Von der Echoortung der Fledermäuse schauen sich Nürnberger Wissenschaftler Techniken ab, um daraus Sensoren zu entwickeln, die Objekte mittels Ultraschall erkennen können. Diese könnten eines Tages beispielsweise Blinden helfen, Hindernisse zu erkennen und ihnen auszuweichen.
Bisher gehörte das Forschen über Fledermäuse eigentlich in den Bereich der Zoologie. Wenn sich nun Wissenschaftler des Lehrstuhls für Sensorik der Universität Erlangen-Nürnberg mit den Aktivitäten dieser Tiere beschäftigen, hat das einen anderen Hintergrund. Die Forscher rund um Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Reinhard Lerch interessieren sich vor allem für die Nase, den Mund und die Ohren – vielmehr um das, was die flauschigen Flieger damit anstellen. Im Rahmen eines EU-Projekts wollen die Wissenschaftler von den Fledermäusen alles über die Objekterkennung mittels Ultraschall lernen und wählen damit bewusst einen anderen Weg als die Forscher, die auf die Objekterkennung mittels Kamera setzen.
„Dabei hat die Objekterkennung mittels Ultraschall mehrere Vorteile“, so Prof. Lerch. „Denken Sie nur an die Ultraschall-Einparkhilfen in Autos: Ein Ultraschallsensor arbeitet selbst bei Dampf, Staub, Regen oder Schnee.“ Auch im Bereich der Medizintechnik sieht Prof. Lerch Anwendungsmöglichkeiten. „Ich könnte mir vorstellen, dass wir den Ultraschallsensor auch bei blinden Menschen einsetzen können, um ein Hindernis akustisch anzuzeigen.“ Der Vorteil der Ultraschallsensoren gegenüber den optischen Systemen liegt vor allem in den geringeren Kosten.
Fledermauskopf als Modell
Noch ist das Produkt nicht fertig. Momentan arbeiten die beteiligten Wissenschaftler an den Einzelteilen eines künstlichen Fledermauskopfs, mit dem erforscht werden soll, wie das Senden und Empfangen von Signalen bei den Fledermäusen genau funktioniert. Die Ohren und der Mund werden sich bei diesem Fledermauskopf realitätsgetreu bewegen können. „Das Drehen des Kopfes und der Ohren ist bei der Erforschung des Ultraschall-Ortungssystems entscheidend“, so Prof. Lerch. An der Universität Erlangen-Nürnberg arbeitet man schwerpunktmäßig an den Ohren, die das Signal aufnehmen, und an dem Teil, das das ausgehende Signal erzeugt und empfängt. Die Forscher nennen es Ultraschallwandler. Die Schwierigkeit bei diesem Gerät war die Größe.
„Um das Senden und Empfangen realitätsgetreu nachvollziehen zu können, darf auch der künstliche Fledermauskopf mit allen integrierten technischen Geräten nicht größer als das Original sein“, so Dipl.-Ing. Alexander Streicher, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl von Prof. Lerch. Mit Hilfe einer ferroelektrischen Folie mit zellularer Struktur konnte das Größenproblem des Ultraschallwandlers gelöst werden. An der Behebung eines weiteren Problems arbeiten die Wissenschaftler gerade: Bisher ist es noch nicht gelungen, den gesamten Frequenzbereich der Fledermäuse, der zwischen 20 und 200 kHz liegt, realitätsnah zu erzeugen.
Algorithmus bildet Ohr nach
Neben den Eigenschaften der Ultraschallwandler sind das Fledermausohr und dessen unterschiedliche Form für die Empfang entscheidend. Zunächst wurden verschiedene Arten von Fledermausohren mittels Röntgenverfahren eingescannt und daraus Computermodelle für die Simulation und Kunststoffmodelle für die Messung erzeugt. Mit Hilfe eines eigens am Lehrstuhl entwickelten Programms wurde die günstigste Richtung der Ohren ermittelt, die geeignete Form erzeugte ein genetischer Algorithmus.
Die Empfangsqualität der Ohren wird im reflektionsarmen Raum des Lehrstuhls für Sensorik untersucht. „Die Wände, der Boden und die Decke sind mit Schaumstoffplatten verkleidet, die die gesamte Akustik dämpfen. Hier kann störungsfrei an den Ohren als Empfangsanlagen gearbeitet werden“, so Alexander Streicher. Wenn der Fledermauskopf zusammengesetzt ist, wird sich zeigen, ob die Menschen ein weiteres Rätsel der Natur geknackt haben.
(Universität Erlangen-Nürnberg, 06.09.2004 – NPO)
