J'ai construit un tableau LiDAR monté sur la tête qui vous permet de voir le monde comme un dauphin grâce à des vibrations transmises par votre mâchoire. | shoppingmaroc.net


Je suis Andrew Thaler et moi construisons des choses étranges

Le mois dernier, alors que je voyageais à Kuching pour Make for the Planet Bornéo, j'avais une idée pour la prochaine étrange projet d'éducation sur l'océan: et si nous pouvions utiliser des écouteurs conducteurs d'os pour "voir" le monde comme un dauphin à travers l'écholocation?

 L'auteur portait un tableau LiDAR monté sur la tête, l'air très pensif.

Spoilers: Vous pouvez. Photo par A. Freitag.

Les écouteurs à conduction osseuse utilisent des haut-parleurs ou de minuscules moteurs pour envoyer des vibrations directement dans l'os de votre crâne. Cela fonctionne étonnamment bien pour écouter de la musique ou amplifier des voix sans obstruer l'oreille. La première fois que vous l'essayez, c'est une expérience étrange. Bien que vous entendiez bien le son, vous n'avez pas l'impression que ça passe par vos oreilles. La conduction osseuse est utilisée depuis longtemps dans les prothèses auditives ainsi que dans les systèmes de communication de qualité militaire et industrielle, mais la technologie a récemment émergé dans les écouteurs de sport pour les personnes qui veulent écouter de la musique et des podcasts sans se déconnecter le reste du monde. Plutôt que de s'ancrer au crâne, les écouteurs de sport sont juste devant l'oreille, là où la mâchoire inférieure rejoint le crâne.

Ce n'est pas complètement différent de la façon dont les dauphins (et au moins 65 espèces de baleines à dents) détectent le son.

Les dauphins, comme les chauves-souris, ont un système biosonaire qui leur permet de détecter des objets par écholocation. Cette grosse tête bulbeuse est remplie de graisse acoustique, un lipide dense qui leur permet de concentrer le son. Ces sons sont créés par une structure vocale sous leur blowhole appelé le complexe dorsal bursae-singe lèvres et honnêtement, je vais seulement dans tellement de détails ici à cause de comment grand nom est. Les clics ultrasoniques se déplacent à partir du complexe de lèvres de singe à travers le melon gras rempli de graisse, et émane de l'avant du melon. Ces clics rebondissent ensuite sur des objets dans l'océan et retournent au dauphin, qui traduit d'une manière ou d'une autre cette information dans la conscience spatiale.

 Coupe transversale d'une tête de dauphin montrant une production sonore et voyageant à travers le melon.

Une tranche de dauphin, montrant comment le son est produit. Incidemment, nous avons seulement confirmé que les dauphins peuvent écholoquer dans les années 1960, ce qui me semble vraiment tard étant donné qu'à peine 30 ans plus tard nous étions déjà en train de faire un jeu vidéo pour kids comme si c'était une connaissance commune universelle.

Voici la chose étrange, cependant. Les dauphins n'ont pas d'oreilles.

Du moins pas à l'extérieur. Les dauphins sont très profilés pour un voyage rapide à travers l'eau de mer et exposés, les oreilles externes non seulement créeraient une traînée mais produiraient de la cavitation et de la turbulence qui pourraient réellement interférer avec la détection sonore. Les dauphins sont, entre autres, des audiophiles extrêmes. Alors, comment entendent-ils? Niché dans leurs mâchoires inférieures est cette même graisse acoustique trouvée dans leurs grandes têtes. Leurs mâchoires inférieures sont en interface avec les structures de leur oreille interne, ce qui permet aux ondes sonores de remonter leur mâchoire jusqu'à leurs oreilles. Les dauphins "entendent" avec leurs mâchoires.

Pour un très bon aperçu du biosonar des dauphins (et des chauves-souris), consultez Au et Simmons (2007) Echolocation chez les dauphins et les chauves-souris. DOI: 10,1063 / 1,2784683 . Ce n'est pas un accès ouvert, mais il y a probablement une sorte de Hub for Science où vous pouvez facilement trouver une copie.

Ainsi, les écouteurs conducteurs osseux qui se trouvent à l'interface de votre mâchoire et de votre crâne sont un bon proxy pour les dauphins recevoir le son, mais comment le produire?

