蝙蝠生物声纳使用多普勒变速来追踪猎物

任何被急救车高速路过的人都经历了一种称为多普勒频移的物理效应：当急救车向听众移动时，它的运动会压缩警笛声波并提高音高。当救护车远离听众时，声波会散开，音调会降低。戴着眼罩的听众可以使用这种多普勒频移模式来跟踪救护车的运动。

在《美国国家科学院院刊》上发表的论文中，作者，工程学院机械工程学教授罗尔夫·穆勒(Rolf Mueller)和他的博士研究生尹小燕证明，蝙蝠的耳朵带有“在救护车中”，具有相同的物理效果。Yin和Mueller认为，对蝙蝠生物声纳中的耳朵产生的多普勒频移的研究可能会产生新的感觉原理，从而使小型但功能强大的传感器成为可能。这种类型的传感器的一个例子是可以在茂密的树叶或在复杂的水下结构附近航行的自主水下航行器中运行的无人机。

穆勒说：“动物的耳朵移动得足够快，以至于撞击到耳朵上的声波会因耳朵表面的运动而发生变化，并转移到更高或更低的频率上。”“实际上，所研究的蝙蝠物种(马蹄蝙蝠和旧世界圆叶蝙蝠)可以快速移动耳朵，从而产生约350 Hz的多普勒频移。这比动物所表现出的最小多普勒频移大大约七倍。能够发现。”早就知道多普勒频移在蝙蝠的生物声纳系统中起着重要作用，例如Mueller和Yin研究的物种。蝙蝠具有令人羡慕的能力，可以在非常茂密的植被中打猎，但是要做到这一点，它们必须解决如何从周围的数百片树叶中区分出蛾子(它们的首选猎物)的问题。

穆勒解释说：“这两种类型的蝙蝠提出的解决方案是根据猎物的拍打动作产生的多普勒频移进行调整。”“这些“良好的多普勒频移”是一种独特的识别功能，使猎物与静态干扰物(例如树叶中的叶子)区分开。”

研究人员很早就意识到蝙蝠自身的飞行运动也会产生多普勒频移，这会干扰猎物引起的多普勒频移的感知。在1960年代后期，当发现马蹄蝙蝠将其发射频率降低了一定程度的控制量时，便找到了解决这个难题的方法，该数量经过精心控制以精确消除蝙蝠飞行速度造成的任何“不良多普勒频移”。

穆勒说：“自从这些突破性发现以来，科学界普遍认为，多普勒频移在这些动物的生物声纳系统中的作用已被完全理解。”“猎物运动引起的多普勒频移是动物整个听力系统可以优化检测的'好多普勒频​​移'，而蝙蝠自身飞行运动引起的多普勒频移是动物通过反馈控制消除的'多普勒频移'他们的排放。”

穆勒(Mueller)和尹(Yin)在1960年代初的文献中发现蝙蝠可能通过自己的耳朵动作产生多普勒频移，但这一想法从未得到实验性研究的支持。

Mueller和Yin所做的工作已经使用基于高速摄像机的立体视觉仔细地测量了耳朵表面的运动，并且作者能够预测在耳朵的不同部位运动的速度如何。他们还估计了耳部运动的方向与蝙蝠将其生物声纳指向的方向之间的角度，并发现运动速度和方向一致以最大化产生的多普勒频移。

为了显示多普勒频移的信号进入仿生耳廓的耳道并且蝙蝠可以访问，研究人员构建了蝙蝠耳的柔性硅胶复制品，可以通过拉动附着的弦线使其执行快速运动。

该研究的最后一部分是寻找耳朵产生的多普勒频移的可能用途。

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