蝙蝠生物聲學中的耳朵產生的多普勒頻移
更大的馬蹄棒（股票圖像）。
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任何被高速救護車經過的人都經歷了一種稱為多普勒頻移的物理效應：當救護車向聽眾移動時，它的運動會壓縮警報器的聲波並提高聲音音高。當救護車遠離收聽者時，聲波擴散並且音調降低。戴著眼罩的聽眾可以使用這種多普勒頻移模式來跟蹤救護車的運動。
在「美國國家科學院院刊」發表的一篇論文中，作者，工程學院機械工程教授Rolf Mueller和他的博士生尹曉燕表示，蝙蝠的耳朵帶有「內置 -在救護車「創造相同的物理效果。Yin和Mueller認為對蝙蝠生物聲學中耳朵產生的多普勒頻移的研究可以產生新的感覺原理，可以實現小而強大的感測器。這種類型的感測器的一個例子是用於可以在密集的葉子中操作的無人機或在複雜的水下結構附近導航的自主水下載具。
「動物足夠快地移動耳朵，以便撞擊耳朵的聲波通過耳朵表面的運動而轉變，並轉移到更高或更低的頻率，」穆勒說。「實際上，所研究的蝙蝠物種（馬蹄蝙蝠和舊世界圓葉蝙蝠）可以快速移動它們的耳朵，可以產生大約350赫茲的多普勒頻移。這比動物被顯示的最小多普勒頻移大約七倍。能夠發現。「
眾所周知，多普勒頻移在蝙蝠的生物聲學系統中起著重要作用，例如Mueller和Yin研究的物種。蝙蝠具有令人羨慕的能夠在非常茂密的植被中捕殺的能力，但要實現這一目標，它們必須解決如何區分蛾（它們的首選獵物）與圍繞它的數百片葉子的問題。
「這兩種類型的蝙蝠提出的解決方案是調整由獵物的機翼拍動產生的多普勒頻移，」穆勒解釋說。「這些良好的多普勒頻移作為一種獨特的識別特徵，可以將獵物與靜態干擾物分開，例如樹葉中的葉子。」
研究人員很早就意識到，蝙蝠自身的飛行運動也會產生多普勒頻移，這會影響獵物引起的多普勒頻移。在20世紀60年代後期，當發現馬蹄蝙蝠減少其發射頻率減少了一個精確控制的量以準確消除由蝙蝠的飛行速度引起的任何「不良多普勒頻移」時，發現了這個難題的解決方案。
「自從這些開創性的發現以來，科學界普遍認為，多普勒在這些動物的生物聲學系統中的作用已被完全理解，」穆勒說。「由於獵物運動引起的多普勒頻移是良好的多普勒頻移，動物的整個聽覺系統被優化以檢測，而由於蝙蝠自身的飛行運動導致的多普勒頻移是」不良的多普勒頻移「，動物通過反饋控制消除他們的排放。「
雖然穆勒和尹在20世紀60年代早期的文獻中發現了蝙蝠可能會用自己的耳朵運動產生多普勒效應的猜測，但這個想法從未跟進實驗工作。
Mueller和Yin進行的工作使用基於高速攝像機的立體視覺仔細測量了耳朵表面的運動，並且作者能夠預測表面在耳朵的不同部分移動的速度。他們還估計了耳朵運動方向與蝙蝠有生物識別指向的方向之間的角度，並發現運動速度和方向是對齊的，以最大化產生的多普勒頻移。
為了證明多普勒頻移信號進入仿生耳廓的耳道並且蝙蝠可以進入，研究人員建立了一個靈活的蝙蝠耳朵硅膠複製品，可以通過拉動連接的繩子來執行快速運動。
研究的最後一部分是找到耳朵產生的多普勒頻移的可能用途。
「我們能夠證明多普勒頻移在時間和頻率上產生了不同的模式，可以用來指示目標的方向，」穆勒說。「在這些蝙蝠物種的生物聲學系統的背景下，它們通常在窄頻帶中集中並發射它們的大部分超聲能量。然而，為了告知目標的方向，通常可以方便地查看多個頻率如何傳輸通過耳朵和由此產生的「光譜顏色」。由耳朵運動產生的多普勒頻移模式可以讓這些蝙蝠物種選擇將其能量集中在一個狹窄的頻帶中，同時也能夠分辨出目標方向。「
（來源：Virginia Tech）
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