Le télémètre à ultrasons omniprésent qui semble venir emballé dans chaque kit Arduino a été la première réponse évidente. Les dauphins utilisent l'échographie, alors pourquoi ne pas commencer là? Après un peu de bricolage, j'ai réalisé que l'appareil avait une limitation majeure: sa portée est minuscule; à peine un mètre sur une bonne journée avec des conditions parfaites. Les unités à longue portée deviennent exponentiellement plus chères et consomment de plus en plus d'énergie. Je voulais un système d'écholocalisation inspiré des dauphins qui soit compact!

Grâce au mouvement des drones grand public, des unités LiDAR à temps de vol (pas de vrais systèmes LiDAR qui utilisent la réflexion laser, mais des émetteurs infrarouges focalisés qui font presque la même chose, mais moins cher) sont de plus en plus disponibles. Ces modules sont compacts, ont une faible consommation d'énergie, s'interfacent facilement avec Arduino et ont une plage de fonctionnement de 12 m. Parfait! Ce n'est pas une échographie, mais c'est un très bon proxy pour ce que j'essaie de construire.

 Une unité LiDAR montée sur une paire de lunettes au laser avec la boîte de contrôle en arrière-plan.

DolphinView

Enfin, j'ai exploité la puissance de la Glowforge pour couper le boîtier et la tête de montage de l'acrylique noir, combiné une série de composants supplémentaires pour charger et conduire le signal audio à une paire d'écouteurs, a déchiré un morceau de code rapide et sale pour tout faire parler, attaché une unité LiDAR à une paire de lunettes lasercut avec un support de montage, et DolphinView est né!

Ne vous inquiétez pas, tout est ouvert -source et prêt à construire. Les fichiers de formes, la nomenclature, le code et la documentation associée sont tous sur GitHub ainsi que sur Thingiverse.

Faire un essai routier dans notre parc local a été une expérience étrange. Avoir une audition complète et un battement constant de clics m'alertant de la proximité de l'objet qui se trouvait directement devant moi était un peu surréaliste et il a fallu un certain temps pour s'habituer à la surcharge sensorielle. Le système est loin d'être parfait et bénéficierait de la puissance de traitement supplémentaire que vous pourriez obtenir à partir de quelque chose comme un Raspberry Pi pour que le pilote audio et LiDAR puissent fonctionner indépendamment. En raison du fonctionnement de la fonction de temporisation, elle ne vous dit pas très bien si quelque chose va directement vers vous à haute vitesse. Il serait intéressant d'ajouter un télémètre à ultrasons pour permettre au porteur de sentir les choses plus près que la distance minimale de 30 cm du LiDAR.

En marchant, vous commencez à comprendre ce que signifient tous les clics, et avec un peu de pratique, vous pouvez facilement repérer pense comme des portes ouvertes avec les yeux fermés *.

Nous ne savons pas réellement ce que les dauphins "voient" quand ils projettent des sons sur des objets complexes. A partir d'expériences et de modèles, nous savons qu'ils peuvent percevoir l'épaisseur ainsi que la distance des objets cibles. Sans être à l'intérieur d'un cerveau de dauphins, nous n'avons aucun moyen de savoir s'ils peuvent former des modèles complexes et en trois dimensions du monde à travers le biosonar seul ou s'il agit plus comme les pings rapides du SONAR d'un vaisseau

ne sont pas aussi intimidants que vous pourriez le penser. De la conception à la réalisation, moins de 2 jours (hors délai de livraison). Le code est à peine 15 lignes, la plupart du temps si bricolé du code existant. Les morceaux de lasercut sont gentils, mais pas nécessaire. La construction entière coûte moins de 100 $. La documentation a pris presque aussi longtemps que la construction de la chose.

Alors sortez et faites des choses bizarres!


Si vous ne savez pas par où commencer, Surveillance environnementale avec Arduino: Construire des périphériques simples pour collecter des données Au sujet du monde autour de nous est un livre fantastique pour vous présenter au monde des systèmes de sonde de DIY.


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* Regardez, je sais ce que vous pensez. Oui, peut-être, peut-être une itération beaucoup plus raffinée de ce pourrait être une aide utile pour les personnes ayant une déficience visuelle. Mais c'est une chose maladroite que j'ai jouée ensemble dans quelques jours pour apprendre aux enfants à propos des dauphins. Lancer des morceaux aléatoires de technologie dans l'éther est beaucoup moins attrayant que de simplement rendre la société et les espaces publics accueillants et accessibles aux personnes de toutes capacités.


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