مکان یابی صوتی در دلفین ها و خفاش ها

[Rez@ee]

مکان یابی صوتی (Ecolocatino) تحقیقات روی سونار زیستی را برای اولین بار می توان به دانشمند ایتالیایی لازارو اسپالانزانی نسبت داد که در سال 1773 طی آزمایشی مشاهده کرد که خفاش ها می توانند در اتاق کاملا تاریک به راحتی و بدون برخورد به موانع پرواز کنند و حتی خفاش هایی که کور شده بودند هم به خوبی خفاش های دیگر بدون برخورد به موانع پرواز می کنند. پنج سال بعد دانشمند سوئیسی چارلز جورین دریافت که وقتی گوش های خفاش را با موم (که عایق امواج فرا صوت است) می پوشانند خفاش ها آشفته می شوند و با موانع برخورد می کنند؛ «طوری که انگار با گوش هایشان می بینند!». این آزمایشات قبل از کشف قوانین امواج فرا صوت و حتی طبقه بندی آکوستیک (صوت شناسی) به عنوان یک علم صورت گرفت. بنابراین اسپالانزانی و جورین نتوانستند یک تئوری فرمول بندی شده و دقیق برای سونار زیستی (الگوی مکان یابی صوتی زیستی) ارائه دهند تا این که در سال 1938 رابرت گالامبوس و دونالد گریفین از یک آشکار ساز امواج فراصوت استفاده کردند تا نشان دهند خفاش ها از طریق تولید امواج فراصوت و دریافت بازتاب امواج از محیط پیرامون مکان یابی می کنند و این سرآغاز تحقیقات مدرن رو سونار زیستی بود. امروزه دانشمندان صداشناسی دریافته اند که دلفین ها و خفاش ها یک سیستم سونار زیستی فوق پیشرفته دارند که نه تنها به آنها قدرت می دهد که ببینند، حرکت کنند و غذا بدست بیاورند بلکه حتی می توانند رد پای طعمه را هم دنبال کنند. زمانی به شگفتی این شاهکار خلقت خداوند پی می بریم که مشاهده می شود حتی در محیطهای پر از نویز و پس زمینه ای که مملو از پارازیت های فراصوتی است هم می توانند تمام کارهای خود را به راحتی انجام دهند. گرچه در کل هر دو حیوان از سیستم های مشابهی استفاده میکنند اما مواردی نظیر مکان زندگی جانور نوع غذا اندازه بدن و مهارت های مورد نیاز برای شکار و … باعث بروز تفاوت های جالبی در جزئیات سیستم های سونار زیستی این دو حیوان شده که در ادامه به آنها می پردازیم . دولفین ها و وال ها امواج فرا صوت را در سیستم تنفسی خودشان با راندن هوا در لوله های تنفسی تولید می کنند. هوایی را که از سوراخ بالایی سرشان تنفس می کنند در لوله های تنفسی که کنار لبهای آنها امتداد پیدا کرده با سرعت حرکت می دهند که باعث تولید امواج فراصوت می شوند.
http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/2-300x211.jpg (http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/2.jpg)
اما خفاش ها امواج فرا صوت را توسط حنجره شان تولید می کنند و از طریق دهان به محیط اطراف منتشر می کنند. دولفین ها از طریق بیشتر نقاط سرشان امواج بازتابی را دریافت میکنند که البته شنوایی آن ها در نقاط روی آرواره زیرین بیشتر است ولی خفاش ها از طریق گوش های معمولا بزرگشان امواج بازتابی را دریافت میکنند. http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/4b-300x166.jpg (http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/4b.jpg)اعداد بزرگتر نشان دهنده حساسیت بیشتر نقاط مورد نظر در دریافت امواج فراصوت می باشد و نقط سیاه رنگ حساس ترین نقطه است.

هر دو حیوان فاصله شان از اشیا را از طریق میزان تاخیر موج بازتابی در رسیدن به خودشان اندازه می گیرند و سایز و شکل اشیا را از طریق الگو های تداخلی امواج بازتابی از نقاط مختلف شی مورد نظر تشخیص می دهند. دولفین ها امواجی با طول موج بلند تر و دامنه بیشتر (در نتیجه عمق نفوذ بیشتر ) نسبت به خفاش ها تولید می کنند. به همین دلیل است که دولفین ها چندین متر مانده به مانع آن را تشخیص می دهند و تغییر مسیر می دهند، اما خفاش ها در چند سانتی متری مانع متوجه حضور آن شده و به سرعت تغییر مسیر می دهند. همچنین طول موج بلند تری که دلفین ها تولید می کنند به خاطر بزرگتر بودن موانع و غذای آنها نسبت به خفاش ها است (که معمولا حشره خوار هستند). دوره (پریود) امواجی که دولفین تولید می کند معمولا طولانی مدت است، اما برای خفاشها بسیار متفاوت است خفاش ها به هنگام پرواز آزدانه امواج با پریود بلند تولید می کنند اما به هنگام تعقیب و گریز برای بدست آوردن طعمه و شکار حشره این دوره ها حتی در حد 5/0 میلی ثانیه هم کوتاه می شود تا به این ترتیب رد حشره را گم نکند. اما دلفین ها معمولا چند دقیقه ای را صرف شناسایی کامل محیط اطراف میکنند و بعد به آرامی به دنبال غذا می گردند . خفاش ها زاویه دید بیشتری نسبت به دلفین ها دارند خفاش ها میتوانند امواج را از 30 درجه فضایی تا 120 درجه فضایی تولید و دریافت کنند اما دلفین ها در بهترین حالت خود 40 تا 50 درجه دید دارند اما به دلیل حافظه خوب دولفین ها آنها معمولا با گشت زنی در محل آن را تا حدودی به خاطر میسپارند ولی خفاش ها به دلیل خاصیت تعقیب و گریزی که دارند نیاز دارند که زاویه دید بیشتری داشته باشند. تنها مساله ای که باقی می ماند دقت این دو جانور است، که کدام یک دقیقتر از دیگری عمل می کند. اما مساله این جاست که دقت دو جانور نسبت به هم تابعی از زمان و مکان و اندازه شی مورد نظر است. خفاش ها در زمان اندک اشیا ریز را در نزدیکی خود با دقتی در حدود 70 تا 95 درصد بسته به خصوصیات فیزیکی شی مورد نظر، نظیر سختی و ضخامت و … شناسایی می کنند.
http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/11-300x206.jpg (http://www.physicdan.com/public/wp-content/uploads/2011/08/11.jpg)در شکل بالا ساختار آکوستیکی گوش های خفاش کاملا مشهود است.



دلفین ها در مدت زمان بیشتر اشیا بزرگ را در فواصل نسبتا دور با دقتی در حدود 60 تا 90 درصد بسته به محیط پیرامون شی شناسایی می کنند که هرچه زمان بیشتر باشد دقت بالا تر می رود. دانشمندان با الهام گرفتن از این دو جانور و ترکیب این دو خصوصیت با هم ربات هایی را ساخته اند که میتوانند تنها با استفاده از امواج فراصوت محیط اطراف خود را چه در فواصل دو و چه نزدیک به راحتی شناسایی کنند قابل به ذکر است که ارتش ایالات متحده از نوعی از این ربات ها در عملیات های برق آسا که سربازان نیاز به نقشه دقیقی از محل مورد نظر دارند استفاده می کند. Whitlow W.L. Au
James A.Simmons ارسال شده توسط علی سلطانمحمدی

ترجمه و تدوین از : فیزکدان