소나 시스템으로 박쥐의 반향정위 기술을 본다 Sonar System “Sees” Bat Echolocation in Action The tech could help develop more bat-inspired devices in the future
박쥐의 반향정위 기술(날개 와 어둠 속에서 먹이를 정확히 찾아내는 기술)은 오랫동안 과학자 와 엔지니어 에게 영감 의 원천이 되어 왔으며, 시각 장애인을 위한 새로운 의료 기기 와 정교한 레이더 시스템을 포함한 발전으로 이어졌습니다 . 이제 연구자들은 고속 카메라 와 결합하면 박쥐의 반향정위를 실제로 "보는" 것이 더 쉬워지는 3D 소나 시스템을 만들었습니다 . 반향정위와 포식자-먹이 상호작용에 대한 더 가치 있는 통찰력을 보여줄 수 있는 이 새로운 기술은 1월 8일 IEEE Sensors Letters 에 게재된 연구 에 설명되어 있습니다. 또한 미래 에 박쥐에서 영감을 받은 기술을 더욱 발전시킬 수 있는 길을 열 수 있습니다 .
나방과 박쥐는 수 세대에 걸쳐 진화적 군비 경쟁 에 갇혀 있었습니다 . 박쥐가 더욱 정교한 반향정위 전술을 진화시키면서, 나방은 자체 방어 무기고를 진화시켜 대응했습니다. 예를 들어, 일부 나방은 소리를 흡수 하는 독특한 얇은 비늘 층을 진화시켰고 , 다른 나방은 생물학적 라디오 방해기 처럼 박쥐의 반향정위 신호를 방해하기 위해 자체 초음파 를 방출하는 방법을 배웠습니다 .
현장에서 이러한 전투 전술을 관찰하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 그 이유는 박쥐와 나방이 모두 어두운 환경에서 빠르고 민첩하게 움직이기 때문이다.
Jan Steckel은 벨기에 앤트워프 대학교 의 Cosys-Lab에서 준임 연구 교수로 재직 중입니다 . 2000년대 초 박사 과정에서 그는 정지한 곤충과 날갯짓하는 곤충을 모두 포함하는 곤충 에코 생성의 다양한 측면에 대한 측정을 수행했습니다. 수년에 걸쳐 동료들이 Steckel에게 접근하여 현장에서 박쥐-곤충 상호 작용을 연구하는 데 사용할 수 있는 더 나은 기술을 요청했습니다 .
박쥐의 반향정위를 연구하기 위한 빛 과 소리의 페어링
이를 계기로 슈테켈과 그의 동료들은 플러터 실시간 이미징 소나(FL-RTIS)라는 새로운 센서 시스템을 개발하게 되었는데 , 이는 고속 카메라 와 3D 소나 센서를 통합하여 곤충이 특정 구역을 소리로 채우는 능력(소음 작용이라 불리는 과정)을 조사하는 것입니다.
Steckel은 "FL-RTIS는 3D와 고속으로 동시에 날아다니는 곤충의 에코 역학을 측정할 수 있는 최초의 센서 " 라고 말하며 다른 시스템은 전체 3D 사운드 스캔을 완료하는 데 몇 분이 걸리거나 단일 방향 사운드를 빠르게 녹음 하지만 아직 3D 사운드를 빠르게 포착하지 못했다고 언급했습니다.
특히, 이 시스템은 100 헤르츠 의 속도로 날아다니는 곤충의 에코를 포착할 수 있습니다. 100 헤르츠 는 박쥐가 가까운 거리에서 먹이를 찾을 때 자주 사용하는 펄스 반복 주파수입니다(이 기술을 " 말단 윙윙거림 단계 "라고 함).
FL-RTIS는 마이크 배열 , 광대역 초음파 스피커 , 처리를 위한 내장형 GPU를 사용하는 완전 내장형 센서 시스템입니다 .
이 시스템은 최소 분산 왜곡 없는 응답 빔포밍 이라는 사운드 데이터를 처리하는 접근 방식을 사용하는데 , 이는 다른 소스의 간섭 과 노이즈를 억제하는 동시에 타겟 탐지 및 추적을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술은 대형 마이크 어레이가 필요 없이 음향 이미지의 더 나은 공간적 해상도를 가능하게 합니다 .
한편, 마이크 어레이에서 기록한 무작위 전기 신호 와 깜박이는 LED 조명은 고속 카메라와 3D 사운드 녹음 장치를 마이크로초 정밀도로 동기화하는 데 도움이 됩니다. 이러한 높은 수준 의 동기성은 음향 및 시각 데이터 스트림 간에 시간적 일관성을 제공합니다.
연구자들은 실험실에서 회전하는 팬을 기록하고 에코 신호를 이미지에 중첩하여 새로운 시스템을 먼저 테스트한 다음, 실험실에서 루나나방 으로 비슷한 테스트를 수행했습니다. 그들은 또한 새로운 FL-RTIS 시스템을 현장으로 가져가 에콰도르 와 모잠비크 의 열대 우림 에서 약 200개의 곤충 표본을 여러 번 측정했습니다 .
이러한 초기 현장 실험은 FL-RTIS가 움직이는 곤충의 소리와 시각 데이터를 포착할 수 있음을 보여주었지만, 이 도구는 현재 생물학자들이 에콰도르에서 박쥐와 나방의 포식자-먹이 상호작용을 밝히는 데 사용되고 있습니다. 이 데이터는 현재 분석 중이지만 가까운 미래에 제공될 것이라고 Steckel은 말합니다.
한편, Steckel은 FL-RTIS와 같은 독특한 기술을 계속 개발하는 데 관심이 있습니다. 그는 이 기술이 " 감지 커뮤니티에서 너무 오랫동안 무시되어 온 틈새 기술"이라고 지적합니다.
Sonar System “Sees” Bat Echolocation in Action The tech could help develop more bat-inspired devices in the future
https://spectrum.ieee.org/bat-echolocation
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