Rolf Mueller和他的团队设计的合成蝙蝠耳。功劳:弗吉尼亚理工大学受蝙蝠耳朵工作的启发，弗吉尼亚理工大学机械工程教授罗尔夫·穆勒创造了生物启发技术，可以确定声音的起源位置。穆勒的开发工作从一个比以前的方法更简单和更准确的声音定位模型开始，以前的方法传统上是模仿人耳的。他的工作标志着50年来确定声音位置的第一个新发现。
这项发现由穆勒和前博士生、第一作者尹晓燕发表在《自然机器智能》杂志上。
穆勒说:“我一直钦佩蝙蝠基于超声波导航复杂自然环境的神奇能力，并怀疑这种动物耳朵的异常活动可能与此有关。
一种新的声音定位模型
蝙蝠在飞行时通过回声定位来导航，通过不断发出声音和倾听回声来确定物体的距离。超声波从蝙蝠的嘴里发出，从它周围的环境中反射回来，作为回声返回。它们也从环境声音中获得信息。比较声音以确定它们的来源被称为多普勒效应。
多普勒效应在人耳中的作用不同。1907年的一项发现表明，人类可以凭借两只耳朵找到位置，两只耳朵是将声音数据传递给大脑进行处理的接收器。在两个或两个以上的接收器上操作，可以辨别只包含一个频率的声音的方向，任何听到汽车喇叭声音经过的人都会很熟悉。喇叭是一个频率，耳朵和大脑一起工作，建立汽车行驶的地图。
1967年的一项发现表明，当接收器的数量减少到一个时，如果遇到不同的频率，一只人耳可以找到声音的位置。就过往的汽车而言，这可能是汽车喇叭与汽车发动机的轰鸣声相配合。
根据穆勒的说法，人耳的工作方式启发了过去精确定位声音位置的方法，这些方法使用压力接收器，如麦克风，并配有收集多个频率或使用多个接收器的能力。基于对蝙蝠的研究，穆勒知道它们的耳朵比人类的耳朵更能接收声音。这促使他的团队追求单一频率和单一接收器的目标，而不是多个接收器或频率。
创造耳朵
当他们在单接收器、单频率模型下工作时，穆勒的团队试图复制蝙蝠移动耳朵的能力。
他们创造了一种柔软的人造耳朵，其灵感来自马蹄和旧大陆叶鼻蝙蝠，并将其连接到一根弦和一个简单的马达上，定时使耳朵在接收到声音的同时颤动。这些特殊的蝙蝠有耳朵，能够对声波进行复杂的转换，所以大自然现成的设计是一个合乎逻辑的选择。这种转变始于外耳的形状，称为耳廓，它利用耳朵接收声音时的运动来创造多种接收形状，从而将声音导入耳道。
Yin和Mueller在单接收器、单频率模型中面临的最大挑战是解释输入信号。如何将传入的声波转化为可读和可解释的数据？
研究小组将耳朵放在麦克风上方，创造了一种类似蝙蝠的机制。飘动的羽扇豆的快速运动产生了多普勒频移信号，这些信号显然与声源的方向有关，但由于模式的复杂性，不容易解释。为了解决这个问题，尹和穆勒采用了一种深度神经网络:一种模仿大脑多层处理的机器学习方法。他们在计算机上实现了这样一个网络，并训练它提供与每个接收到的回波相关的源方向。
为了测试由耳朵和机器学习组成的系统的性能，他们将耳朵安装在一个旋转装置上，该装置还包括一个激光指示器。声音随后从相对于耳朵不同方向放置的扬声器中发出。
一旦声音的方向被确定，控制计算机将旋转钻机，使激光指示器击中附在扬声器上的目标，精确定位半度范围内的位置。人类的听觉通常用两只耳朵来确定9度以内的位置，最好的技术已经实现了7.5度以内的定位。
穆勒说:“这些能力完全超出了目前技术的范围，但所有这些都是通过更少的努力实现的。“我们的希望是为复杂的户外环境带来可靠和有能力的自主性，包括精准农业和林业；环境监测，如生物多样性监测；以及国防和安全相关的应用。”
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