¿La niebla afectaría las habilidades de ecolocalización?

Conducía por una carretera principal hoy y la niebla era tan espesa que apenas podía ver 40 pies frente a mí.

Entonces me pregunté si hubiera tenido alguna otra forma de percepción, podría haber percibido mi entorno con mayor claridad. Por ejemplo, la ecolocalización .

¿Cómo afectaría la niebla a las señales que envían los ecolocalizadores? ¿Sería insignificante la distorsión o la presencia de este medio alteraría significativamente las ondas de sonido lo suficiente como para hacer que la información no sea confiable?

La humedad afectará un poco la velocidad del sonido, por lo que la precisión podría verse afectada. De lo contrario, para distancias cortas debería funcionar bien.
Sí, anticipé que para distancias cortas probablemente no sería un problema. En realidad, no sé hasta dónde pueden enviar sus señales los ecolocalizadores, por lo que de todos modos solo puede aplicarse a distancias cortas. Pero si los ecolocalizadores pueden obtener información a distancias más largas, tenía curiosidad por saber cuánta distorsión cabría esperar. Entonces, ¿el efecto principal estaría en la velocidad del sonido? ¿No distorsionaría la onda ni nada?

Respuestas (2)

De acuerdo con este enlace , el sonido (especialmente el sonido de alta frecuencia) se atenúa más en la niebla, porque se dispersa por las interfaces aire-agua (miles de millones) de todas las gotas. Esta es una de las razones por las que una bocina de niebla es un sonido muy bajo: las frecuencias bajas viajan más lejos, especialmente en la niebla. Para la ecolocalización, desea utilizar frecuencias altas, y la niebla se atenúa más en esas frecuencias. Otro sitio que confirma esta información es este , un poco más antiguo que el otro. Por supuesto, uno podría preguntarse si un artículo obtuvo su información del otro (parece similar...).

Finalmente, hay un artículo muy completo (aunque antiguo, de 1953) sobre la atenuación del sonido en la niebla en la biblioteca de Caltech . Un diagrama interesante de este documento confirma que la atenuación del sonido en la niebla es más fuerte a frecuencias más altas (para obtener detalles sobre la definición de β, consulte el documento):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Incluso con la cuestión de la atenuación: cuando la visibilidad se reduce a 40 pies, la ecolocalización probablemente la supere con creces a distancias intermedias. Hay un par de otras cosas interesantes que puede hacer para mejorar su capacidad de ver en la niebla.

1) "gafas de conducción" amarillas. Estos funcionan porque cortan los componentes azules de la luz. Cuando las gotas de niebla son muy pequeñas, la dispersión de la luz se encuentra en el régimen de Rayleigh, es decir, la probabilidad de dispersión es la cuarta potencia inversa de la longitud de onda, y la luz azul (400 nm) se dispersa 16 veces más que la roja (800 nm) [nota: utilizando números redondos...]. Al eliminar el componente azul, reduce la cantidad de dispersión que llega al ojo y mejora el contraste. Los esquiadores también usan "gafas antiniebla" amarillas.

2) Fuente de luz de exploración. Esta es una de esas cosas mágicas que no deberían funcionar pero lo hacen. Con iluminación normal (inundación), la luz se dispersa "de todas partes a todas partes". Si, en cambio, mira a lo largo de la línea de (digamos) un láser que brilla en la niebla, entonces la única luz dispersa que ve es la luz que se dispersa exactamente 180 grados hacia usted, que es una pequeña fracción de toda la luz dispersa. Si escanea la fuente de luz y el sistema de detección en sincronía, y muy rápidamente, puede crear una imagen "casi sin dispersión". Esta tecnología de escaneo de trama se utiliza en algunas aplicaciones de búsqueda submarina y puede penetrar alrededor de 6 "longitudes de atenuación".. Como se discutió en los comentarios, este método en realidad funciona mejor cuando el ángulo de visión no es exactamente de 180 grados; no solo la dispersión posterior de la niebla es más débil (hay una curiosa duplicación de la intensidad de dispersión que ocurre exactamente en 180), sino también, al mirar en un ligero ángulo, puede eliminar la dispersión posterior de la niebla más cercana, lo que mejora en gran medida la penetración.

Más recientemente , los investigadores en Israel han ideado una forma de obtener imágenes a través de capas delgadas de material disperso; como puede ver en el enlace, también pueden ver "a través de la niebla" (aunque no estaba claro para mí si su técnica puede se aplican a la imagen real en la niebla).

