Летучие мыши и дельфины вновь дают толчок к развитию ультразвуковых технологий

15 ноября 2011
12:00
Сонары и ультразвуковые приборы, использующие звук, как основу технологии, являются основой для бесчисленных устройств, в том числе медицинских ультразвуковых диагностических приборов и навигационных систем. Но если речь идет о более точных измерениях и исследованиях, возможности приборов меркнут на фоне природных "биосонаров".
 
Но, возможно, человек сможет более детально изучить этот вопрос. В новом проекте по исследованию летучих мышей, дельфинов и животных семейства слепышей профессор Натан Инратор Тель-Авивского университета компьютерных наук в сотрудничестве с профессором Джимом Симмонсом университета Брауна попытались определить, чем объясняется преимущество биологических сонаров перед технологическими устройствами.

Используя уникальный метод отслеживания интерпретирования животными отраженных сигналов, ученые установили, что ключом к успеху является феноменальная скорость обработки информации в "режиме реального времени". Животное распознает объекты за доли миллисекунды. При этом разрешающая способность столь высока, что, например, дельфин может распознать теннисный мяч с расстояния около 260 метров. Кроме того, животные могут обрабатывать несколько потоков информации одновременно.
 
В течение нескольких десятков миллисекунд, нейроны мозга животного способны осуществить полномасштабный анализ окружающей среды в трех измерениях, не тратя на это значительной энергии. Даже с помощью суперкомпьютера, потребляющего несоизмеримое количество энергии, люди не могут воспроизводить настолько точную картину. С помощью эхолокации, летучая мышь, находясь в движении или покое, способна определить, какой из двух фруктов тяжелее, наблюдая за их колебаниями на ветру.
 
Заинтригованные качеством природных сонаров, профессоры Инратор и Симмонс занялись изучением особенностей природной эхолокации. Используя электронную систему, они меняли частоту и уровень шума отраженных сигналов.
 
Манипулируя параметрами сигнала, они определили, какие факторы снижают способность животного правильно анализировать отраженный сигнал. Это, в свою очередь, привело к более глубокому пониманию того, каким образом животное анализирует полученные сигналы. Стоит также отметить, что ультразвук дельфинов имеет также стерео-характер.
 
Ученые создали математическую модель, с использованием обучающихся алгоритмов и различных методов обработки сигналов, которая может дать человеку дополнительные инструменты по интерпретации информации — с более точной локализацией исследуемой среды и лучшей устойчивостью к фоновому шуму.
 
По мере изучения природных систем, исследователи надеются воссоздать их особенности применительно к технологичным устройствам. Животные используют распознавание с помощью разнообразных фильтров и рецептивных полей. Использование "адаптивного" анализа для различных импульсов может привести к более высокой точности распознавания.

Ученые надеются, что их исследования помогут создать новое поколение ультразвуковых систем, которые дадут возможность исследования пациентов с более точной  степенью медицинской визуализации. Это позволит на ранних стадиях диагностировать эмбриональные аномалии либо  обнаруживать раковые опухоли без использования опасных видов излучений.

Результаты исследований также могут быть полезны в других сферах деятельности — таких, как геология, картография, разведка.
blog comments powered by Disqus
Dragon терпит аварию на орбите
По некоторым данным, автоматика корабля Dragon не смогла запустить три из четырех маршевых двигателей
1 марта
17:48
Через 15 минут будет запущен третий Dragon к международной космической станции
Это будет третий полет корабля к МКС после демонстрационного полета в мае 2012 года и первой миссии в октябре 2012 года
1 марта
16:39
"Распечатанная" на 3D-принтере штурмовая винтовка развалилась после нескольких выстрелов
Авторы проекта WikiWep поставили целью создать первый полноценный образец огнестрельного оружия с помощью печати на трехмерном принтере
5 декабря
14:20
Российские ученые проверят гипотезу космического происхождения жизни на Земле
С помощью космического аппарата «Бион-М» будет проверена возможность выживания микроорганизмов в условиях космоса и высоких температур
11 июня
12:44
Почти 15 процентов писем корпоративной электронной почты — это распространение сплетен
Возможность обсудить другого человека не упускают как простые клерки, так и топ-менеджмент компаний
8 июня
11:58
В мире критически растет загрязненность пищевых продуктов
Эксперты выявили взаимосвязь между вспышками пищевых отравлений в различных странах и распространением загрязнений торговыми компаниями
8 июня
11:08
Шведский Каролинский Институт успешно провел первые испытания вакцины против болезни Альцгеймера
Новая вакцина CAD106 может стать качественным прорывом в поиске лекарства от этого серьезного изнурительного заболевания
8 июня
00:17