以耳"视"物高超本领 蝙蝠鼻叶之谜
  2006年12月08日09:43 【字号 】【留言】【论坛】【打印】【关闭
 
以耳"视"物高超本领 蝙蝠鼻叶之谜
  具有洞穴作用,与声波产生共鸣———

  以耳“视”物是蝙蝠的高超本领。

  这是说,蝙蝠能够通过听它所发出的超声波的回声,而在黑暗中“看”世界。其实,这一本领就是我们所说的“回声定位”或“生物声纳”。但是一些通过鼻腔发出声纳的蝙蝠,它们鼻孔周围有着奇特的结构;这一直令科学家们困惑不已。

  近日,来自德国和中国的研究人员发现,许多蝙蝠鼻孔周围这些令人称奇的复杂皱纹和凹槽,能明显帮助它们调节发出的声纳,让它们在黑暗中“看”得更清楚明白。

  蝙蝠“鼻叶”的百年之谜,终于被解开

  大多数蝙蝠从嘴里发出声纳,但大约有300种蝙蝠却从鼻腔里发出声纳,包括具有最复杂声纳的蹄鼻蝠和叶鼻蝠,它们也是最具奇特面孔的蝙蝠中的两种。

  这些蝙蝠鼻孔周围通常有特别精细而杂乱的折皱,形象地被称为“鼻叶”。

  “鼻叶”有什么用?科学家很久以来一直都在推测,认为可能有助于蝙蝠声纳波束的形成,影响波束的近、远场特性,但都没有能解释清楚。

  来自我国山东大学的特聘教授德国计算机物理学家罗尔夫·米勒和他的学生庄桥对蹄鼻蝠和叶鼻蝠的鼻叶结构上部进行了细致的研究。结果发现,正是蝙蝠的这种面部特征提升了生物声纳,最终导致声纳以特定的方向进行传播。米勒和庄桥将他们的发现发表在11月24日出版的美国《物理评论快报》杂志上,并作了这一期的封面论文。

  有关蝙蝠“鼻叶”的这一百年之谜,终于有了解。

  鼻叶上部的水平折皱如同洞穴,可与特定频率的声波产生共鸣

  鼻叶,分上、中、下三个部分,分别称为鼻叶尖、鼻鞍和马蹄面。庄桥博士在接受本报记者采访时,详细介绍了鼻叶的基本机构以及试验的过程。

  据了解,米勒领导的小组以蝙蝠为主要研究对象,通过计算机图像处理及数值仿真研究蝙蝠的声纳特性。

  在试验中,他们将亚洲南部的红褐色蹄鼻蝠的鼻叶切下,利用X射线微型CT机对的鼻叶结构进行了扫描,并重建其三维电脑模型,通过计算机仿真技术模拟出蝙蝠声纳声场强度的分布。然后,米勒和庄桥再应用计算机模拟蝙蝠发出的超声波脉冲是如何与鼻叶相得益彰的。

  电脑模拟结果表明,鼻叶上部的水平折皱具有洞穴的作用,可以与特定频率的声波产生共鸣。米勒形容说,这就好像吹“一排竖笛”,能产生深远的共鸣音调。

  蝙蝠的折皱,可能有助于低频率的声波“探视”周围环境

  米勒解释说,鼻叶帮助蝙蝠制造出最好的超声波。他说:“对蝙蝠来说,声能就像是我们的钱,我们的钱有限,只能作出决定来如何分配钱的用途。”类似的道理,蝙蝠通过鼻叶来选择声音频率,并将声波分布到不同方向。

  庄桥告诉记者,在蝙蝠贴地飞行时,鼻叶的这一作用可以加强蝙蝠对地面和食物的探测。

  据米勒推测,蝙蝠的折皱有助于低频率的声波“探视”周围环境,而其他频率的声波保持不变,因此蝙蝠能从不同方位来扫视世界。

  此外,鼻叶的复杂性加大了蝙蝠超声波的波束,有助于它们完成更加复杂的声纳任务,如在复杂环境中导航,就像茂密的森林中,也帮助它们同时做几件事情,如寻找猎物的同时避免障碍。

  “这一点对人类实际应用很有帮助。希望我们的研究能够对传统的天线技术及设计有所启发与帮助。”庄桥说。

  米勒认为,可以应用此原理来提高天线技术,以用于声纳装置、扫描器和无线通信上。
 

来源:【北京科技报】 (责任编辑:许秀华)


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