La ecolocación, también llamada biosonar, es la capacidad que poseen muchos animales para conocer la posición de otros animales y objetos a partir de la emisión de ondas sonoras y la recepción de su eco.
Por ejemplo, animales nocturnos como los murciélagos han desarrollado la ecolocación de tal forma que pueden desplazarse y cazar incluso en plena oscuridad. Esto se debe a varias adaptaciones anatómicas a nivel de laringe, orejas o pabellones auditivos, que captan las señales para luego procesarlas para ubicarse en el espacio.
Ahora bien, en el campo del sonido hay un fenómeno conocido como el cambio Doppler, que se distingue por cambios en la frecuencia de onda cuando la fuente del sonido se encuentra en movimiento.
¿Qué es el efecto Doppler?
Un ejemplo muy utilizado para explicar el efecto Doppler es el sonido de la ambulancia. Todo el que ha pasado cerca de una ambulancia a alta velocidad lo ha experimentado, ya que cuando la ambulancia se acerca al oyente, su movimiento comprime las ondas de sonido que emite la sirena y aumenta su tono. En cambio, cuando esta se aleja del oyente, las ondas de sonido se dilatan y el tono de la sirena disminuye.
De modo que un oyente que no pueda visualizar la ambulancia, podrá distinguir si está cerca o no gracias al efecto Doppler.
Tienen su propia ambulancia en sus oídos
Un estudio realizado por Rolf Mueller, un profesor de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería, y su estudiante de doctorado, Xiaoyan Yin, ha revelado que las orejas de los murciélagos tienen su propia ambulancia que causa el mismo fenómeno físico.
Mueller y Yin estudiaron murciélagos de herradura y murciélagos del Viejo Mundo de la Hoja Redonda y encontraron que estos pueden mover sus orejas tan rápido que pueden generar cambios Doppler, tal como la sirena de una ambulancia:
Los animales mueven sus orejas lo suficientemente rápido como para que las ondas de sonido que impactan en las orejas se transformen por el movimiento de las superficies de las orejas y se desplacen a frecuencias más altas o más bajas. De hecho, las especies de murciélagos estudiadas (murciélagos de herradura y murciélagos del Viejo Mundo de la Hoja Redonda) pueden mover sus orejas tan rápido que se pueden crear cambios Doppler de alrededor de 350 Hz. Esto es aproximadamente siete veces más grande que el cambio Doppler más pequeño que los animales han demostrado para poder detectar”.
Los murciélagos pueden cazar en vegetación muy densa, pero para tener éxito en dicha tarea, deben distinguir la polilla, su presa preferida, de los cientos de hojas que las rodean en estos entornos. Para ello, parecen prestar atención a los cambios Doppler que se producen al batir a su presa.
“La solución que estos dos tipos de murciélagos han encontrado ha sido sintonizar los cambios Doppler que se producen por el movimiento de batir de su presa. Estos ‘buenos cambios Doppler’ sirven como una característica de identificación única que diferencia a las presas de los distractores estáticos, como las hojas en el follaje”.
Desde hace mucho tiempo se sabe que el efecto Doppler juega un papel importante en el sistema de ecolocación de los murciélagos, especialmente en las especies mencionadas.
Pueden modificar el efecto Doppler para cazar
De hecho, se sabe que el movimiento de vuelo de los murciélagos también produce cambios Doppler que al mismo tiempo interfiere en la percepción de los cambios Doppler generados por sus presas. Esto se especuló a principios de la década de 1960, según la literatura consultada, pero nunca se corroboró experimentalmente.
Al final de la década, descubrieron que los murciélagos de herradura disminuyen su frecuencia de emisión de manera estratégica para evitar cualquier cambio Doppler malo causado por su velocidad de vuelo. Según Mueller: “Los cambios Doppler debidos a movimientos de presa son ‘buenos cambios Doppler’ que el sistema auditivo completo de los animales está optimizado para detectar, mientras que los cambios Doppler debidos al movimiento de vuelo de los murciélagos son ‘cambios Doppler malos’ que los animales eliminan mediante el control de retroalimentación su emisión”.
Para su experimento, Mueller y Yin crearon una oreja de murciélago de silicona flexible con la cual ejecutar movimientos rápidos tirando de una cuerda unida.
Midieron el movimiento de las superficies del oído de los murciélagos por medio de cámaras de vídeo de alta velocidad, y pudieron predecir la rapidez con la que se mueven las superficies en diferentes partes del oído. Además, estimaron el ángulo entre las direcciones de los movimientos de las orejas y la dirección en la que tienen enfocado su biosonar.
El resultado del experimento arrojó que las velocidades y direcciones de movimiento estaban alineadas de tal forma que pudieran maximizar los cambios Doppler.
La utilidad el hallazgo de Yin y Mueller
Los investigadores demostraron que los cambios Doppler producen patrones distintos a lo largo del tiempo y la frecuencia, y estos pueden usarse para indicar la dirección de un objetivo.
“En el contexto de los sistemas biosonar de estas especies de murciélagos, típicamente se concentran y emiten la mayor parte de su energía ultrasónica en una banda de frecuencia estrecha. Sin embargo, para indicar la dirección de un objetivo, generalmente es conveniente observar cómo se transmiten las múltiples frecuencias por el oído y el “color espectral” que resulta. Los patrones de cambio Doppler producidos por los movimientos del oído podrían dar a estas especies de murciélagos la opción de concentrar su energía en una banda de frecuencia estrecha y también ser capaces de indicar la dirección del objetivo”.
Yin y Mueller consideran que los cambios Doppler que generan los murciélagos podrían servir como base para el desarrollo de nuevos sensores pequeños y potentes. Como por ejemplo, sensores para drones que operen en follaje denso, o bien para vehículos submarinos autónomos que navegan cerca de estructuras submarinas complejas.
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