Biomimética vocal

• Autores: Sitt, Jacobo Diego
• Año de publicación: 2009
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Mindlin, Gabriel Bernardo
• Materia: CANTO DE AVES; CONTROL MOTOR; DINAMICA NO-LINEAL; DIAMANTE MANDARIN; DISPOSITIVO BIOMIMÉTICO; MOTOR CONTROL; NONLINEAR DYNAMICS; ZEBRA FINCH; BIOMIMETIC DEVICE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El canto de las aves es un modelo para comportamiento vocal aprendido con gran similitud al proceso de aprendizaje y producción vocal en humanos. El canto es producido en el órgano vocal, la siringe, mediante la coordinada interacción de dos sistemas motores: los músculos que controlan la siringe y los músculos respiratorios. El canto está compuesto por elementos acústicos llamados sílabas, cada sílaba posee características propias. Mientras que algunas especies presentan únicamente sílabas tonales, otras como el Diamante Mandarín (Taeniopygia guttata) alternan sílabas tonales de alta frecuencia con sílabas de baja frecuencia que poseen gran contenido espectral. En esta tesis estudiamos los mecanismos mediante los cuales la siringe puede contribuir a esa riqueza espectral. Se muestra que en el Diamante Mandarín, el gran contenido espectral presente en las sílabas de baja frecuencia, es una indicación de la dinámica presentada por su aparato vocal. Mediante el modelado teórico, esta dinámica es capturada en un modelo matemático de baja dimensión. La variación de contenido espectral no es el resultado de un control activo central de esta caracter ística acústica, sino que emerge de la dinámica intrínseca de la siringe. A partir de los modelos teóricos desarrollados de la biomecánica de la siringe, se diseñó un dispositivo biomimético, capaz de reemplazar el órgano vocal del ave. Se desarrollo una siringe electrónica capaz de generar canto mediante la transducci ón de instrucciones fisiológicas. La salida del dispositivo respeta las características acústicas del canto natural del ave. Este dispositivo electrónico integra digitalmente las ecuaciones de la dinámica de la siringe, constituyendo una solución robusta para generar vocalizaciones con control fisiológico en tiempo real. Este trabajo ilustra la necesidad de explorar cuantitativamente la interacción entre el sistema nervioso y el sistema periférico que controla, de modo de entender el comportamiento emergente. Por otro lado, con el fin de generar dispositivos biomiméticos, se remarca la importancia de incorporar la física del problema en su desarrollo, logrando así soluciones más eficientes.
Birdsong is a model system for learned vocal behaviour with remarkable parallels to human vocal development and sound production mechanisms. Song is generated in the birds vocal organ by the coordinated interaction of two motor systems the syrinx muscles and the respiratory muscles. Birdsong is composed by acoustics elements called syllable, each syllable has different acoustic features. While some species exhibit only tonal sounds, other species, like the Zebra Finch, alternate high frequency tonal notes and low frecuency syllables with high spectral content. In this thesis, we study the mechanisms of how the avian sound source might contribute to spectral richness. Here we show in the zebra finch (Taeniopygia guttata), that the broad range of upper harmonic content in different low frequency song elements is the fingerprint of the dynamics displayed by its vocal apparatus. Using theoretical modelling we captured this dynamic with a low dimensional dynamical model. The varying harmonic content of birdsong is not the result of the active neural control of the acoustic characteristics but emerges of the intrinsic dynamics of the sound source. Using the developed theoretical models of biomechanics of the syrinx we also designed a biomimetical device capable of replacing the organ. We developed an electronic syrinx that generates song by transducing physiological instructions into acoustic output. The synthetic output is highly similar in acoustic features to the natural sounds. This electronic circuit digitally integrate the equations for the dynamics of the syrinx, constituting a robust solution suitable for generating synthetic song in real time. This work illustrates the need to fully explore the deep interaction between a nervous system and the peripheral system it controls in order to understand the emerging behavior. Also, in order to develop biomimetic devices, we indicate the importance of incorporating the physics of the problem to design in order to obtain efficient solutions.
Fil: Sitt, Jacobo Diego. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.