umani, e la maggior parte degli altri mammiferi, hanno solo quattro muscoli che uniscono le orecchie alla testa. I pipistrelli ne hanno più di 20, e li usano per eseguire una serie precisa di movimenti, girevoli, e sussulti.

"In un decimo di secondo, tre volte più veloce che puoi battere le palpebre, i pipistrelli possono cambiare la forma delle loro orecchie, " ha detto Rolf Mueller, professore associato di ingegneria meccanica alla Virginia Tech.

Mueller è l'autore principale di un nuovo studio, pubblicato in Lettere di revisione fisica , dimostrando che questi rapidi, movimenti precisi sono alla base della capacità dei pipistrelli di farsi strada attraverso il loro mondo.

L'ecolocalizzazione dei pipistrelli è una delle straordinarie conquiste della natura nella navigazione.

questi agili, i mammiferi notturni emettono impulsi ultrasonici dalla bocca o dal naso, a seconda della specie; le onde rimbalzano sugli oggetti dell'ambiente e vengono riprese dalle orecchie dei pipistrelli. Le onde riflesse codificano i dati sui dintorni dei pipistrelli, aiutandoli a navigare e cacciare al buio, affollato, ambienti pericolosi.

I ricercatori non hanno ancora completamente compreso come questo sistema biosonar raggiunga la sua straordinaria precisione. Il pipistrello riceve solo due segnali in arrivo, uno in ogni orecchio, e devono costruire una mappa tridimensionale sufficientemente dettagliata da consentire loro di sfrecciare attraverso fitte foreste e svolgere abitualmente compiti sensoriali improbabili:distinguere il battito d'ali di una falena dal battito di una foglia, Per esempio.

Un pezzo del puzzle è l'intricata struttura delle orecchie dei pipistrelli, che aiuta a modellare gli impulsi in entrata. Per le specie che emettono naso come i pipistrelli ferro di cavallo studiati da Mueller, strutture analogamente ornate chiamate noseleaves agiscono come megafoni per amplificare e modellare i segnali in uscita.

Ora, Mueller ha scoperto che i movimenti delle orecchie e delle foglie del naso aiutano, pure, inserendo informazioni extra in ogni impulso ultrasonico che i pipistrelli ricevono.

Negli ultimi anni, il suo gruppo ha dimostrato che questi movimenti rapidi alterano le onde ultrasoniche che escono dal naso e gli echi che entrano nelle orecchie.

Il nuovo studio è il primo a dimostrare che questi cambiamenti arricchiscono il contenuto informativo dei segnali. In particolare, Mueller e i suoi colleghi hanno dimostrato che la capacità delle orecchie e delle foglie del naso di adottare diverse conformazioni aumenta la capacità dei pipistrelli di localizzare la fonte dei segnali in arrivo.

Per verificare se il movimento delle orecchie e delle foglie del naso dei pipistrelli a ferro di cavallo migliora le loro prestazioni biosonar, il team ha generato due modelli per ciascuna struttura:un modello computazionale e una replica stampata in 3D della foglia del naso e un modello computazionale e una replica fisica semplificata dell'orecchio.

Ciascuno dei quattro modelli è stato testato in cinque diverse configurazioni, simulando i cambiamenti di forma durante l'emissione e la ricezione del biosonar.

I ricercatori hanno scoperto che ciascuna delle cinque configurazioni ha fornito una notevole quantità di informazioni acustiche uniche. Le due configurazioni più distanti erano, maggiore è la differenza nei segnali, suggerendo che questi cambiamenti di forma svolgono un ruolo significativo nel fornire dati più dettagliati.

Per indagare se queste informazioni aggiuntive potrebbero essere utili per l'ecolocalizzazione, i ricercatori hanno analizzato se la combinazione dei dati di tutte e cinque le configurazioni ha migliorato la capacità di un sensore di localizzare la sorgente di un'onda sonora.

Lo ha fatto:la combinazione di cinque diverse configurazioni rispetto alla media di cinque segnali dalla stessa configurazione ha aumentato il numero massimo di direzioni che il sensore poteva distinguere di un fattore da 100 a 1000, a seconda del livello di rumore.

Le prestazioni migliorate sono state coerenti in tutti e quattro i modelli.

"Quello che ho trovato sorprendente è che l'effetto era molto robusto, anche con i modelli semplificati, " ha detto Mueller. "Non è necessario riprodurre tutti i dettagli del vero pipistrello per vedere l'effetto del movimento".

Ciò suggerisce che rafforzare la capacità del sensore utilizzando una dinamica, l'emettitore e il ricevitore mobili dovrebbero essere traducibili in sistemi ingegnerizzati meno complessi dei veri pipistrelli, migliorare la navigazione dei droni autonomi e l'accuratezza dei dispositivi per il riconoscimento vocale.

La risoluzione direzionale è probabilmente solo una funzione del rapido movimento delle orecchie e delle foglie del naso, e i pipistrelli hanno bisogno di più della semplice direzione dei segnali in arrivo per navigare attraverso i boschetti e cacciare in sciami affollati.

Per studiare altri aspetti delle prestazioni del biosonar, Mueller e il suo team stanno perfezionando e aggiornando i loro modelli e incorporando nuove specie di pipistrelli nei loro studi.

"C'è sempre una versione successiva, " Egli ha detto.