Sonda compacta inspirada en delfines para imágenes acústicas subacuáticas mejoradas

Los sonares de imágenes submarinas son una tecnología esencial para la exploración oceánica. Los sonares biomiméticos inspirados en mamíferos marinos como los delfines son un desarrollo emergente en este campo. Un equipo de científicos del Instituto de Ciencias Marinas Tropicales (TMSI) de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado un sonar compacto inspirado en los delfines con un novedoso método de procesamiento de eco que permite obtener imágenes visuales más claras bajo el agua en comparación con el método convencional de procesamiento de señales para visualizar ecos de sonido.

El sonar incorpora información sobre la escasez de objetos que ayuda a interpretar mejor los ecos de sonido. Este método de procesamiento se basa en la hipótesis de que los delfines utilizan información previa sobre su entorno, además de pulsos de sonido de banda ancha, para interpretar sus ecos.

En comparación con otros sonares de tamaños y propósitos similares, el sonar desarrollado por el equipo de NUS ofrece un mejor equilibrio entre la claridad de la imagen del sonar, la cantidad de sensores y el tamaño de la matriz de sensores utilizada. Los métodos convencionales de procesamiento de ecos de sonido generalmente fallan cuando los sensores son muy pocos o están dispersos. Sin embargo, el método de procesamiento de sonar desarrollado por los investigadores de NUS podrá extraer información y aún así producir claridad de imagen en tal escenario.

El estudio fue publicado en Ingeniería de Comunicaciones en 2022.

Interpretación de sonda inspirada en delfines

Los científicos observaron que los delfines podían escanear acústicamente objetos bajo el agua y seleccionar visualmente objetos coincidentes. Esto demostró que los ecos de sonido de un delfín emitidos por un objeto contenían información de la forma del objeto. Luego registraron los ecos de delfines emitidos al escanear un objeto bajo el agua.

Basándose en sus observaciones, el equipo construyó un sonar biomimético que replicaba el sonar de un delfín. El sonar, que tiene unos 25 cm de ancho y aproximadamente el tamaño de la cabeza de un delfín, está diseñado para emitir chasquidos agudos e impulsivos similares a la ecolocalización de un delfín. Se utilizan tres transmisores para enviar sonidos desde diferentes direcciones. Luego, los investigadores procesaron los sonidos tanto del delfín como de su sonar para visualizar lo que los ecos revelaron sobre la forma del objeto.

Para complementar el hardware, el equipo ideó un software innovador que permitió que el sonar mejorara la visualización de los ecos. Basados ​​en la hipótesis de que los delfines usan información previa para procesar sus ecos, los investigadores incorporaron el concepto de escasez en el software del sonar. Esto supone que, del espacio escaneado, solo un pequeño porcentaje está ocupado por el objeto.

«Usar información previa, como la idea de escasez, es intuitivo. Es algo que los humanos hacemos todo el tiempo: convertimos nuestra comprensión de la realidad en expectativas que pueden acelerar nuestras inferencias y decisiones. Por ejemplo, en ausencia de otra información , el cerebro humano y el sistema de visión tienden a asumir que en una imagen, la luz sobre un objeto caerá desde arriba», dijo el Dr. Hari Vishnu, investigador principal de NUS TMSI.

La eficacia del software se demostró cuando pudo visualizar información de los ecos del sonar de un delfín al escanear un objeto, así como señales de sonar producidas por su sonar compacto. Un enfoque convencional de procesamiento de ambos ecos de sonar resultó en imágenes ruidosas. Sin embargo, el enfoque de procesamiento novedoso proporcionó una mejor resolución y, por lo tanto, imágenes más nítidas. El software también puede generar visualizaciones con solo tres clics del sonar, lo que le permite ser operativamente rápido.

El nuevo método de procesamiento de sonar podría tener beneficios potenciales en sonares comerciales o militares submarinos. Por ejemplo, podría usarse para escanear el lecho marino para buscar características que puedan usarse para ayudar a la navegación. El tamaño compacto del sonar también lo hace adecuado para montarlo en robots submarinos para la exploración del océano.