Peneliti menggunakan desain yang terinspirasi dari kelelawar untuk mengembangkan pendekatan baru ke lokasi suara
Engineering

Peneliti menggunakan desain yang terinspirasi dari kelelawar untuk mengembangkan pendekatan baru ke lokasi suara


Telinga kelelawar sintetis dirancang oleh Rolf Mueller dan timnya. Kredit: Virginia Tech

Terinspirasi oleh cara kerja telinga kelelawar, Rolf Mueller, seorang profesor teknik mesin di Virginia Tech, telah menciptakan teknologi yang terinspirasi oleh bio yang menentukan lokasi asal suara.

Pengembangan Mueller bekerja dari model lokasi suara yang lebih sederhana dan lebih akurat daripada pendekatan sebelumnya, yang secara tradisional dimodelkan setelah telinga manusia. Karyanya menandai wawasan baru pertama untuk menentukan lokasi suara dalam 50 tahun.

Penemuan ini dipublikasikan di Kecerdasan Mesin Alam oleh Mueller dan mantan Ph.D. mahasiswa, penulis utama Xiaoyan Yin.

“Saya telah lama mengagumi kelelawar karena kemampuannya yang luar biasa untuk menavigasi lingkungan alami yang kompleks berdasarkan USG dan menduga bahwa mobilitas telinga hewan yang tidak biasa mungkin ada hubungannya dengan ini,” kata Mueller.

Model baru untuk lokasi suara

Kelelawar menavigasi saat terbang menggunakan ekolokasi, menentukan seberapa dekat suatu objek dengan terus menerus mengeluarkan suara dan mendengarkan gema. Panggilan ultrasonik dipancarkan dari mulut atau hidung kelelawar, memantul dari elemen lingkungannya dan kembali sebagai gema. Mereka juga mendapatkan informasi dari suara sekitar. Membandingkan suara untuk menentukan asalnya disebut efek Doppler.

Efek Doppler bekerja secara berbeda di telinga manusia. Sebuah penemuan tahun 1907 menunjukkan bahwa manusia dapat menemukan lokasi dengan memiliki dua telinga, penerima yang menyampaikan data suara ke otak untuk diproses. Mengoperasikan pada dua atau lebih receiver memungkinkan untuk mengetahui arah suara yang hanya berisi satu frekuensi, dan akan familiar bagi siapa saja yang pernah mendengar suara klakson mobil saat lewat. Klakson adalah satu frekuensi, dan telinga bekerja sama dengan otak untuk membuat peta ke mana mobil akan pergi.

Penemuan tahun 1967 kemudian menunjukkan bahwa ketika jumlah penerima dikurangi menjadi satu, satu telinga manusia dapat menemukan lokasi suara jika frekuensi yang berbeda ditemukan. Dalam kasus mobil yang lewat, ini mungkin klakson mobil yang dipasangkan dengan deru mesin mobil.

Menurut Mueller, cara kerja telinga manusia telah mengilhami pendekatan masa lalu untuk menentukan lokasi suara, yang telah menggunakan penerima tekanan, seperti mikrofon, yang dipasangkan dengan kemampuan untuk mengumpulkan beberapa frekuensi atau menggunakan beberapa penerima. Membangun karir penelitian dengan kelelawar, Mueller tahu bahwa telinga mereka adalah penerima suara yang jauh lebih serbaguna daripada telinga manusia. Ini mendorong timnya untuk mengejar tujuan frekuensi tunggal dan penerima tunggal, bukan beberapa penerima atau frekuensi.

Menciptakan telinga

Saat mereka bekerja dari model satu penerima, satu frekuensi, tim Mueller berusaha meniru kemampuan kelelawar untuk menggerakkan telinga mereka.

Mereka menciptakan telinga sintetis lembut yang terinspirasi oleh tapal kuda dan kelelawar berhidung daun Dunia Lama dan menempelkannya ke tali dan motor sederhana, yang diatur waktunya untuk membuat telinga berdebar pada saat yang sama menerima suara yang masuk. Kelelawar khusus ini memiliki telinga yang memungkinkan transformasi gelombang suara yang kompleks, sehingga desain alam yang siap pakai adalah pilihan yang logis. Transformasi itu dimulai dengan bentuk telinga luar, yang disebut pinna, yang menggunakan gerakan telinga saat menerima suara untuk menciptakan berbagai bentuk penerimaan yang menyalurkan suara ke saluran telinga.

Tantangan terbesar yang dihadapi Yin dan Mueller dengan model receiver tunggal dan frekuensi tunggal mereka adalah menafsirkan sinyal yang masuk. Bagaimana Anda mengubah gelombang suara yang masuk menjadi data yang dapat dibaca dan ditafsirkan?

Tim menempatkan telinga di atas mikrofon, menciptakan mekanisme yang mirip dengan kelelawar. Gerakan cepat pinna yang berkibar menciptakan tanda tangan shift Doppler yang jelas terkait dengan arah sumber, tetapi tidak mudah ditafsirkan karena kompleksitas polanya. Untuk mengatasi hal ini, Yin dan Mueller menggunakan jaringan saraf yang dalam: pendekatan pembelajaran mesin yang meniru banyak pemrosesan lapisan yang ditemukan di otak. Mereka menerapkan jaringan seperti itu di komputer dan melatihnya untuk memberikan arah sumber yang terkait dengan setiap gema yang diterima.

Untuk menguji performa sistem yang terdiri dari telinga dan pembelajaran mesin, mereka memasang telinga pada rig berputar yang juga menyertakan penunjuk laser. Suara kemudian dipancarkan dari pengeras suara yang ditempatkan ke arah yang berbeda relatif terhadap telinga.

Setelah arah suara ditentukan, komputer kontrol akan memutar rig sehingga penunjuk laser mengenai target yang terpasang ke loudspeaker, yang menunjukkan lokasi dalam setengah derajat. Pendengaran manusia biasanya menentukan lokasi dalam 9 derajat dengan bekerja dengan dua telinga, dan teknologi terbaik telah mencapai lokasi dalam 7,5 derajat.

“Kemampuannya benar-benar di luar jangkauan teknologi saat ini, namun semua ini dicapai dengan usaha yang jauh lebih sedikit,” kata Mueller. “Harapan kami adalah membawa otonomi yang andal dan mampu ke lingkungan luar ruangan yang kompleks, termasuk pertanian presisi dan kehutanan; pengawasan lingkungan, seperti pemantauan keanekaragaman hayati; serta aplikasi terkait pertahanan dan keamanan.”


Sistem sonar robotik terinspirasi dari kelelawar


Informasi lebih lanjut:
Integrasi pembelajaran mendalam dan robotika lunak untuk pendekatan biomimetik untuk penginderaan nonlinier, Kecerdasan Mesin Alam (2021). DOI: 10.1038 / s42256-021-00330-1

Disediakan oleh Virginia Tech

Kutipan: Peneliti menggunakan desain yang terinspirasi dari kelelawar untuk mengembangkan pendekatan baru ke lokasi suara (2021, 15 April), diakses 15 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-bat-inspired-approach.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG