الأجهزة الحسية النشطة
الأجهزة الحسية النشطة (إنگليزية: Active sensory systems)، عبارة عن مستقبلات حسية يتم تنشيطها عن طريق جس البيئة باستخدام الطاقة المولدة ذاتيًا. تشمل الأمثلة تحديد الموقع بالصدى للخفافيش والدلافين وهوائيات الحشرات. يتيح استخدام الطاقة المولدة ذاتيًا مزيدًا من التحكم في شدة الإشارة والاتجاه والتوقيت والخصائص الطيفية. على النقيض من ذلك ، تتضمن الأنظمة الحسية المنفعلة التنشيط بواسطة الطاقة المحيطة (أي الطاقة الموجودة مسبقًا في البيئة ، بدلاً من توليدها بواسطة المستخدم). على سبيل المثال ، تعتمد الرؤية البشرية على استخدام الضوء من البيئة..
تتلقى الأنظمة الحسية النشطة المعلومات مع الاتصال المباشر أو بدونه. تجمع الأنظمة الحسية النشطة المستقبلة عن بُعد المعلومات عن طريق توجيه طاقة الانتشار واكتشاف الكائنات باستخدام إشارات مثل التأخير الزمني وشدة إشارة العودة. تشمل الأمثلة تحديد الموقع بالصدى للخفافيش والكشف الحسي لثعبان الماء الرعاش . تستخدم الأنظمة الحسية النشطة الملامسة الاتصال الجسدي بين المنبهات والكائن الحي. هوائيات الحشرات وشعيراتها هي أمثلة على الأنظمة الحسية النشطة التلامسية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أمثلة
التموقع الكهربائي النشط
ضيائية حيوية : يستخدم اليراع البالغ ضوءًا متولدًا ذاتيًا لتحديد مكان زملائه. في أعماق المحيطات ، تنتج أسماك التنين الشائكة ضوء الأشعة تحت الحمراء القريب.[1]
المجال الكهروستاتيكي : تقوم الأسماك الكهربائية بفحص البيئة وإنشاء تصوير ديناميكي كهربائي نشط..[2]
الإحساس الميكانيكي
اللمس النشط: تعتمد الحيوانات الليلية على شعيرات للتنقل من خلال جمع المعلومات حول موضع الكائنات وحجمها وشكلها واتجاهها وملمسها. تستخدم الحشرات الهوائيات لاستكشاف البيئة أثناء الحركة. إن وصول الإنسان إلى الأشياء بأيدي هو تشبيه.
التموقع بالصدى
تحديد الموقع بالصدى : الاستشعار الصوتي النشط للأصوات المنتجة ذاتيا. تصدر الخفافيش نداءات تحديد الموقع بالصدى لاكتشاف الفريسة أثناء الطيران. تستخدم الحيتان ذات الأسنان تحديد الموقع بالصدى في الماء.
الكيميائي
نظرًا لأن انتشار المواد الكيميائية يستغرق وقتًا أطول من المصادر الأخرى ، يمكن للكائنات الحية ذات الحركة البطيئة فقط استخدام الإشارات الكيميائية لاستكشاف البيئة. يستخدم قالب الوحل قرص ديكيتيوستيلوم الأمونيا لفحص البيئة لتجنب العقبات أثناء تكوين الجسم الثمرى. كما أن نشر الإشارات الكيميائية مقيد بسبب نقص إشارات العودة.[3]
القيود المادية والبيئية
توالد الطاقة
تتمثل أحد القيود المهمة في الأنظمة الحسية النشطة المستقبلة عن بُعد في توليد الطاقة بإشارة عودة أعلى من عتبة الكشف. يجب أن تكون الطاقة المولدة ذاتيًا قوية بما يكفي لاكتشاف الأشياء عن بُعد. بسبب الانتشار الهندسي ، ستنتشر الطاقة المنبعثة بشكل موحد على كرة ذات مساحة سطحية متزايدة. تعتمد قوة الإشارة على مربع المسافة بين الكائن الحي والهدف. في الاستشعار النشط بتقنية الاستقبال عن بعد ، تضاعف تكلفة الانتشار الهندسي ، لأن الإشارة تنبعث وتعاد. نتيجة لذلك ، يتناقص جزء الطاقة المرتجعة باعتباره القوة الرابعة للمسافة بين الكائن الحي والهدف.
