• Giovana Veiga

[PT-EN] Ecolocalização – Possibilidades da ecolocalização subaquática

Updated: Aug 6

A ecolocalização é a capacidade de emissão e análise ou cronometragem de ondas ultrassônicas utilizadas na sobrevivência dos animais, tais como caça, localização, comunicação; a partir da observação e estudo desses recursos passou-se a desenvolver tecnologias que são utilizadas em diversos lugares, como sonar em submarinos, radar em aviões, ultrassonografia na medicina, podendo ser aplicado até em veículos autônomos.


Podemos exemplificar a ecolocalização como um conjunto de fones e 1 alto-falante em que esse dispositivo emite uma onda sonora que reflete em alguma superfície e é captada pelos fones, de acordo com a frequência e/ou tempo do som recebido é possível estimar a distância de objetos ou até a sua própria posição.


Quando tratamos de submarinos, a impossibilidade de se utilizar GPS, uma vez que o mesmo não funciona embaixo d’água, torna-se uma problemática difícil de ser solucionada. Diversas pesquisas foram feitas para tentar resolvê-la, uma delas baseia-se na utilização de boias na superfície que recebe sinais acústicos do veículo submarino, que então medem o tempo de chegada desses sinais enviando-os para uma central de controle. Esses envios são feitos ciclicamente, e na central são feitas triangulações para se encontrar a posição do submarino.


Contudo quando tratamos de AUVs (Veículos Submarinos Autônomos) e muitos outros tipos de submarinos essa técnica torna-se inútil uma vez que a ideia central é não existir nenhum controle externo sobre o robô. Empresas petrolíferas, por exemplo, buscam encontrar uma tecnologia de ecolocalização que possibilite um AUV fazer um reparo na plataforma, ao contrário de como são feitos atualmente em que utilizam ROVs (Veículo Submarino Operado Remotamente) ou até mesmo mergulhadores para tal serviço.


Exemplo de ROV

Exemplo de AUV

No nosso AUV usamos a ecolocalização para sabermos a posição do robô durante a prova. Utilizamos 4 hidrofones para captar um pinger que existe no meio da piscina na qual ocorre a competição, e devido a posição estratégica dos hidrofones e técnicas matemáticas, como a transformada de Fourier, conseguimos saber a posição do pinger e consequentemente do robô.


Ainda hoje, são realizados estudos sobre a ecolocalização, um deles feito por engenheiros e pesquisadores do Instituto Virginia Tech tinha como objetivo estudar a ecolocalização dos morcegos e para isso reproduziram uma cabeça de morcego na qual as orelhas podiam se movimentar. Essa pesquisa sugere que morcegos-de-ferradura podem movimentar suas orelhas para obter diferentes qualidades de som e funções para as quais eles serão úteis.



Representação da eco-localização realizada por morcegos

Entretanto questões como a relação temporal entre a deformação das orelhas, ecos recebidos e a comunicação entre morcegos continuam em aberto, dessa forma, conseguimos perceber que a ecolocalização na superfície ainda não foi explorada completamente e que caso feita, poderá trazer grandes avanços em veículos autônomos uma vez que sonar não traz o efeito desejado fora da água.


Escrito por Ney Rafael.



Echolocation - Possibilities of underwater echolocation


Echolocation is the capacity for emission and analysis or timing of ultrasonic waves used in the survival of animals, such as hunting, location, communication; from the observation and study of these resources, technologies were developed that are used in different places, such as sonar in submarines, radar in airplanes, ultrasound in medicine, and can even be applied in autonomous vehicles.


We can exemplify echolocation as a set of headphones and 1 loudspeaker in which this device emits a sound wave that reflects on some surface and it’s captured by the headphones, according to the frequency and / or time of the received sound it is possible to estimate the distance of objects or even its own position.


When we deal with submarines, the impossibility of using GPS, since it does not work under water, becomes a difficult problem to be solved. Several researches were done to try to solve it, one of them is based on the use of buoys on the surface that receive acoustic signals from the underwater vehicle, which then measure the time of arrival of these signals by sending them to a control center. These shipments are done cyclically, and triangulations are done at the control center to find the position of the submarine.


However, when dealing with AUVs (Autonomous Submarine Vehicles) and many other types of submarines, this technique becomes useless since the central idea is not to exist with no external control over the robot. Oil companies, for example, seek to find echolocation technology that allows an AUV to make a repair on the platform, as opposed to how they are currently done using ROVs (Remotely operated underwater vehicle) or even divers for such a service.


Example of ROV


Example of AUV


In our AUV we use echolocation to know the position of the robot during the race. We use 4 hydrophones to capture a pinger that exists in the middle of the pool in which the competition takes place, and due to the strategic position of the hydrophones and mathematical techniques, such as the Fourier transform, we are able to know the position of the pinger and consequently the robot.


Even today, studies on echolocation are carried out, one of them made by engineers and researchers from the Virginia Tech Institute aimed to study the echolocation of bats and for that they reproduced a bat head in which the ears could move. This research suggests that horseshoe bats can move your ears to obtain different sound qualities and functions for which they will be useful.

Representation of echolocation performed by bats


However, issues such as the temporal relationship between ear deformation, echoes received and communication between bats remains open, so we can see that the echolocation on the surface has not yet been fully explored and that if done, it can bring great advances in autonomous vehicles since sonar does not have the desired effect out of the water.


Written by Ney Rafael.