Una buena respuesta. Me gustaron especialmente sus comentarios adicionales sobre la mejora de la visibilidad. No hubiera pensado en eso y fue muy interesante.
Me pregunto si algunas de las tecnologías de vehículos autónomos tienen una solución a este problema.
@Darthfett, el LIDAR utilizado en automóviles autónomos funciona de manera muy similar a la técnica de trama que describí, pero puede agregar técnicas de sincronización adicionales (usando un láser pulsado rápido y observando la respuesta resuelta en el tiempo) para crear un mapa 3D que se ve a través de la niebla. La resolución puede ser deficiente, pero la penetración (y la caracterización) son sobresalientes.
@Floris eso es increíble. ¿Qué antecedentes tienes con estas cosas?
Me pregunto acerca de esa fuente de luz de escaneo. Hay un efecto bastante notable de que la dispersión de 180 grados es el doble de fuerte que cualquier otra dispersión, en el caso de los reflejos internos. Esto se debe a que los caminos de 180 grados son bidireccionales y deben contarse dos veces. Física puramente clásica, esto, pero sigue siendo un descubrimiento de finales del siglo XX. Desde el punto de vista de la ingeniería, esto significa que es posible que desee diseñar para una dispersión que no sea de 180 grados. Bajo el agua no estás lidiando con reflejos internos en una gota, así que ese es otro asunto.
@StanShunpike me preguntaste sobre mis "antecedentes con estas cosas". Estuve involucrado en un proyecto LIDAR resuelto en el tiempo hace años que se usó como un detector de humo (usted ve el primer reflejo de la luz "muévase más cerca" que le dice que no está mirando la pared, sino algo entre usted y la pared: humo Da una advertencia mucho más temprana, especialmente en espacios grandes: en lugar de que te llegue humo, te acercarás al humo). También desarrollé técnicas de imágenes ópticas para observar el interior del tejido; nuevamente, la rasterización ayudó a reducir los efectos de la dispersión.
@MSalters ese es un punto válido y estoy de acuerdo en que en realidad se prefiere la detección fuera del eje, especialmente si enfoca el detector (lo protege desde una variedad de ángulos), puede "mirar más allá" de los primeros n metros para una mejor penetración. Debería haber mencionado eso.
@MSalters: ahora he actualizado la respuesta. ¿Tiene una buena referencia para el efecto de duplicación de 180?

Del artículo de Wikipedia sobre la niebla :

El sonido generalmente viaja más rápido y más lejos a través de los sólidos, luego los líquidos y luego los gases como nuestra atmósfera. La distancia entre las moléculas de agua y la temperatura son las razones por las que el sonido se ve afectado durante una condición de niebla. Efecto de la molécula: aunque la niebla es esencialmente agua, las moléculas apenas se tocan entre sí. Los sonidos de tono alto tienen una frecuencia alta, lo que a su vez significa que tienen una longitud de onda corta (velocidad = fx lambda). Esto significa que para transmitir una onda de alta frecuencia, se debe mover mucho aire de un lado a otro, y muy rápidamente; en consecuencia, en realidad puede haber una pérdida o un efecto de amortiguación de los sonidos agudos porque no viajarían tan lejos como deberían si no se refractaran en las moléculas de agua separadas que forman la consistencia de la niebla. Por el contrario, las notas graves, con una frecuencia baja y una gran longitud de onda, mueven el aire menos rápido y con menos frecuencia, por lo que se reducen las pérdidas. Por lo tanto, las notas graves se ven menos afectadas por la niebla y también viajarán más lejos, de ahí el tono grave de una sirena de niebla. Efecto de la temperatura: se produce una niebla durante una inversión de temperatura en la que el aire frío se acumula en la superficie y ayuda a crear la niebla, mientras que el aire más cálido se asienta en lo alto. Este límite invertido entre el aire frío y el aire caliente es capaz de reflejar las ondas de sonido hacia el suelo, lo que permite que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. por lo que las pérdidas se reducen. Por lo tanto, las notas graves se ven menos afectadas por la niebla y también viajarán más lejos, de ahí el tono grave de una sirena de niebla. Efecto de la temperatura: se produce una niebla durante una inversión de temperatura en la que el aire frío se acumula en la superficie y ayuda a crear la niebla, mientras que el aire más cálido se asienta en lo alto. Este límite invertido entre el aire frío y el aire caliente es capaz de reflejar las ondas de sonido hacia el suelo, lo que permite que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. por lo que las pérdidas se reducen. Por lo tanto, las notas graves se ven menos afectadas por la niebla y también viajarán más lejos, de ahí el tono grave de una sirena de niebla. Efecto de la temperatura: se produce una niebla durante una inversión de temperatura en la que el aire frío se acumula en la superficie y ayuda a crear la niebla, mientras que el aire más cálido se asienta en lo alto. Este límite invertido entre el aire frío y el aire caliente es capaz de reflejar las ondas de sonido hacia el suelo, lo que permite que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. Efecto de la temperatura: se produce una niebla durante una inversión de temperatura en la que el aire frío se acumula en la superficie y ayuda a crear la niebla, mientras que el aire más cálido se asienta en lo alto. Este límite invertido entre el aire frío y el aire caliente es capaz de reflejar las ondas de sonido hacia el suelo, lo que permite que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. Efecto de la temperatura: se produce una niebla durante una inversión de temperatura en la que el aire frío se acumula en la superficie y ayuda a crear la niebla, mientras que el aire más cálido se asienta en lo alto. Este límite invertido entre el aire frío y el aire caliente es capaz de reflejar las ondas de sonido hacia el suelo, lo que permite que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. permitiendo que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión. permitiendo que el sonido que normalmente se irradiaría escapando a la atmósfera superior, rebote y viaje cerca de la superficie. Por lo tanto, una inversión de temperatura aumenta la distancia que viajan los sonidos de baja frecuencia al reflejar el sonido entre el suelo y la capa de inversión.