从蝙蝠耳到声纳

没人说蝙蝠漂亮。但它最丑陋的特征——装饰奇特的耳朵和错综复杂的皱褶嘴巴——在这种动物追踪猎物的神奇能力中发挥了关键作用。谜团在于它是如何做到这一点的。

现在，通过复杂的计算机建模和机器人技术，罗尔夫·穆勒和赫伯特·佩雷曼斯终于开始对蝙蝠超声波声纳系统的数字近似进行逆向工程。他们的努力是欧盟一项耗资 850 万美元的 CILIA 项目的一部分，可能会带来更先进的声纳技术——甚至可能受到蝙蝠的启发而设计天线。

所有主动声纳系统，包括动物世界中的声纳系统，都涉及发射声脉冲并解释反射的回声。但即使是最好的人造系统也无法与蝙蝠相抗衡，蝙蝠可以在飞行过程中筛选无数噪音以精确定位障碍物或猎物，这是回声定位导航过程的关键部分。

穆勒是中国山东大学的计算物理学家，他收集了可能是世界上最大的蝙蝠器官数据库——近 600 个像斯波克一样的耳朵和皱巴巴的面部结构，称为鼻叶。他的标本来自东南亚各地的洞穴、阁楼，有时甚至来自餐馆厨房。

在实验室中，穆勒将解剖部位放入数字 CT 扫描仪中，该扫描仪可以捕捉到小至 10 微米的细节。他的团队设计了一个计算机模型来模拟声波如何穿过这些结构，并为蝙蝠的天然声纳发射器和天线的工作原理提供线索。到目前为止，科学家们已经了解到，外耳中一种称为耳屏的突起（在人类中，它有助于将耳塞固定到位）似乎可以帮助蝙蝠组织传入的声波杂波。穆勒正在与 NASA 的一位科学家会面，研究这项工作是否可以改进天线设计。

与此同时，比利时安特卫普大学的电气工程师佩雷曼斯正忙于根据穆勒的 3D 扫描结果制作一套人造耳朵和嘴巴。这些将安装在一个真人大小的机器人蝙蝠头上，被称为“机器人”。它携带一个超声波换能器，能够发出像蝙蝠一样的 20 到 200 千赫兹的声波，这将帮助他们开发更好的机器人声纳和导航系统。