Миллионы лет эволюционной тонкой настройки сделали дельфинов феноменально хорошими в использовании эхолокации, чтобы ориентироваться, находить пищу и общаться друг с другом. Но как они это делают на самом деле? Новое исследование Лундского университета в Швеции показывает, что они излучают два переплетающихся компонента ультразвукового луча на разных частотах и с немного разной синхронизацией.
Это новое знание приближает нас на один шаг к разгадке головоломки. Джозефин Старкхаммар, исследователь в области биомедицинской инженерии из Лундского университета, первоначально обнаружил, что ультразвук, который дельфины излучают для эхолокации, состоит не из одного сигнала, а скорее из двух переплетенных компонентов луча, несколько лет назад.
Ее последние расчеты теперь показывают, что два сигнала не излучаются в одно и то же время, хотя они очень близко следуют друг за другом. Точно так же она обнаружила, что частота звука выше в верхней части луча, что создает более легкое эхо в этой области.
«Высокие и низкие частоты полезны для разных целей. Звуки с низкими частотами распространяются дальше под водой, тогда как звуки с высокими частотами могут дать более подробную информацию о форме объекта», - объясняет Джозефин Старкхаммар.
Джозефин Старкхаммар предполагает, что у дельфина может быть несколько преимуществ: сигнальные компоненты, немного разделенные во времени, могут позволить животному быстро оценить скорость приближения или бегства добычи, поскольку изменения частоты обеспечивают более точную информацию о положении. объекта. Однако исследователи пока не знают, так ли это на самом деле.
Джозефин Старкхаммар работала с Марией Сандстен и Изабеллой Рейнхольд, профессором и докторантом соответственно, в области математической статистики. Вместе они разработали математический алгоритм, который использовался для успешного распутывания и считывания перекрывающихся сигналов.
"Это работает почти как волшебная формула! Внезапно мы можем увидеть то, что оставалось скрытым традиционными методами", - говорит Джозефин Старкхаммар.
Алгоритм не только улучшает наше понимание общения дельфинов, он также может проложить путь к более четкому качеству изображения на ультразвуковых технологиях, созданных людьми, таких как медицинский ультразвук. Потенциально его можно использовать для измерения толщины мембран органов в более глубоких слоях тела, для чего современные методы недостаточны.
Другой возможной областью усовершенствования являются гидролокаторы и эхолоты, т.е. оборудование, используемое для ориентирования в море для определения подводной обстановки и отслеживания косяков рыбы.
"Здесь мы могли бы скопировать принцип использования звуковых лучей, частотный состав которых меняется в поперечном сечении. В качестве первого шага мы перестроим наше собственное оборудование, основанное на принципе эхо-импульса", - говорит Джозефин. Стархаммар.
Вместе с исследователями в области инженерной геологии Джозефин Старкхаммар также планирует опробовать эту технологию в качестве замены разрушительным испытаниям дорог, например, путем быстрого получения изображения того, как новая дорога выглядит под поверхностью без необходимо сверлить образцы.
Даже самим дельфинам помогает то, что люди лучше понимают их возможности эхолокации.
С большим пониманием мы можем защитить их от деятельности человека, которая может повредить, нарушить или вывести из строя эту способность, такой как шум от судов, забивка свай в воде, подводные взрывные работы, мощные лодочные гидролокаторы и поиск нефти под морского дна с помощью акустических методов», - говорит Джозефин Старкхаммар.
Исследователи еще не знают, как дельфин на самом деле посылает два почти одновременных компонента луча.
"На самом деле довольно странно, что дельфин испускает два разных компонента луча, так как они исходят из одного и того же органа. Нам бы очень хотелось узнать, как происходит это конкретное событие", - заключает она.
ИСТОРИЯ: Уникальная измерительная система для ультразвуковых лучей
Для сбора данных Джозефин Старкхаммар построил измерительный прибор с 47 гидрофонами (микрофонами для подводного использования), которые улавливают звуки в воде на разных частотах по всей поверхности, например, по всему поперечному сечению дельфина. лучи сонара. Звуки дельфинов были записаны в парке дикой природы Кольморден в Швеции и в парках дикой природы на Багамах, Гондурасе и Калифорнии.