Robotflagermus skal være politiets øre
Robotforskere på Syddansk Universitet er i gang med at udvikle en robot, der hører og navigerer på samme avancerede måde, som en flagermus.

Flagermusarten Noctilio leporinus, der jager byttedyr hen over vand. (Foto: med tilladelse fra Signe Brinkløv, SDU)

Flagermusarten Noctilio leporinus, der jager byttedyr hen over vand. (Foto: med tilladelse fra Signe Brinkløv, SDU)

Forestil dig en lille robot, der i løbet af få minutter flyver igennem samtlige rum i en brændende etageejendom og med sin fantastiske hørelse lytter sig frem til alle ofre - eller som ubemærket forfølger en flok røvere og afdækker alt, hvad de laver, i nattens mulm og mørke.

Det lyder som ren utopi, men sådanne robotter bliver efter alt at dømme til virkelighed i løbet af de næste par år. Det mener robotforskere på Mærsk McKinney Møller Instituttet, Syddansk Universitet, der allerede har en flyvende robotflagermus i støbeskeen.

Visionen er at skabe en robot med en uovertruffen god hørelse.

»Flagermusen har en unik sonar, der gør den i stand til at danne knivskarpe billeder af sine omgivelser, som langt overgår dem, vi ser med øjnene. Vores drøm er at overføre dette system til en robot, så den bliver lige så god til at høre og navigere som flagermusen. Sådanne robotter vil eksempelvis være gode til udforskning af røgfyldte bygninger eller overvågning af gader og stræder om natten, hvor de eksisterende overvågningskameraer kommer til kort,« siger professor i robotteknologi John Hallam, der leder forskningsprojektet.

De danske robotforskere vælger helt bevidst at hente inspiration til deres robotter fra dyreriget. Som et af de få steder i verden arbejder instituttet ud fra den overbevisning, at det ikke er så vigtigt, hvad robotten har i hovedet - det er kroppens form, der er afgørende, og John Hallam og hans kolleger arbejder ligefrem med et begreb kaldet 'kropslig intelligens'.

»Hvis du laver en robot med den rigtige form, så gør du det lettere for robotten at løse en opgave. Problemet er, at vi som robotforskere kun kender opgaven og ikke den rigtige form. Her kan vi lære meget af mange dyr, for de har brugt årtusinder på at udvikle de fantastiske egenskaber, som vi efterspørger,« siger han.

Øreflap filtrerer lydsignaler

For at kunne konstruere en robot med samme egenskaber som en flagermus, skal forskerne altså have nogenlunde styr på, hvordan de forskellige kropsdele virker. Flagermusens krop er imidlertid ikke særligt velforstået, så derfor har robotforskerne allieret sig med biologer fra blandt andet Biologisk Institut på Syddansk Universitet, der skal hjælpe dem med at blive klogere på dyret. Igennem de sidste ti måneder har teamet været i felten for at udforske flagermusens adfærd, og det har allerede ført til et væld af opsigtsvækkende forskningsresultater.

Det har længe været kendt, at flagermus finder vej ved at udsende ultralyds-skrig, når de flyver gennem luften. Ud fra det ekko, der kommer tilbage fra omgivelserne, kan dyret danne sig et meget detaljeret billede af, hvordan verden ser ud.

Til gengæld har biologerne ikke kunnet finde en forklaring på øreflappernes enorme størrelse, men det har de seneste studier nu kastet lys over.

»Forsøget viser, at øreflappen har en vigtig funktion: noget tyder på, at øreflapperne filtrerer de signaler, som flagermusen modtager som ekko. Hvis flagermusen skriger med høj frekvens, modtager flagermusen kun lyd fra nogle retninger. Er frekvensen derimod lav, får flagermusen signaler fra andre retninger. Uden flappen ville lyde fra alle retninger formentlig mudre sammen i øret, så dyret skulle bruge hele sin hjernekapacitet på at analysere lydene for at kunne orientere sig. Øreflappen kan altså siges at aflaste hjernen og er et udtryk for kropslig intelligens,« siger robotforsker Kasper Støy, der også er tilknyttet projektet.

Sådanne forsøg er tidligere forsøgt gennemført med levende flagermus, men det krævede at man klippede ørerne af dem - derfor blev det kun gjort i begrænset omfang. Med robothovedet har man for første gang mulighed for at gennemføre forsøget igen og igen og kan for alvor undersøge, hvordan flagermusen udforsker sine omgivelser og går på jagt.

Kan se skjult og stillesiddende insekt

Ved hjælp af en mikroscanner har robotforskerne skabt meget præcise 3D-modeller af forskellige flagermusearters ører. (Foto: R. Mueller, SDU)

Så langt så godt, men der er stadig masser af gåder, som venter på at blive løst.

