蝙蝠声学系统和辅助系统行为模式影响回声定位功能的物理机制研究

In the animals who learn and apply the acoustic natural theory, bat is one of the best. To use the echolocation system, bats have evolved sophisticated vocal organ and ultrasonic receiving organ, which are the foundation of the bisonar system. On the other hand, various subsystems of bats developed kinds of behavior to optimize the bisonar system functions. All the systems of bats should be considered as a whole when the echolocation functions are evaluated. In order to fully understand bats’ bisonar system theory and apply the nature law in engineering, we should study all the systems including bisonar, breath and flying, and establish the internal mechanism of interaction behind the behaviour and acoustic functions. .Through the modern sensor technology and data acquisition system, this project will get comprehensive record of acoustic and the other system behaviour when adult bats and bats baby face kinds of simulated environments. Based on the recording, behavior pattern and quantitative standard will be established to analysis the physical relation between behavior patterns and acoustic functions. The results will reveal how bats possess the unparalleled echolocation system through all the body and behaviors. 1. The project will full record external behavior patterns of the sonar system; 2. elucidate the nature law which bats knew but human don’t know. 3. The study of bat baby provide a reference for how bats build a sonar system bat and form complex behaviors in evolution. The application of the universal physical mechanism in engineering will take complex sensors with auxiliary systems and time-varying behaviors.

蝙蝠不仅拥有复杂的发声器官和超声接收器官，而且整体行为以超声定位系统为中心发展各类协助行为。目前的研究中注重蝙蝠的生物学特性研究，对各项时变行为从特殊点出发，未考虑全面整体性和其内在物理机制。本项目通过现代传感技术和数据采集系统，模拟室内室外各类环境，全面记录幼体成长中和成年蝙蝠面对不同任务时各子系统的声学行为和辅助行为，建立行为模式准则和量化标准，建立完整新型物理模型和理论，分析不同行为模式与任务目标之间的物理组合与关联，揭示蝙蝠完整回声定位系统优越功能的整体协作方式。项目结果1. 完整记录蝙蝠超声声纳系统运作的外在行为模式，2. 建立新型内在物理机制，阐明内在自然法则，3. 对幼体蝙蝠的超声声纳系统研究为蝙蝠进化过程中如何建立声纳系统并形成复杂行为提供参考。行为模式和自然法则的确立为蝙蝠的整体运作提供了统一普适的物理机制，引入工程学中，可发展制作新型具有辅助系统和时变行为的复杂传感器。

在漫长的进化中，蝙蝠将该种类所选择的听觉系统和技能发展得功能强大，使其种类繁多、族群壮大。本项目从蝙蝠的超声声纳系统各个结构及声学信号行为出发，主要通过建设现代传感技术实验平台，记录大量蝙蝠行为和声音行为数据，结合数字模型和声场波束分析，系统研究蝙蝠的超声声纳系统功能和物理机制。 .项目中完成了以下内容：1. 通过实验平台的完成，记录了多种蝙蝠的声音和行为，建立了基本的生物驯养、实验和数据库，进一步的行为模式参数和量化分析正在进行中。２．对两种蝙蝠鼻叶的具体结构及其在行为模式中的声学功能性影响进行了分析，建立了３０种蝙蝠外耳的声场波束数据库，并对其进行了本征向量和本征值的分析，以便于上述基本声学行为进行比对分析。通过实验平台和微型ＣＴ的结合使用，马铁菊头蝠鼻叶中顶叶的行为模式和三维固定模型被结合到一起，通过三维模型的数字填充鼻叶的特殊结构横槽，获得顶叶不同行为时刻的三维模型，声场波束结果显示顶叶横槽在顶叶形变过程中具有展宽主瓣功能，有利于蝙蝠探测微小目标物，顶叶横槽增加了旁瓣在声场空间中分布的复杂程度，有利于马铁菊头蝠探测除目标物以外的空间信息，合理的利用超声脉冲，达到能量最优利用率。而三叶蹄蝠鼻叶横槽的声场波束分析中标明，鼻叶横槽不仅对发出声场的近场有频率选择作用，促成了特定的频率处声压峰值的形成，对远场具有展宽主瓣、减小旁瓣的作用，有利于蝙蝠探测更多目标和优化能量。两种蝙蝠相同特征的横槽具有类似的声学性能。.蝙蝠大数据量的声音信号和行为模式，与蝙蝠数字三维模型的建立和声场波束分析，揭示了蝙蝠不同行为和结构对声场的影响，为建立蝙蝠系统性结构和行为模式与背后物理机制打下了基础，为设计和制作仿蝙蝠的智能超声探测器和雷达提供了设计方向和思路。