布里斯托尔大学牵头的一项研究提出,野生蝙蝠在完全黑暗中穿行森林等复杂环境时,可能依赖一种被称为“声流速度”的线索来控制飞行速度并完成导航。相关成果已发表在《英国皇家学会学报B辑》。
夜间捕食的蝙蝠会利用生物声纳(回声定位)感知周围环境,但在障碍物密集的栖息地中,一次叫声会产生来自不同方向与距离的多重回声,如何在实时飞行中处理大量重叠回声并保持高精度移动,长期以来仍缺乏清晰解释。研究团队表示,逐一解析每个回声在实际情境中难度很高,因此蝙蝠可能会采用其他导航策略。
该研究由航空航天工程师与生物学家共同开展。论文第一作者、布里斯托尔大学土木、航空航天与设计工程学院的Athia Haron博士称,蝙蝠能够解读自身发声在附近物体上的反射回声,但其在复杂栖息地中导航并定位猎物的机制,直到近期才开始被进一步理解。
研究团队将注意力集中在“声流速度”概念上。布里斯托尔大学生物科学学院感官生物学教授Marc Holderied解释称,蝙蝠飞行并发声时,回声会因物体距离以及蝙蝠飞行速度不同而以略有差异的速率返回,从而形成一种“声音流动”。通过感知这种声音流的变化,蝙蝠可能据此判断自身速度并构建周边环境的空间信息。

为检验这一假设,团队在野外搭建了一台定制装置“蝙蝠加速器”:一条长8米的飞行走廊,两侧安装可旋转的树篱状面板,面板上布置8000个声学反射器(人工叶片),以模拟真实树叶覆盖的树篱所产生的自然回声。
研究人员在三晚内记录了181条小蝙蝠的飞行轨迹,其中104只蝙蝠至少完整飞行了测试段的8米长度,相关数据被纳入分析。实验中,团队通过控制反射器的运动方向与速度,改变蝙蝠在飞行时通常经历的声流速度,并测量蝙蝠的速度响应。
结果显示,当反射器逆着蝙蝠飞行方向移动、声流速度增加时,蝙蝠会显著降低飞行速度,最大降幅达28%;当反射器顺着飞行方向移动时,蝙蝠则会加速。研究团队据此认为,蝙蝠对多普勒频移(声流的关键特征)高度敏感,并可能利用这一线索进行速度控制。
布里斯托尔大学土木、航空航天与设计工程学院联合作者Shane Windsor博士表示,团队通过“旋转树篱”飞行走廊的实验观察到,回声定位蝙蝠会依赖“声流”来调节速度,研究结果为其可能利用该机制进行导航提供了证据。研究团队同时指出,这一基于多普勒效应的声流导航原理,或可为无人机及自动驾驶车辆在复杂环境中的导航方法提供启发。
