Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen "erkennen" mit Ultraschallechos

25.03.2008
Lernmaschinen liefern Hinweise auf mögliche Mechanismen bei Fledermäusen

Die Fähigkeit, Pflanzen anhand von Echosignalen klassifizieren zu können, ist ein elementarer Bestandteil des Fledermausverhaltens und spielt eine wichtige Rolle sowohl bei der räumlichen Orientierung als auch bei der Nahrungssuche. Allerdings handelt es sich bei den Echosignalen von Pflanzen um hochkomplexe stochastische Signale, denn es überlagern sich die Echos von Zweigen und Blättern aus allen möglichen Richtungen. Wissenschaftler der Universität Tübingen und des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik haben nun eine Datenbank aus Tausenden von Vegetationsechos zusammengestellt und mit Hilfe sogenannter Lernmaschinen statistisch analysiert. Es gelang ihnen, Zeit- und Frequenzinformationen aus den Spektrogrammen herauszufiltern, die biologisch plausibel sind, d.h., die auch im Fledermausgehirn extrahiert und zur verlässlichen Bestimmung von Pflanzen eingesetzt werden könnten. (PLoS Computational Biology, 20. März 2008)


Möglicherweise können Fledermäuse aus Ultraschallechos auch Rückschlüsse ziehen auf die Art der sie umgebenden Vegetation. Bild: Yossi Yovel/Universität Tübingen

Fledermäuse orientieren sich in ihrer Umwelt durch Aussenden von Ultraschallsignalen. Die zurückgeworfenen Echos dieser Signale enthalten Informationen über die Entfernung und Art der Objekte im Umkreis der Fledermaus. In jüngster Zeit mehren sich die Hinweise darauf, dass Fledermäuse aus diesen Echos auch auf die Art der sie umgebenden Vegetation schließen können. Diese Fähigkeit scheint bei der Navigation und beim Aufsuchen von geeigneten Futterplätzen eine wichtige Rolle zu spielen. Bestimmte Fledermausarten können beispielsweise Laub- von Nadelbäumen anhand ihrer Echos unterscheiden, während andere auf diese Weise geeignete Blumen als Nektarquellen finden.

Doch während es vergleichsweise einfach ist, die Entfernung eines Hindernisses anhand der Laufzeit eines Ultraschallimpulses zu messen, ist die Unterscheidung verschiedener Vegetationstypen eine ungleich komplexere Aufgabe. Denn hier überlagern sich eine Vielzahl von Echos von Blättern und Zweigen aus allen Richtungen. "Mit welchen Mechanismen Fledermäuse daraus die Art der Vegetation bestimmen könnten, darüber gab es bisher in der Wissenschaft nur sehr vage Vorstellungen", sagt Yossi Yovel. Deshalb haben er und seine Kollegen Peter Stilz und Hans-Ulrich Schnitzler von der Universität Tübingen sowie Matthias Franz, der seine Arbeiten am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik begonnen und dann an der HTWG Konstanz fortgesetzt hat, diese Frage mit ganz neuen Techniken aus dem Bereich des maschinellen Lernens untersucht.

... mehr zu:
»Vegetation

"Diese sogenannten Lernmaschinen erlauben es, geeignete Unterscheidungsmerkmale automatisch aus den statistischen Eigenschaften der Vegetationsechos zu bestimmen", erklärt Matthias Franz. Allerdings müssen ausreichend Daten zur Verfügung stehen. Und daher war es zunächst einmal notwendig, eine große Datenbank aus Tausenden von Vegetationsechos aufzunehmen. Die Echos wurden mit Hilfe eines Sonars erzeugt, das wesentliche Elemente des Ultraschallapparats der Fledermäuse imitiert.

Die anschließende Analyse der Datenbank mit Hilfe der besagten Lernmaschinen erbrachte zwei überraschende Ergebnisse: Zum einen konnten die Echos trotz ihrer Komplexität mit sehr hoher Genauigkeit ihrer jeweiligen Pflanzenart zugeordnet werden, zum anderen waren die gefundenen Unterscheidungsmerkmale erstaunlich einfach. "Im Wesentlichen reichten einige wenige Kombinationen von Frequenzen und Zeitpunkten aus, um die Herkunftspflanze des Echos verlässlich zu bestimmen", so Yovel. Solche Merkmalskombinationen stellen auch für den "Hörapparat" der Fledermaus kein Problem dar. Die Forscher schließen daraus, dass die Klassifikation von Pflanzen aus ihren Ultraschallechos für Fledermäuse doch um einiges einfacher ist, als man bisher angenommen hat.

Originalveröffentlichung:

Yossi Yovel, Peter Stilz, Matthias Franz, Hans-Ulrich Schnitzler
Plant Classification from Bat-Like Echolocation Signals
PLoS Computational Biology, 20. März 2008

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Vegetation

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kühlen nach Art der Pflanzen
18.04.2019 | Westfälische Hochschule

nachricht Kontaktlinsen mit Medizin und Zucker
17.04.2019 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics