Sóng siêu âm "ma thuật" của cá heo có thể cải thiện kỹ thuật y học hiện tại

Mới đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện một điều vô cùng ngạc nhiên và lý thú: cá heo phát ra tới hai chùm siêu âm chứ không phải một như trước nay chúng ta vẫn tưởng.

Ngay từ những năm 1960, các nghiên cứu khoa học đã cho chúng ta thấy rằng, các loài động vật có vú ở biển như cá heo chẳng hạn, giao tiếp với nhau bằng sóng âm (một phần trong phổ siêu âm) theo nguyên tắc sonar.

Cá heo giao tiếp với nhau bằng sóng âm.

Sonar (sound navigation and ranging) tức phương pháp định vị bằng âm thanh. Có hai loại sonar, loại chủ động thì tự phát xung sóng và ghi nhận tiếng vọng lại, còn loại bị động thì chỉ ghi nhận âm thanh từ tàu bè hay các nguồn khác phát ra trong nước. Tần số âm thanh sử dụng trong sonar rất rộng, từ hạ âm (infrasonic) đến âm thanh bình thường (sonic) và siêu âm (ultrasonic). Sóng âm do cá heo phát ra thuộc loại siêu âm chủ động.

Thế nhưng mới đây, GS. Josefin Starkhammar, nhà nghiên cứu về âm học biển tại Đại học Lund (Thụy Điển) cùng hai cộng sự đã phát hiện một điều vô cùng ngạc nhiên và lý thú: cá heo phát ra tới hai chùm siêu âm chứ không phải một như trước nay chúng ta vẫn tưởng.

Hai chùm tia siêu âm này được phát đi theo nhiều hướng khác nhau và chùm tia sau hơi lệch thời gian một chút so với chùm tia trước. Ngoài ra, phần đầu của mỗi chùm tia đều có tần số hơi cao hơn so với phần còn lại, do vậy, tạo ra một trường âm thanh cao hơn. Và đây chính là điều bí mật mới được giải mã: trường âm thanh cao có khả năng đi xa hơn và giúp triệt tiêu các tiếng động khác gây nhiễu cho tín hiệu, còn trường âm thanh thấp tiếp theo giúp cá heo ghi nhận được hình dáng đối tượng một cách chính xác.

Để có được sự hiểu biết thấu đáo này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng đoạn cuối của chùm tia và tái tạo được toàn bộ cả hai chùm âm thanh gốc. Hai chùm tia này được phát đi rất chính xác và hoàn toàn bổ sung cho nhau. Đây là điều mà các phương pháp siêu âm của chúng ta hiện nay không làm được.

Cá heo phát ra tới hai chùm siêu âm chứ không phải một như trước nay chúng ta vẫn tưởng.

Bất ngờ trước phát hiện này, GS. Josefin Starkhammar đã gọi đây là một thuật toán hoạt động "giống như một công thức ma thuật!" và dự định sẽ áp dụng cho việc cải thiện kỹ thuật siêu âm hiện tại trong y học nhằm xây dựng các kỹ thuật hình ảnh sinh học mới.

Bằng việc sử dụng cùng lúc nhiều chùm tia theo kiểu cá heo nhưng là theo phương ngang, chúng ta sẽ có thể có được hình ảnh 3D, đo được độ dày của các cơ quan nằm sâu trong cơ thể con người, điều mà không phải lúc nào cũng nhận được trên siêu âm ngày nay. Chưa hết, kỹ thuật này còn có thể áp dụng trong địa chất để kiểm tra các lớp đất đá sâu bên dưới mặt đường mà không cần phải đào lấy mẫu.

Tuy nhiên, cũng theo GS. Josefin Starkhammar, trước mắt, nhờ sự hiểu biết về sự phát tia siêu âm để giao tiếp và định vị đối tượng của cá heo, chúng ta có thể bảo vệ tốt hơn cho loài vật thông minh này khỏi bị các hoạt động của con người gây xáo trộn ảnh hưởng đến âm thanh này.

Từ khóa liên quan:

sóng âm

chùm siêu âm

sóng âm của cá heo

nguyên tắc sonar

định vị bằng âm thanh

sóng siêu âm

Josefin Starkhammar