Cum omul în semnalele delfinilor ecolocație

Dolphin are imposibil de atins pentru dispozitivele de om eficiența sonar locație. El lotsiruetsja pelete care a căzut în apă, la o distanță 15m- concepte de dimensiuni de aceeași formă, care diferă cu câteva procente, de material car lor distinge ca detaliile Tomograph ale structurii interne a obiectelor în apă sau într-un strat de noroi, forma lor și alți parametri, detectează pește comestibil la distanță de trei kilometri, și diferă de cel care nu intră în produsele alimentare.

Acest lucru se realizează printr-un sistem de perfecțiune sonar-creier. Figura prezintă o structură extrem de schematică de funcționare a delfinilor sonar.

Video: Orcas arată în Florida

Prin semnale Ecoul de delfini, oamenii de știință au putut să dau seama cum aceste mamifere marine „a se vedea“ o persoană în apă. Semnalele sonar inregistrate microfoane subacvatice au fost transformate în imagini. Acesta este raportat de Daily Mail.

Și acest lucru este modul în care se pare ...

Studiul a fost realizat în Delfinariul în Puerto Aventuras (Quintana Roo, Mexic). Diver Jim McDonough (Jim McDonough), a pus pe o curea de greutate și în mod activ de aer expirat. Sa decis să nu folosească uneltele de scuba, ca bulele de la aceasta ar afecta rezultatul experimentului. Semnalele (microfon înregistrate pe semnale de ecou de la delfin îndreptat spre McDonough) au fost transferate la om de știință britanic John Stuart Reed (John Stuart Reid) - fizica CymaScope, aparate de specialitate acustice imagistica creator de sunet.

Principiul de bază al dispozitivului - transformarea vibrațiilor sonore în fluctuațiile de apă. La început, oamenii de știință încărcat secvența de semnale cu ultrasunete Ecoul delfin CymaScope, punând camera în modul de reproducere video. Pe suprafața apei, au văzut o formă ciudată. Apoi au pierdut înapoi video, cadru cu cadru, și după un timp a văzut silueta vagă a unui om. Procesarea computerizată a imaginii a adus piese noi (în special, cercetatorii au putut vedea centura de greutate McDonough).

Anterior (în 2012) prin aceeași metodă de biologi a dat seama cum animalele percep obiectele neînsuflețite.

Astfel, ecolocația permite delfini „vedea“ nu numai umbre ale obiectelor, dar conturul suprafeței. „Noi credem că delfinii pot folosi limbajul de sunet-vizual - limba de imagini, pe care le împart între ele (semnale Ecolocația care codifică imagini - nota“ „Lenta.ru)“, - a spus autorul studiului Jack Kassevits (Jack Kassewitz).

Și acum să examinăm detaliile modul în care funcționează.

Video: Rosneft a explora Marea Neagră off-shore

duct nazal (1) care se extinde de la blowhole ușor pentru a conecta trei perechi de pungi de aer (2), care constituie o cavitate înconjurată de un sistem de muschi radiale.

Membranele situate la intersecția dintre pungile cu un pasaj nazal, când aerul suflat din partea stângă a pungii spre dreapta sau invers genera vibrații ultrasonice care sunt concentrate prin reflector (3), care este o cavitate parabolică în partea din față a craniului și lentila acustică (4), care reprezintă o formațiune gras înconjurat de sistemul muscular, dacă este necesar, modificarea formei sale și, prin urmare, lungimea focală.

Acest lucru produce un fascicul de ultrasunete (5), frecvența și modelul directivitate care poate varia. De localizat obiect 6 risipește incidentul radiațiilor pe ea și este percepută de către sistemul de antenă în trei zone (7) dispuse pe piele și rastruma mandibular delfina.Eti câmpului acustic format receptorii pielii cu o densitate de distribuție de aproximativ 600 de unități per 1 cm pătrat și sunt, de fapt, sistemul de recepție spațială holografic.

Acest sistem este pur arbitrară. Forma actuală a elementelor sale este mult mai dificil. Cu toate acestea, afișarea acestor detalii anatomice ar complica înțelegerea principiului sistemului.

Să facem o mică digresiune. Viteza de mișcare a unui delfin in apa poate ajunge la velichiny50-60 km / h, care este mult mai mare decât potențialul musculare de energie. Pentru prima dată, acest fapt subliniat de John Gray.

El a arătat că un solid raționalizate identic cu dimensiunea și forma unui delfin ar trebui să-și petreacă pentru a depăși aproximativ șapte ori mai mare capacitate de rezistență la apă, decât cel pe care îl are.

Acest fapt, care a primit mai târziu numele de „Paradox lui Gray“, datorită faptului că coeficientul de rezistență în flux laminar sunt semnificativ mai mici decât în ​​turbulentă.

Să explice paradoxul Gray structura specifică și funcționarea pielii cu proprietăți hidrofobe și de amortizare, iar mecanismul cu motor, cum ar fi pielea, și întregul corp de delfin.