تلعب الاتجاهية أيضًا دورًا في إنفاق الطاقة في إنتاج الإشارات. تؤدي الزيادة في الاتجاهية وضيق النطاق إلى طول توهين أطول. يمتلك الخفاش نطاق كشف أوسع لاستهداف الحشرات الصغيرة التي تطير بسرعة عالية. ينتج الدلفين شعاع تحديد الموقع بالصدى أضيق والذي ينتشر أكثر. تصدر الأسماك الكهربائية إشارات تغلف الجسم كله ، وبالتالي يكون لها مسافة انتشار أقصر.
توهين
التوهين : بالإضافة إلى الانتشار الهندسي ، يؤدي امتصاص وتشتت الطاقة أثناء الانتشار إلى فقدان الطاقة. طول التوهين هو المسافة التي تنخفض عندها الشدة إلى 1 / e (37٪) إلى الشدة الأولية. تزعج العوامل البيئية مثل الضباب والمطر والاضطراب إرسال الإشارات وتقلل من طول التوهين.
طول اللواحق
بالنسبة للنظام الحسي للتلامس ، يمكن فقط اكتشاف الأهداف الموجودة في متناول ملاحق الاتصال. تؤدي الزيادة في طول الملاحق إلى زيادة تكاليف الطاقة المادية عن طريق إضافة الوزن أثناء الحركة والاستثمار من أجل النمو. كحل وسط ، تغطي شعيرات الفئران 35 ٪ فقط من أجسامهم. لتقليل التكلفة ، تقترن الحركات الإيقاعية بآليات متدرجة للحشرات..[4]
الوضوح
الطاقة التي تطلقها الكائنات الحية في البيئة عرضة للكشف عن طريق الكائنات الحية الأخرى. يوفر اكتشاف الحيوانات المفترسة والأفراد المتنافسين من نفس النوع ضغطًا تطوريًا قويًا. عند استخدام الاستشعار النشط ، تكون مستويات الطاقة المكتشفة عند الهدف أكبر من تلك الخاصة بإشارة العودة. تطورت الفريسة أو الحيوانات المفترسة للتنصت على إشارات الاستشعار النشطة[بحاجة لمصدر]. على سبيل المثال ، طورت معظم فرائس الحشرات الطائرة من الخفافيش حساسية لتكرار نداءات تحديد الموقع بالصدى. عندما يتم تحفيزها بواسطة صوت عالي النبرة ، تنخرط العث في مراوغة مسار الطيران. يمكن للدلافين أيضًا اكتشاف النقرات فوق الصوتية للحيتان القاتلة. في المقابل ، تنتج الحيتان القاتلة نقرات سونار غير منتظمة ومنعزلة لإصدار إشارات أقل وضوحًا.[4] في حالة أسماك التنين الشائكة ، فإنها تستخدم الضوء الأحمر الذي لا تستطيع أسماك أعماق البحار الأخرى اكتشافه.[4]
المفاهيم ذات الصلة
يشير التفريغ الطبيعي إلى القدرة على التمييز بين حركات الفرد واستجاباته للأحداث الحركية الخارجية. يتم تعيين التوجهات والإجراءات على مستوى الخلايا العصبية وتذكرها في الدماغ. يسمح التفريغ الطبيعي للشخص بدمج المدخول الحسي كنتيجة للنظام الحسي ويعمل كنظام تغذية راجعة.
استجابة تجنب التشويش تتداخل إشارات محددة مع الاستشعار النشط للأفراد الذين يتشاركون في الموائل. طورت الأسماك الكهربائية مثل Eigenmannia تحولًا انعكاسيًا في ترددات التفريغ لتجنب تداخل التردد.
انظر أيضاً
المصادر
- ^ Hao He, Jian Li, and Petre Stoica. Waveform design for active sensing systems: a computational approach. Cambridge University Press, 2012.
- ^ Montgomery JC, Coombs S, Baker CF (2001) "The mechanosensory lateral line system of the hypogean form of Astyanax fasciatus". Env Biol Fish, 62: 87–96
- ^ M. Soltanalian. Signal Design for Active Sensing and Communications. Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology (printed by Elanders Sverige AB), 2014.
- ^ أ ب ت Douglas RH, Partridge JC, Dulai K, Hunt D, Mullineaux CW, Tauber A, Hynninen PH (1998) Dragon fish see using chlorophyll. Nature 393:423–424