mensen, en de meeste andere zoogdieren, hebben slechts vier spieren die hun oren met hun hoofd verbinden. Vleermuizen hebben meer dan 20, en ze gebruiken ze om een ​​precieze reeks bewegingen uit te voeren, draait, en trilt.

"In een tiende van een seconde, drie keer zo snel als je met je ogen kunt knipperen, de vleermuizen kunnen de vorm van hun oren veranderen, " zei Rolf Müller, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan Virginia Tech.

Mueller is de hoofdauteur van een nieuwe studie, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , aantonen dat deze snelle, precieze bewegingen liggen ten grondslag aan het vermogen van de vleermuizen om zich een weg door hun wereld te banen.

Echolocatie van vleermuizen is een van de opmerkelijke prestaties van de natuur op het gebied van navigatie.

Deze wendbare, nachtelijke zoogdieren zenden ultrasone pulsen uit via hun mond of neus, afhankelijk van de soort; de golven weerkaatsen op voorwerpen in de omgeving en worden weer opgepikt door de oren van de vleermuizen. De gereflecteerde golven coderen gegevens over de omgeving van de vleermuizen, hen helpen navigeren en jagen in het donker, druk, gevaarlijke omgevingen.

Onderzoekers begrijpen nog niet helemaal hoe dit biosonarsysteem zijn buitengewone nauwkeurigheid bereikt. De vleermuis krijgt slechts twee inkomende signalen, één in elk oor, en moet een driedimensionale kaart construeren die gedetailleerd genoeg is om door dichte bossen te razen en routinematig onwaarschijnlijke zintuiglijke taken uit te voeren - de vleugelslag van een mot onderscheiden van het fladderen van een blad, bijvoorbeeld.

Een stukje van de puzzel is de ingewikkelde structuur van de oren van de vleermuizen, die helpt bij het vormen van binnenkomende pulsen. Voor neusemitterende soorten zoals de hoefijzervleermuizen die Mueller onderzoekt, evenzo sierlijke structuren genaamd noseleaves werken als megafoons om uitgaande signalen te versterken en vorm te geven.

Nutsvoorzieningen, Mueller heeft ontdekt dat bewegingen van de oren en neusbladeren helpen, te, door extra informatie in elke ultrasone puls te stoppen die de vleermuizen ontvangen.

In de afgelopen jaren, zijn groep heeft aangetoond dat deze snelle bewegingen de ultrasone golven die de neus verlaten en de echo's die de oren binnenkomen veranderen.

De nieuwe studie is de eerste die aantoont dat deze veranderingen de informatie-inhoud van de signalen verrijken. Vooral, Mueller en zijn collega's toonden aan dat het vermogen van de oren en neusbladeren om verschillende conformaties aan te nemen het vermogen van vleermuizen om de bron van binnenkomende signalen te lokaliseren vergroot.

Om te testen of de beweging van hoefijzervormige vleermuisoren en -neusbladeren hun biosonarprestaties verbetert, het team genereerde twee modellen voor elke structuur:een computermodel en een 3D-geprinte replica van het neusblad en een computermodel en een vereenvoudigde fysieke replica van het oor.

Elk van de vier modellen is getest in vijf verschillende configuraties, het simuleren van de vormveranderingen tijdens biosonar-emissie en -ontvangst.

De onderzoekers ontdekten dat elk van de vijf configuraties een aanzienlijke hoeveelheid unieke akoestische informatie opleverde. Hoe verder uit elkaar twee configuraties waren, hoe groter het verschil in de signalen, wat suggereert dat deze vormveranderingen een betekenisvolle rol spelen bij het leveren van meer gedetailleerde gegevens.

Om te onderzoeken of deze aanvullende informatie nuttig kan zijn voor echolocatie, de onderzoekers analyseerden of het combineren van gegevens van alle vijf configuraties het vermogen van een sensor om de bron van een geluidsgolf te lokaliseren verbeterde.

Dat deed het:het combineren van vijf verschillende configuraties versus het gemiddelde van vijf signalen van dezelfde configuratie verhoogde het maximale aantal richtingen dat de sensor kon onderscheiden met een factor 100 tot 1000, afhankelijk van het geluidsniveau.

De verbeterde prestaties waren consistent in alle vier de modellen.

"Wat ik verbazingwekkend vond, was dat het effect erg robuust was, zelfs met de vereenvoudigde modellen, "Zei Mueller. "Je hoeft niet alle details van de echte vleermuis te reproduceren om het effect van de beweging te zien."

Dat suggereert dat het versterken van de sensorcapaciteit door gebruik te maken van een dynamische, mobiele zender en ontvanger moeten vertaald kunnen worden naar technische systemen die minder complex zijn dan echte vleermuizen, verbetering van de navigatie van autonome drones en de nauwkeurigheid van apparaten voor spraakherkenning.

Directionele resolutie is waarschijnlijk slechts één functie van de snelle beweging van de oren en neusbladeren, en de vleermuizen hebben meer nodig dan alleen de richting van binnenkomende signalen om door struikgewas te navigeren en in overvolle zwermen te jagen.

Om andere aspecten van biosonarprestaties te onderzoeken, Mueller en zijn team verfijnen en actualiseren hun modellen en nemen nieuwe vleermuissoorten op in hun studies.

"Er is altijd een volgende versie, " hij zei.