Humanos, e a maioria dos outros mamíferos, têm apenas quatro músculos unindo as orelhas à cabeça. Os morcegos têm mais de 20, e eles os usam para executar uma série precisa de meneios, gira, e contrações musculares.

"Em um décimo de segundo, três vezes mais rápido que você pode piscar os olhos, os morcegos podem mudar o formato de suas orelhas, "disse Rolf Mueller, professor associado de engenharia mecânica na Virginia Tech.

Mueller é o autor principal de um novo estudo, publicado em Cartas de revisão física , demonstrando que isso é rápido, movimentos precisos são a base da habilidade dos morcegos de abrir caminho em seu mundo.

A ecolocalização de morcegos é uma das conquistas notáveis ​​da natureza na navegação.

Estes ágeis, mamíferos noturnos emitem pulsos ultrassônicos de suas bocas ou narizes, dependendo da espécie; as ondas ricocheteiam em objetos do ambiente e são novamente captadas pelas orelhas dos morcegos. As ondas refletidas codificam dados sobre os arredores dos morcegos, ajudando-os a navegar e caçar no escuro, abarrotado, ambientes perigosos.

Os pesquisadores ainda não entendem completamente como esse sistema biosonar atinge sua extraordinária precisão. O morcego recebe apenas dois sinais de entrada, um em cada orelha, e deve construir um mapa tridimensional detalhado o suficiente para permitir que eles percorram florestas densas e executem rotineiramente tarefas sensoriais improváveis ​​- distinguir a batida da asa de uma mariposa do bater de uma folha, por exemplo.

Uma peça do quebra-cabeça é a intrincada estrutura das orelhas dos morcegos, o que ajuda a moldar os pulsos de entrada. Para espécies emissoras de nariz, como os morcegos-ferradura, estudos de Mueller, estruturas ornamentadas semelhantes, chamadas folhas do nariz, agem como megafones para amplificar e moldar os sinais de saída.

Agora, Mueller descobriu que os movimentos das orelhas e das folhas do nariz ajudam, também, ao incluir informações extras em cada pulso ultrassônico que os morcegos recebem.

Nos últimos anos, seu grupo demonstrou que esses movimentos rápidos alteram as ondas de ultrassom que saem do nariz e os ecos que entram nos ouvidos.

O novo estudo é o primeiro a demonstrar que essas mudanças enriquecem o conteúdo informacional dos sinais. Em particular, Mueller e seus colegas mostraram que a capacidade das orelhas e do nariz de adotar conformações diferentes aumenta a capacidade dos morcegos de localizar a fonte dos sinais recebidos.

Para testar se o movimento das orelhas e folhas do nariz do morcego-ferradura melhora o desempenho do biosonar, a equipe gerou dois modelos para cada estrutura:um modelo computacional e uma réplica impressa em 3D da folha do nariz e um modelo computacional e uma réplica física simplificada da orelha.

Cada um dos quatro modelos foi testado em cinco configurações diferentes, simular as mudanças de forma durante a emissão e recepção do biosonar.

Os pesquisadores descobriram que cada uma das cinco configurações fornecia uma quantidade substancial de informações acústicas exclusivas. Quanto mais distantes duas configurações eram, quanto maior a diferença nos sinais, sugerindo que essas mudanças de forma desempenham um papel significativo no fornecimento de dados mais detalhados.

Para investigar se essas informações adicionais podem ser úteis para a ecolocalização, os pesquisadores analisaram se a combinação de dados de todas as cinco configurações melhorava a capacidade do sensor de localizar a fonte de uma onda sonora.

E funcionou:combinar cinco configurações diferentes versus calcular a média de cinco sinais da mesma configuração aumentou o número máximo de direções que o sensor poderia distinguir por um fator de 100 a 1000, dependendo do nível de ruído.

O desempenho aprimorado foi consistente em todos os quatro modelos.

"O que eu achei incrível foi que o efeito foi muito robusto, mesmo com os modelos simplificados, "Disse Mueller." Você não precisa reproduzir todos os detalhes do morcego real para ver o efeito do movimento. "

Isso sugere que reforçar a capacidade do sensor usando uma dinâmica, emissor e receptor móvel deve ser traduzível para sistemas de engenharia menos complexos do que morcegos reais, melhorando a navegação de drones autônomos e a precisão dos dispositivos de reconhecimento de voz.

A resolução direcional é provavelmente apenas uma função do movimento rápido das orelhas e folhas do nariz, e os morcegos precisam de mais do que apenas a direção dos sinais que chegam para navegar por matagais e caçar em enxames aglomerados.

Para investigar outros aspectos do desempenho do biosonar, Mueller e sua equipe estão refinando e atualizando seus modelos e incorporando novas espécies de morcegos em seus estudos.

"Sempre há uma próxima versão, " ele disse.