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박쥐는 초음파를 어떻게내는 건가요?

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.[출처 : http://www.unisci.com/ ] 브라운 대학의 연구에 의해 박쥐는 생물학자들이 생각했던 것보다 음파 영상을 3배 정도 더 뚜렷하게 분석했고 인공 장비보다도 더 우수해서 앞으로 해군의 수중음파탐지기나 다른 분야의 발전에 도움이 될 것으로 보인다. 박쥐 뇌에서 일어나는 음파 에코 처리 과정은 생각보다 아주 복잡했다. 실험에서, 박쥐들은 각각 2마이크로 초(1초의 1/500) 간격으로 전달되는 중복된 에코를 따로따로 인식하는 것으로 나타나, 포유류에서 가능하다고 생각하던 것보다 3배 정도 더 예민했다. 이런 능력은 박쥐의 신경계 때문으로, 1mm의 3/10만큼 가까운 물체에서 반사되는 에코를 분석할 수 있다. 이 정도의 영상 해상도는 인공 음파 탐지기보다 훨씬 더 좋다. 박쥐와 같은 음파를 이용했을 때 현재 가장 좋은 인공 음파 탐지기로는 5-10마이크로 초 정도 간격으로 전달되는 에코밖에 처리할 수 없다. 결국, 박쥐는 2마이크로초만큼 떨어진 간격으로 전달되는 에코도 10마이크로 초만큼 쉽게 처리했다. 박쥐는 고주파 음파를 보내고 다시 돌아오는 에코를 분석해 주위 환경을 본다. 물체 크기에 따라서 가지 각색의 에코가 되돌아오고, 박쥐는 이 스펙트럼을 이용해 분석한다. 음파 영상 장치의 해상도는 분리된 물체로 탐지되는 두 개 물체의 최소 거리를 의미하며, 박쥐는 자세한 한 가지 영상을 만들기 위해 돌아온 음파를 두 가지 방법으로 처리한다. 한 가지는 뇌를 이용한 것으로 돌아온 에코의 타이밍을 측정하고 목표까지의 거리를 결정한다. 다른 한 가지는 뉴런이 3차원 영상을 만들기 위해 에코의 스펙트럼을 측정한다. 브라운 대학의 제임스 시몬스 교수팀은 박쥐 뇌에서 일어나는 뉴런 반응을 기록하는 실험을 시작했고, 이런 뉴런 반응과 유사하게 음파 영상을 만드는 컴퓨터 모델을 만들기 위해 분해능에 대한 새로운 정보를 이용하고 있다. 이 실험은 특히 먼 곳에 있거나 분명치 않은 물체를 탐지하기 위해 인공 음파 탐지기나 훈련된 돌고래를 이용하는 해군에게 아주 중요하다. 돌고래나 박쥐 모두 음파 처리 기능이 있지만 실험실에서 연구하기에는 박쥐가 더 좋다.

학문 / 생물·생명

23.09.10

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