Científicos fabrican un 'pájaro cantor' con un tubo de goma

^{Las canciones del pinzón zebra tienen una amplia gama de frecuencias y transiciones rápidas. /Wikimedia Commons}

Científicos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (EE.UU.) desarrollaron un dispositivo que imita el canto de los pájaros. Reproduce canciones complejas, con una amplia gama de frecuencias y un cambio brusco de tono. Además, los investigadores que han publicado su artículo en Journal of the Royal Society Interface propusieron un modelo matemático que describe el mecanismo de este canto.

La física del canto de los pájaros aún no ha sido estudiada con suficiente detalle, y los modelos teóricos existentes describen mal los procesos que ocurren durante el proceso de canto. Por ejemplo, no pueden explicar el amplio rango de frecuencias disponibles para las aves. Además, no está claro cómo los pájaros controlan su canto. Los científicos aclararon estas cuestiones en su trabajo, desarrollando un modelo simple de siringes (órgano vocal de las aves) y la reproducción de registros de aves vivas.

Para producir una siringe mecánica, los investigadores utilizaron un delgado tubo elástico de 2 centímetros de longitud, 2,5 milímetros de diámetro y 0,1 milímetro de grosor. Para simular la disminución de la presión del aire durante la exhalación, se instaló un contador y un regulador de flujo en el extremo del tubo. Para simular los músculos que controlan la tensión de las paredes, se utilizó un motor que comprimía y estiraba el tubo. El motor podía moverse con una frecuencia de hasta 30 hertzios y una amplitud de hasta 1 milímetro, lo que permitía reproducir transiciones rápidas en canciones complejas. Vale la pena señalar que un siringe real es mucho más corto (alrededor de 1 mm de longitud) y suave que el mecánico, lo que conduce a diferentes velocidades del sonido en los sistemas. Sin embargo, los parámetros fueron seleccionados por los investigadores de esta manera, para que las frecuencias producidas por el órgano artificial y real sean iguales.

Para probar la siringe mecánica, los científicos modelaron las canciones de tres diversas especies de pájaros: vireo, pinzón de Bengala y pinzón cebra. Para reproducir una canción tonal del vireo, el motor se colocó cerca a la boca del dispositivo y se programó para realizar un cambio en la frecuencia. Para simular el canto del pinzón de Bengala, el motor fue colocado más lejos del extremo, para producir sonidos tonales. En el caso del pinzón zebra fue más difícil, ya que su canto se distingue por una gran gama de frecuencias y transiciones rápidas. Los investigadores tuvieron que mover el motor aún más y obligarlo a cambiar rápidamente la forma del tubo, pero no pudieron reproducir por completo la canción debido a las restricciones en el motor. En los otros dos casos, el patrón espectral fue reproducido casi exactamente.

^{Ejemplos de espectrogramas del vireo de ojos rojos: registro de aves vivas (i), reconstrucción mecánica (ii) y matemática (iii). /Journal of the Royal Society Interface}

También los científicos propusieron un modelo matemático simple, que permite describir el mecanismo de cambio de sonido. Ellos consideraron que los procesos que ocurren durante el canto son descritos aproximadamente por un oscilador armónico con una frecuencia y un amortiguamiento que varían lentamente, de modo que en intervalos de tiempo cortos los parámetros se pueden considerar constantes. Analizando la grabación del canto de un pájaro vivo, los investigadores determinaron cómo estos parámetros cambian con el tiempo. El método funcionó articularmente bien en las canciones tonales del vireo.

Dmitry Trunin

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