În primul rând, suprafața pielii este complet netedă și are o hidrofobă în stare a materiei (în cazul în care delfinul iese, fără picături de apă pe piele). Netezimea suprafeței este asigurată de actualizarea constantă, descuamare părțile moarte, care protejează împotriva murdăririi, atât de caracteristică ambarcațiuni marine și mulți locuitori ai mărilor. Aceasta este prima etapă de protecție care asigură un coeficient de frecare minim.

A doua etapă asigură medie protecție de stingere o pulsațiilor apoasă de presiune la scară fină formare de prognostic de turbulențe.

În acest scop, epiderma cuprinde două straturi: exterioare subțiri și aflate dedesubt sau germina spinos. Stratul spinos germina include nipluri elastice dermei, care asigură un angajament fiabil cu absorbantul - un strat de grăsime, impregnat de plex dens de fibre de colagen si elastina.

Prima și a doua etapă - pasiv.
Sub stratul de grăsime este un strat de sistem dezvoltat vaselor sanguine musculare și subcutanate. Acesta este al treilea nivel de protecție.

Lucrări de protecție a treia etapă este după cum urmează. O condiție importantă pentru menținerea unei laminar (flux irrotational) este prezența gradientului longitudinal presiune negativă, care împiedică formarea de vârtejuri. O dată în orice locație din piele tinde să formeze un muskulaturny gradient pozitiv saturate cu strat de sânge se schimbă imediat forma suprafața corpului delfin într-o poziție adecvată astfel încât elimină această tendință. Aceasta este activă protecție musculo-hidraulic.

Informații despre câmpul de presiune da receptorilor corespunzători, care acoperă întregul corp al unui delfin. Unul dintre receptorii de atingere la animale și la om sunt păr. Dolphin, a pierdut părul în timpul evoluției sale, a transformat ceea ce a mai rămas din ei în acești receptori. Câmp dătătoare de apă care curge în jurul valorii de țiilor analizate secțiunea relevantă a creierului și dă comenzile sistemului nervos autonom, sistemul de control, mușchi și sânge.

Același rol în menținerea flux laminar în jurul corpului unui delfin si joace rolul coada, mișcare care creează un gradient de presiune negativă. Acesta este al patrulea nivel de protecție.

Atunci când este necesar pentru a atinge o viteză maximă posibilă de delfin, de exemplu, înainte de săritura în înălțime, acesta cuprinde „postcombustie“, transformând pielea într-un motor suplimentar. La filmare de mare viteză văzut în mod clar modul în care corpul delfinilor se execută într-o direcție transversală de coadă „onduleuri“ ale proeminențelor de piele care este mecanism suplimentar de elice.

Astfel, toate delfinul este motorul de cel mai înalt grad de perfecțiune, capacitatea de a deplasa cu mare viteză, fiind în același timp într-un flux complet laminar.

Acest lucru înseamnă, printre altele, că el a avut nici un flux și de zgomot, care este atât de bogat în facilități de inginerie marine.

Și acum, termina ceea ce face retragerea și a reveni la sonar, știind că mișcările de delfini, fără a crea zgomot hidrodinamic.

Tot corpul uman este acoperit cu o rețea densă de receptori tactile. Receptori atingere și presiune (mecanoreceptorii) în pielea umană mai mult de 600 de mii. Acest Pacini și Meissner corpusculi și discuri Merkel.

Mechanoreceptors percep, inclusiv vibrații și sunet. Acesta din urmă nu este scopul lor principal - în acest scop, există urechi. Cu toate acestea, există cazuri în care un copil oameni surzi, punându-și mâinile pe masă sau pune picioarele pe podea, pot asculta muzica.

Dolphins mecanoreceptorii, aparent, mult mai mult decât un om. În procesul de evoluție, care le-au transformat în multe mii de hidrofoane, care acoperă întregul corp al unui delfin. Ca rezultat, suprafața corpului delfin este un dispozitiv multifuncțional antenă foarte dezvoltat să funcționeze în domeniul de frecvențe de la câteva hertzi la 200 kHz cu zgomot foarte redus și produce fie aparatul de analiză unică - creier.

Cu alte cuvinte, tot corpul delfin - un ochi acustic perfect, care poate funcționa atât în ​​active și în modul pasiv cu vizibilitate rotund și capacitatea de a se concentra rezoluția maximă în direcția dorită.

Diferența dintre ochi optic și acustic este doar faptul că, în primul caz, analiza informațiilor se bazează pe legile opticii geometrice, iar al doilea - pe baza legilor holografie acustice.

Sistemul de lentile este singura informație care pot fi obținute de la unul dintre receptor, aceasta este amplitudinea presiunii acustice. Sistemul de formare a imaginii holografice este folosit ca amplitudine și fază. Având în vedere că antena holografic poartă o mulțime de informații de la fiecare receptor, imaginile rezultate sunt mai informative. Mai mult decât atât, deoarece receptorii acoperă întregul corp al unui delfin, adică antena are o dimensiune maximă, rezoluția, și are o valoare maximă atinsă.

Pe baza celor menționate mai sus, considerăm schema generală a sistemului de delfin sonar.

Dolphin ca gidroakusticheskayasistema emițătoare-receptoare.

