Corujas: inspiração para dispositivos biomiméticos de navegação direcional

Engenheiros da Penn State University acabam de divulgar um estudo biomimético no qual analisam o modo como o cérebro das Corujas de Celeiro utiliza o som para localizar suas presas. A ideia é reproduzir o funcionamento para construir um novo padrão de dispositivos eletrônicos de navegação direcional.

A iniciativa veio após a equipe se deparar com o modelo de localização sonora criado por Lyoyd Jeffress. Desenvolvido em 1948, esse conceito explica como os sistemas auditivos biológicos registram e analisam pequenas diferenças no tempo de chegada do som para os ouvidos. Assim, conseguem localizar a fonte emissora.

Distância entre os ouvidos: chave para a localização

“As corujas podem descobrir de qual direção o som está vindo com uma precisão na ordem de 1 a 2 graus”, explica o professor assistente envolvido na pesquisa, Saptarshi Das, em matéria publicada no portal da universidade. “Já os humanos, não são tão precisos. As corujas usam essa habilidade para caçar, especialmente porque o fazem à noite e sua visão não é tão boa assim.”

A capacidade de usar o som para localização está associada à distância entre as orelhas. No caso das Corujas de Celeiro, cujo espaço é bastante pequeno, o cérebro adaptou-se para discriminar com a maior precisão possível a direção de onde vêm os estímulos sonoros. Assim, se o animal estiver diretamente voltado para a origem da fonte, as duas orelhas receberão o som ao mesmo tempo. Por outro lado, se a fonte estiver mais à direita, então o ouvido do mesmo lado receberá o estímulo um pouco antes que o esquerdo.

A partir do momento em que o som é captado – e tendo-se em vista que sua velocidade é maior que a de transmissão do estímulo pelos nervos da coruja – o cérebro do animal o converte em impulso nervoso e, imediatamente, desacelera-o para garantir o devido processamento. Com isso, redes nervosas de diferentes comprimentos e com entrada nas duas extremidades são utilizadas para determinar a exata distância onde os sinais (vindos de cada ouvido) coincidem. Assim, é possível estabelecer a direção da fonte sonora.

Transistores biomiméticos: emulando redes de nervos cerebrais

Corujas de Celeiro: inspiração para transistores biomiméticos

Na pesquisa de Saptarshi Das e sua equipe, foi criado um circuito eletrônico biomimético capaz de desacelerar os sinais de entrada e determinar o ponto de coincidência, imitando o funcionamento do cérebro da Coruja de Celeiro. Eles desenvolveram uma série de transistores de sulfeto de molibdênio para imitar a rede de nervos do cérebro da coruja que só transmite corrente quando as duas portas coincidirem, a partir da sintonização em um comprimento específico que registrará o som.

No entanto, apenas a direção não fornece a localização exata da fonte sonora. Para uma maior precisão, o dispositivo também precisa saber a altura em que ela se encontra. E esse é justamente o próximo desafio que a equipe está tentando superar.

Para esse primeiro protótipo de circuito, os pesquisadores utilizaram substratos-padrão, mas acreditam que, em uma próxima etapa, materiais bidimensionais (2D) poderão ser muito mais precisos e eficientes em termos energéticos. A redução no consumo de energia seria especialmente interessante para os dispositivos que trabalham sob baixa potência.

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“Milhões de anos de evolução no reino animal garantiram que apenas os materiais e estruturas mais eficientes sobrevivessem”, diz Sarbashis Das, outro pesquisador envolvido no estudo. “Com efeito, a natureza fez a maior parte do trabalho para nós. Tudo o que temos a fazer agora é adaptar essas arquiteturas neurobiológicas aos nossos dispositivos semicondutores.”

A equipe está agora analisando outros animais e outros circuitos sensoriais para pesquisas futuras. O grande diferencial do estudo está em replicar os supersensores do reino animal que, muitas vezes, superam a capacidade de processamento visual, auditivo e olfativo dos seres humanos.

Para ler mais detalhes, acesse o portal da Penn State University