נוסח השאלה המלא: כיצד פועל רדאר של עטלף: כיצד מאפשרת שליחת גלי קול בתדרים גבוהים מיפוי של עצמים קטנים במרחב? מדוע אין זה תקף לגבי שליחת גלי קול בתדרים נמוכים?
עטלפים, לווייתנים, ומינים מסוימים של ציפורים וחדפים משתמשים בשיגור גלי קול וקליטת ההד החוזר, על מנת ללמוד על מיקום, על צורה ועל תנועה של עצמים בסביבתם. באנגלית מכונה יכולת זו אקו-לוקיישן (Echolocation) = מיקום בעזרת הד, או Bio-sonar = סונאר ביולוגי (באנגלית סונאר הן ראשי תיבות של "ניווט והתמצאות באמצעות קול"). לרדאר עקרונות פעולה דומים, אך הוא מתבסס על שיגור וקליטת החזר של גלים אלקטרומגנטים, ואין כרגע הוכחות ליכולת כזו בבעלי חיים.
טווח התדרים של גלי הקול: היחידה הרץ (Hz) היא יחידת תדירות שמשמעותה מספר מחזורי גל לשנייה. אולטרא-סאונד היא הגדרה סובייקטיבית שנקבעה לתיאור טווחי התדירות שמעבר ליכולת שמיעת האדם, והם גלי קול לכל דבר ועניין. לבעלי חיים אחרים, עם טווח אקוסטי שונה, יש יכולת לשמוע תדרים גבוהים מהאדם.
מאחר ומהירות הקול באוויר קבועה (כ-300 מטר בשנייה) הזמן העובר בין שיגור האות לקליטת ההד מאפשר לעטלף לאמוד את מרחק העצם שממנו הוחזר ההד. הפרשי הקליטה בין שתי אוזני העטלף מאפשרים לו לאמוד את הכיוון ממנו הוחזר ההד. כך יכול למקם העטלף את המרחק והכיוון של כל העצמים מהם הוחזר אליו הד. יכולת זו מאפשרת לעטלף למפות את הסביבה בה הוא נמצא ולמקם עצמים במרחב.
מנגנון האקו-לוקיישן: הזמן בין הקריאה להד מעיד על מרחק העצם המחזיר. ההפרש בין זמני ועוצמות הקליטה בשתי האוזניים מעיד על כיוון העצם המחזיר (מבוסס על תרשים מויקיפדיה).
בנוסף על מיקום עצמים במרחב, עטלפים יודעים לחקור את תנועת העצמים באמצעות השפעת כיוון התנועה על תדר ההד המוחזר. לפי תופעה פיסיקלית המכונה אפקט דופלר, תנועה של עצם לכיוון העטלף תגרום להחזר של הד בתדירות גבוהה מתדר הקריאה. ולחילופין, במידה והעצם מתרחק מהעטלף, יוחזר הד בתדר נמוך מתדר הקריאה. במידה והעטלף נמצא במרדף אחרי טרפו, תופעת דופלר מאפשרת לעטלף ללמוד על כיוון תנועת הטרף. בנוסף, קיימים מיני עטלפים היודעים לזהות חרק לפי תנועת הכנפיים שלו – אשר יוצרת חתימת דופלר מסוימת.
בהנפשה זו מוצגת הדמיה של גלי הקול הבוקעים ממנוע של מכונית, תחילה כשהיא עומדת ולאחר מכן בתנועה. רכב נע משדר לפנים קול בתדירות הגבוהה מהתדירות הנשמעת מרכב עומד, ולאחור משדר הרכב קול בתדירות נמוכה מזו שבעמידה. דין קול הבוקע מעצם נע הינו כדין הד המוחזר מעצם בתנועה. יוצר ההנפשה הוא Charly Whisky ומקורה מויקימדיה.
כפי שציינת בשאלתך, אכן קיימת מגמה של שימוש בתדרים גבוהים על ידי עטלפים. יצירת אותות בתדרים גבוהים צורכת אנרגיה רבה, ולכן נשאלת השאלה – מדוע משתמשים העטלפים בתדרים גבוהים, אשר הינם "יקרים" מבחינה אנרגטית? התשובה טמונה בכך שככל שהתדר גבוה – כך המיפוי של מיקום ותנועת העצמים בשטח איכותי יותר. מדוע? ניתן לדמות זאת לאחד ממשחקי המחשב הראשונים שהומצאו, בו חללית בתחתית המסך יורה לעבר קבוצת חייזרים המשייטת בחלק העליון של המסך. ככל שתדירות הירי של החללית גבוהה יותר, כך היא יכולה לנוע מימין לשמאל, תוך כדי ירי, מבלי שחייזרים יחמקו מצרור הפגזים. וחזרה לעולם העטלפים - שימוש בתדר גבוה מאפשר דגימה רציפה יותר ומפורטת יותר של המרחב.
בהתאם לכך, קיימת בטבע קורלציה הפוכה בין גודל ואיטיות הטרף של עטלפים, לתדרים בהם הם משתמשים. ככל שעטלפים ניזונים מחרקים קטנים וזריזים יותר, כך הם משתמשים בתדירות קול גבוהה יותר. במינים הניזונים מחרקים, נעשה שימוש בתדירויות בטווח של 100,000 עד 210,000 הרץ. כמשל, ניתן לומר ששימוש בתדרים גבוהים הוא כמו דיג ברשת עם חורים קטנים. לחילופין, קיימים מיני עטלפים הניזונים מפירות, אשר לא נחוצה להם הרזולוציה הגבוהה. מינים אילו משתמשים בתדירויות נמוכות עד כדי 10,000 הרץ, אשר הינן בתחום הנשמע על ידי אוזן האדם. כלומר – לשאלתך, ניתן למקם עצמים במרחב באמצעות שימוש בגלי קול בתדרים נמוכים, אך איכות המיפוי ירודה יחסית.
עטלף, עטלף, למה יש לך אוזניים כל כך גדולות? כדי שאוכל לקלוט את ההד המוחזר אליי מקירות המערה בה אני חי ומהחרקים מהם אני ניזון. ועטלף, עטלף, למה יש לך פה כה עגול, כאילו היה קצה של חצוצרה? על מנת שאוכל לכוון את הקריאה שלי לאזור מסוים שאותו אני מעוניין לבחון ולמפות. את יודעת כמה אנרגיה אני משקיע בתדרים הגבוהים האלה? אני לא רוצה לשגר את הקריאה לכיוונים מיותרים.
בהקלטה הבאה ניתן להאזין לקריאת עטלף, אשר נקלטה באמצעות מכשור ייעודי ועברה עיבוד מתמטי להפחתת תדר, כך שתוכל להישמע באוזן אדם:
הקריאה הוקלטה ע"י Yannic Dauby.