»Inden længe vil vi tage til Panama for at studere en flagermusart, der kan opspore et insekt, selv om det falder fuldstændigt i med omgivelserne og sidder bomstille inde i en busk. Flagermusen kan endda 'se' hvilken vej insektet sidder, for flagermusen griber altid fat i insektet bagfra. Vi aner ikke, hvordan dyret gør det, men det vil de kommende forsøg forhåbentligt afklare,« siger John Hallam.

Forskerholdet studerer dog ikke kun eksotiske flagermus under fjerne himmelstrøg. Også i Danmark vrimler det med flagermus, og dem vil John Hallam og hans kolleger studere med hjælp af såkaldte højhastighedskameraer.

Mange flagermus har en fantastisk evne til at suse hen over vandoverfladen på en sø i få centimeters højde uden at ramme vandoverfladen. Samtidigt slår flagermusen kun ned på byttedyr, mens den ignorerer blade og andre små ting, der skvulper rundt i vandoverfladen. Håbet er, at højhastighedsfilm kan afsløre, hvordan dyret gør.

Noget af et puslespil

Arbejdet med at bygge en flagermus-robot kan sammenlignes med at samle et gigantisk puslespil. For at kunne samle puslespillet til en helhed, skal hver brik have den helt rigtige form.

»Lige nu prøver vi at forstå, hvordan dyrenes sanser virker, og hvordan de forskellige flapper og knurhår binder ind til dyrets neuroner i hjernen. Det er her, hovedarbejdet foregår nu. Når man har styr på alle delene, kan man så samle dem til en helhed,« siger Kasper Støy.

Forskerne byggede robotten CIRCLE (Chiroptera Inspired Robotic CEphaloid) der simulerede flagermusens biosonar. Robothovedet blev ikke alene brugt til at studere, hvordan flagermusen 'ser' sin omverden, men også hvordan dyret udforsker den. (FOTO: chiroping)

John Hallam og hans kolleger vil studere flagermus i endnu nogle måneder, men i løbet af foråret vil de for alvor begynde at udvikle teknologierne. Der er altså stadig mange spørgsmål, der skal besvares, før Hallam og hans kolleger står med en fiks og færdig robotflagermus i hænderne. Alligevel er de optimistiske.

»Vi forventer, at vi har udviklet teknologien til en robotflagermus i løbet af de kommende 12 måneder, eller i hvert fald inden for de næste to år. Så snart vi har den fulde forståelse af, hvordan flagermusens hørelse er bygget op, kan vi lettere se, hvordan man kan overføre teknologien til andre typer af robotter, og så bliver det for alvor skægt,« siger John Hallam.

3D-model kan ændre form

Indtil for nylig var det et mysterium, hvorfor størrelsen af flagermusenes ører varierede fra art til art, og hvorfor nogle arter havde lige så store ører som kroppen selv. At bære så store ører er ekstremt energikrævende for flagermusen, og evolutionen tillader kun den løsning, hvis det giver dyret en stor biologisk fordel.

For at løse gåden, byggede forskerne i samarbejde med ingeniører fra Antwerpen Universitet i Belgien en elektronisk model af et flagermushoved med ører.

Først scannede forskerne hovedet på forskellige flagermusarter ved hjælp af en såkaldt mikroscanner.

Flagermusen kan se et insekt, der sidder bomstille inde i en busk. Hvordan pokker gør den det?

John Hallam

Herefter kunne forskerne ud fra billederne skabe en nøjagtig 3D-model af hovedet. Ud over at have samme størrelse og proportioner som et flagermushoved, har modellen den ekstra feature, at ørerne kan gøres større og mindre.

Forskerne gennemførte nu et forsøg, hvor flagermus-hovedet blev trukket igennem et rum, der blev gennemlydt af et signal. Undervejs igennem rummet undersøgte forskerne, hvilke signaler, der kom ind i ørerne.

Indbygget filter sorterer lyden

Forsøget viste, at øreflapperne filtrerede den indkomne lyd, så flagermusen kun fik lyd tilbage fra bestemte retninger, når den udsender et skrig med en bestemt frekvens. På den måde aflaster øreflapperne dyrets hjerne, så den slipper for at bruge energi på at analysere lyden.

Modellen af flagermusens hoved er på størrelse med hovedet af en rigtig flagermus, og erfaringen viser, at dette er vigtigt. I midten af 90erne konstruerede John Hallam en flagermus-robot, der var 12 centimeter lang og dermed på størrelse med en opvaskebørste. En levende flagermus er derimod kun to centimeter på hvert led. Det lykkedes derfor heller ikke at give robotflagermusen de ønskede egenskaber.

Denne gang har John Hallam og hans kolleger sat alt ind på at skabe en robot med de samme mål som en rigtig flagermus, og det i sig selv er en stor teknologisk udfordring.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.