Il volo del pipistrello, ovvero come funziona un sonar
L’ecolocalizzazione, o biosonar, è un metodo sviluppato da alcuni animali notturni, come pipistrelli e alcuni uccelli, per orientarsi nell’oscurità notturna. L’assenza di sufficiente luce, rende infatti il suono il miglior metodo per comprendere le forme del mondo circostante e per orientarsi correttamente al suo interno. Questo ci riporta direttamente ad una domanda più semplice: come funziona un sonar?
Il vespertilio cenerino (Lasiurus cinereus), visibile nell’immagine di copertina (credits: Science), è stato oggetto di un recente studio pubblicato su Science, che aveva come obiettivo comprendere nel dettaglio il funzionamento del biosonar utilizzato per la localizzazione da questi pipistrelli. Lo studio ha messo in luce come questi pipistrelli alternino urli acuti ad altri che sono poco più di un sussuro, indicando quindi che sono in grado di muoversi nella notte usando alcuni dei sonar più silenziosi mai registrati. Le seguenti due registrazioni fanno capire bene la differenza tra i due tipi di suoni emessi dai pipistrelli (il primo è un suono regolare, il secondo il suono più basso).
Il secondo suono è circa tre ordini di grandezza meno potente del primo. Si è scoperto che i suoni più alti vengono emessi quando i pipistrelli si trovano più vicini agli oggetti, mentre quando si trovano a volare distanti dagli oggetti emettono i suoni più deboli o anche nessun suono e si tratterebbe di una strategia per evitare le rivalità con altri pipistrelli, in quanto i suoni deboli sono udibili a circa 12 metri di distanza, mentre quelli più forti a circa 92 metri. Tra parentesi, questo potrebbe spiegare anche perché i vespertili cenerini tendono più facilmente a scontrarsi con le pale eoliche di quanto facciano altre specie di pipistrelli, in quanto i suoni più deboli non riescono sempre ad avvertirli per tempo del pericolo imminente. Inoltre, questa debolezza di suono durante il volo all’aperto li rende anche meno efficienti nella caccia di insetti, esponendoli ad un ulteriore rischio.
Ma tornando alla domanda iniziale, come funziona l’ecolocalizzazione, ed in generale un sonar?
Sonar è un acronimo inglese (SOund Navigation And Ranging, ossia navigazione e localizzazione sonora) che indica il concetto di localizzazione tramite il suono, con un funzionamento elementare quanto geniale.
Banalmente, un dispositivo emette onde sonore che viaggiano nello spazio fino a raggiungere un oggetto, sul quale si riflettono e vengono rispedite al mittente. Dallo studio delle onde ricevute in risposta si può determinare la presenza di tale oggetto. Generalmente, strumenti di questo tipo vengono utilizzati nella navigazione, anche se talvolta è stata utilizzata anche sugli aerei (in genere in volo viene però favorito il radar, che concettualmente è uguale, ma utilizza le informazioni ricavate dalle onde radio invece che da quelle sonore). Il sonar come strumento di rivelazione di oggetti marini è stato inventato durante la Prima Guerra Mondiale dal noto fisico francese Paul Langevin, ed in particolare fu utilizzato con lo scopo di determinare la presenza di sottomarini e per orientare gli stessi quando si trovano al di sotto della profondità a cui può essere utilizzato il periscopio.
I sonar possono essere attivi o passivi. Quelli passivi non sono altro che microfoni che “ascoltano” i suoni provenienti dall’esterno: utilizzandone più di uno è possibile determinare la distanza della sorgente del suono, così come fatto dai satelliti per determinare la posizione di un cellulare sulla superficie terrestre (triangolazione). I sonar attivi invece emettono suoni e ne studiano gli echi nella modalità sopra descritta. Ovviamente, un sonar attivo è conveniente perché permette di determinare con precisione la distanza dell’oggetto usando un solo strumento, ma è sconveniente dal punto di vista bellico in quanto il segnale emesso può essere ricevuto anche dagli strumenti delle altre imbarcazioni.
Esattamente il concetto dei sonar attivi è utilizzato dagli animali ecolocalizzatori, come i pipistrelli e gli odontoceti. Il suono emesso dall’animale va a riflettersi sulle superfici degli oggetti, e l’animale è in grado di capirne la distanza e la direzione attraverso l’analisi dell’eco ricevuto. In particolare, la direzione è compresa dall’animale misurando le differenze dei tempi di risposta tra i segnali ricevuti dalle due orecchie. Ad esempio, un segnale proveniente dalla destra dell’animale, sarà ricevuto prima dall’orecchio destro e poi dal sinistro, con una differenza temporale tanto maggiore quanto più l’oggetto è situato a destra.