蝙蝠利用回聲定位的技能——在飛行中以及黑暗裡精確鎖定獵物——長期以來一直是科學家和工程師的靈感源泉，這促使了一些進步，包括為視障者研製新型醫療裝置以及複雜的雷達系統。現在，研究人員已經建立了一個3D聲納系統，當與高速攝像機結合使用時，能更容易“看到”蝙蝠回聲定位的實際運作情況。這項新技術可能會揭示更多有關回聲定位以及捕食者 – 獵物相互作用的有價值的見解，1月8日發表在《IEEE感測器快報》上的一項研究對其進行了描述。它也可能為未來更多受蝙蝠啟發的技術鋪平道路（https://ieeexplore.ieee.org/document/10833678）。

蛾類和蝙蝠世代以來一直處於一場進化的軍備競賽之中。隨著蝙蝠進化出更復雜的回聲定位策略，蛾類也相應地進化出自己的防禦手段。例如，一些蛾類進化出了一層獨特的吸音薄鱗片，還有一些蛾類學會了發射自己的超聲波來干擾蝙蝠的回聲定位訊號，就像一個生物無線電干擾器。

在野外觀察這些戰鬥策略並非易事，部分原因是蝙蝠和蛾類都在昏暗的環境中快速敏捷地活動。

Jan Steckel是比利時安特衛普大學Cosys – 實驗室的一名副研究教授。在21世紀初攻讀博士學位期間，他對昆蟲回聲產生的各個方面進行了一些測量，這涉及靜止的昆蟲和振翅的昆蟲。多年來，同事們越來越多地找Steckel，尋求能用於研究野外蝙蝠 – 昆蟲相互作用的更好技術。

這促使Steckel及其同事建立了他們新穎的感測器系統，名為振翅即時成像聲納（FL – RTIS），該系統將高速攝像機與3D聲納感測器整合在一起，以研究昆蟲充滿一個區域聲音（這一過程被稱為聲照射）的能力。

“FL – RTIS是首個能夠同時高速測量振翅昆蟲三維回聲動態的感測器，” Steckel說道，並指出其他系統要麼需要數分鐘才能完成一次完整的3D聲音掃描，要麼能快速記錄單向聲音——但還未能快速捕捉3D聲音。

特別是，該系統能夠以100赫茲的頻率捕捉振翅昆蟲的回聲，這一脈衝重複頻率是蝙蝠在近距離鎖定獵物時經常使用的（這種技術被稱為“terminal buzz phase”， https://www.frontiersin.org/journals/behavioral-neuroscience/articles/10.3389/fnbeh.2010.00033/full）。

FL – RTIS是一個完全嵌入式的感測器系統，它使用一組麥克風、一個寬頻超聲揚聲器和一個嵌入式圖形處理單元（GPU）來進行處理。

該系統採用一種被稱為最小方差無失真響應波束成形（minimum variance distortionless response beamforming，https://vocal.com/beamforming-2/minimum-variance-distortionless-response-mvdr-beamformer/）的方法來處理聲音資料，這種方法有助於在增強目標檢測和跟蹤能力的同時抑制來自其他來源的干擾和噪聲。該技術無需大型麥克風陣列就能實現更好的聲學影像空間解析度。

同時，由麥克風陣列記錄的隨機電訊號和閃爍的發光二極體（LED）燈有助於以微秒級的精度使高速攝像機和3D錄音裝置同步。這種高度的同步性為聲學和視覺資料流之間提供了時間上的一致性。

研究人員首先在實驗室裡透過記錄旋轉的風扇，並將回聲訊號疊加到影像上來測試這個新系統，之後在實驗室裡用月形天蠶蛾（luna moths）進行了類似的測試。他們還將新的振翅即時成像聲納（FL – RTIS）系統帶到野外，對厄瓜多和莫三比克雨林中的大約200個昆蟲樣本進行了多次測量。

雖然這些最初的野外實驗表明，FL – RTIS能夠捕捉移動昆蟲的聲音和視覺資料，但現在生物學家正在使用這個工具來揭示厄瓜多蝙蝠和蛾類之間的捕食者 – 獵物相互作用。Steckel表示，這些資料目前正在分析之中，應該很快就會有結果。

與此同時，Steckel有興趣繼續開發像FL – RTIS這樣獨特的技術，他指出這是“一種被感測學界忽視太久的小眾技術”。