Primul subsistem - urechi (1), completate de al treilea dispozitiv de recepție - maxilarul inferior. Acesta oferă, în general, recepția semnalelor de comunicație, dar oferă, de asemenea, funcțiile situației subacvatice.

Al doilea subsistem - toate tipurile de sunete în intervalul 10 Hz - 196 kHz. Aria sa de emisie (2).

Al treilea subsistem - un sistem de rază scurtă de sonare lucrează în zona (3) și utilizează cele mai înaltă frecvență sonare signaly.Te aceeași receptori care sunt distribuite cu o densitate mare pe partea din față, cu o densitate mai mică situată pe suprafața întregului corp și forma delfinilor sonar bandă largă multiplă antena receptoare cu circulară model de radiație (4).
Acest subsistem asigură o acoperire holografic mediului receptor subacvatic, care lucrează în ambele moduri active și pasive, precum și completează activitatea primului subsistem.

Dolphin pot percepe sunete de frecvență astfel încât el nu este în măsură să joace, spre deosebire de mamifere terestre și oameni, care aud sunetele, dar o astfel de frecvență care se publică.

Dolphin sonar are mai multe sisteme de informații care se suprapun parțial și de lucru parallelno.Razdelenie informațiilor primite, și co-procesare este efectuată în cablul de alimentare, în timp real.

Video: Gunoi a intrat în colibă ​​Underworld

Astfel, o îmbunătățire semnificativă a raportului semnal / zgomot și compusul de recepție directionale, oferind o rezoluție spațială ridicată cu vizibilitate rotundă, care se menține atât în ​​activ și în mod pasiv, care este inaccesibil pentru echipament.

Informațiile primite sunt codificate de creier, aparent sub forma de patru imagini tridimensionale (trei spațiale și una de frecvență).
Pentru informații delfinilor canal sonar este mult mai mult decât o viziune pentru persoana. Alte simțuri joacă un rol de sprijin.

Ce face delfinul folosind sistemul lor sonar?

El vede la suprafață, a se vedea partea de jos cu toate detaliile structurii sale, inclusiv detaliile straturilor de bază ale rocilor rezervor vede obiecte situată în partea de jos, inclusiv situată adânc în Ile-vezi caracteristici ale fiecărui obiect, caracteristicile sale dimensiunea, forma, materiale, dispozitiv intern.

El nu poate „spune“ despre orice subiect particular, în cazul în care nu l-am văzut anterior. Dar dacă există două asemănătoare între ele obiect, este la un anumit antrenament, pot fi distinse una de alta prin orice parametru: dimensiunea, forma, materialul, la cel-Licia golurile interior, marimea si forma acestor goluri, etc.

El vede în jurul său obiectele plutitoare (în general, așa cum au fost „vederii periferice“) și dacă ceva îl interesau, se concentrează pe gradul de severitate al viziunii sale Sonic. De altfel, atunci când delfin înot sau doriți să vedeți ceva, face mișcări ale capului, foarte asemănătoare cu mișcările persoanei elevilor în situații similare.

Câteva exemple simple. Dolphin discerns două complet identice în forma și mărimea subiectului, dar a făcut una - din oțel, altele - a doua bilă tratate identic oțel latuni- solid, care diferă în diametru cu 2-3% - doi cilindru gol cu ​​pereți groși sigilate identic, o cavitate care parțial umplut cu apă, în cazul în care diferența dintre nivelurile de apă în ele co-stavlyaet 3-4 mm, și așa mai departe.

Un exemplu mai complex. În cazul în care apa este plutitoare câțiva oameni, printre ei un semn de delfin, delfin va înota la el dacă familiaritate are o conotație pozitivă. Dacă înot în același timp, chiar și la o distanță mare, câțiva oameni bine-cunoscut, un delfin antrenat va înota în cazul primirii unei comenzi la exact, cărora le va fi dat.

Cum se întâmplă acest lucru? Fiecare obiect este o subacvatice câmpuri sonar transformatoare în spațiul din jur. La unele frecvențe reflectat incidentul val predomină pe obiect într-o oarecare - absorbție. schimbare de fază are loc și schimbarea structurii câmpului de interferență, obiect al energiei acustice absorbite le re-emite pe frecvențe proprii de rezonanță, etc.

Fiecare delfin sonar puls radar emis reflectate de un obiect conține informații despre poziția sa, dimensiunea și forma (în unghi si ora de sosire a undelor ecou). Energia pulsului având forma unei funcții delta, stimulează întregul spectru de frecvențe rezonante naturale ale obiectului, care creează imaginea sa acustică unică.

Sonar de bază informații delfinilor oferă un front activ (de înaltă rezoluție) și (rezoluția grosier) circulară, precum și stereo pasiv ce a primit auditive din jurul câmpurilor acustice.

Dar este posibil și introduce o anumită contribuție la sistemul holografic funcționează în modul pasiv (fara iluminare proprie), în funcție de deformarea obiectelor câmpurilor de interferență la frecvențe diferite generate de surse externe, ca o emisie de fond coerent și în bandă largă.