejas se transformen por el movimiento de las superficies de las orejas y se desplacen a frecuencias más altas o más bajas", dijo Mueller. "De hecho, las especies de murciélagos estudiadas herraduralos murciélagos y los murciélagos de hoja redonda del Viejo Mundo pueden mover sus orejas tan rápido que se pueden crear cambios Doppler de alrededor de 350 Hz. Esto es aproximadamente siete veces más grande que el cambio Doppler más pequeño que los animales han podido detectar "
Se sabe que los cambios Doppler desempeñan un papel importante en el sistema biosonar de murciélagos, como las especies estudiadas por Mueller y Yin. Los murciélagos tienen la envidiable capacidad de cazar en una vegetación muy densa, pero para lograr esto, tienen queresuelva el problema de cómo distinguir una polilla, su presa preferida, de cientos de hojas que la rodean.
"La solución con la que han surgido estos dos tipos de murciélagos ha sido sintonizar los cambios Doppler producidos por el movimiento del ala de su presa", explicó Mueller. "Estos 'buenos cambios Doppler' sirven como un únicocaracterística de identificación que distingue a la presa de los distractores estáticos, como las hojas en el follaje ".
Los investigadores se dieron cuenta al principio de que el propio movimiento de vuelo de los murciélagos también produce cambios Doppler que interferirían con la percepción de los cambios Doppler inducidos por la presa. A fines de la década de 1960 se descubrió una solución a este enigma cuando se descubrió que los murciélagos herraduradisminuir su frecuencia de emisión en una cantidad que se controla cuidadosamente para eliminar exactamente cualquiera de los "malos cambios Doppler" causados por la velocidad de vuelo de los murciélagos.
"Desde estos descubrimientos innovadores, la creencia general en la comunidad científica ha sido que el papel de los cambios Doppler en los sistemas biosonar de estos animales se ha entendido completamente", dijo Mueller. "Los cambios Doppler debido a movimientos de presa son 'buenos Dopplercambios 'que todo el sistema auditivo de los animales está optimizado para detectar, mientras que los cambios Doppler debido al propio movimiento de vuelo de los murciélagos son' malos cambios Doppler 'que los animales eliminan mediante el control de retroalimentación de su emisión ".
Si bien Mueller y Yin encontraron especulaciones en la literatura de principios de la década de 1960 de que los murciélagos pueden estar produciendo cambios Doppler con sus propios movimientos del oído, la idea nunca fue seguida con un trabajo experimental.
El trabajo realizado por Mueller e Yin ha medido cuidadosamente el movimiento de las superficies de los oídos utilizando visión estereoscópica basada en cámaras de video de alta velocidad, y los autores pudieron predecir qué tan rápido se mueven las superficies en diferentes partes del oído. Tambiéncalculó el ángulo entre las direcciones de los movimientos del oído y la dirección en la que apunta el biosonar y descubrió que las velocidades y las direcciones del movimiento estaban alineadas para maximizar los cambios Doppler producidos.
Para mostrar que las señales desplazadas por Doppler ingresaron al canal auditivo del pinna biomimético y serían accesibles para los murciélagos, los investigadores construyeron una réplica flexible de silicona de una oreja de murciélago que podría hacerse para ejecutar movimientos rápidos tirando de una cuerda atada.
La pieza final en la investigación ha sido encontrar posibles usos para los cambios Doppler generados por el oído.
"Pudimos demostrar que los cambios Doppler producen patrones distintos a lo largo del tiempo y la frecuencia que pueden usarse para indicar la dirección de un objetivo", dijo Mueller. "En el contexto de los sistemas biosonar de estas especies de murciélagos, generalmente se concentrany emiten la mayor parte de su energía ultrasónica en una banda de frecuencia estrecha. Sin embargo, para indicar la dirección de un objetivo, generalmente es conveniente observar cómo el oído transmite múltiples frecuencias y el "color espectral" que resulta.los patrones producidos por los movimientos del oído podrían dar a estas especies de murciélagos la opción de concentrar su energía en una banda de frecuencia estrecha, pero también ser capaces de indicar la dirección del objetivo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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