El Ultrasonido en los animales

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INTRODUCCIÓN
El sonido es físicamente una sacudida de los elementos del medio donde existen, sea líquido, sólido o gaseoso
( aire ), produciendo un movimiento oscilante de partículas materiales alrededor de su normal posición de
reposo o de equilibrio.
En nuestro planeta existen diversos sonidos con múltiples frecuencias, siendo utilizado por los animales para
sobrevivir principalmente. Algunos animales utilizan frecuencias bastante altas para comunicarse o para
ubicar el alimento, a este rango de frecuencias se le llama ULTRASONIDO, que seré el objeto de esta
investigación, concentrándola en el uso que el hombre le da, a raíz de sus investigaciones en los animales.
Por ejemplo sabemos que al ULTRASONIDO se lo a conocido como un sistema de inspección ecopulsante,
que genera una señal de alta frecuencia, que no es audible, en el rango de 1 a 5 Mhz y que mediante un
osciloscopio, contabiliza el tiempo que tarda viajando esta señal dentro de un medio hasta que es reflejada.
Este medio donde viaja el sonido rápidamente, es por lo general el acero en las aplicaciones industriales y el
sonido viaja a velocidades en el orden de 5.6 Km/seg. Así que mediante sencillos cálculos se puede conocer el
espesor de una tubería y determinar rápidamente si ha tenido pérdida de material por corrosión. Todo esto
basado en el uso que los Murciélagos hacen de la emisión y recepción de altas frecuencias para movilizarse y
buscar su alimento.
Entremos entonces en este fascinante mundo del sonido y principalmente del ULTRASONIDO y el uso que el
hombre le da a raíz de la investigación del uso que los animales le dan desde hace muchos, muchos años.
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OBJETIVOS
Los objetivos planteados para esta investigación son los siguientes:
• Conocer el uso que hacen ciertas especies de animales del ultrasonido.
• Averiguar las investigaciones realizadas por el hombre sobre el uso de los animales del ultrasonido,
en sus descubrimientos.
• Entender el funcionamiento de los descubrimientos del hombre en que aplica el uso del ultrasonido
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1.− Desarrollo del oído en los animales
Primeramente tenemos que tener claro que para el hombre las frecuencias audibles están en el rango de los 20
Hz hasta los 20000 Hz. Y todo sonido con frecuencia mas alta de los 20 Khz le llamaremos ULTRASONIDO.
Aunque nos parezca increíble existen animales que pueden captar estas frecuencias altas para el hombre y de
hecho esta característica es fundamental para que sobrevivan y se alimenten.
Pero entendamos como es que los animales al principio de los tiempos fueron desarrollando el oído, ya que en
los primeros peces cartilaginosos evoluciona a hacerse hueso su cráneo y la formarse los osículos junto con el
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tímpano. Se fue desarrollando el oído interno encargado de la audición y de la orientación gravitacional.
La presencia del líquido llamado perilinfa en los animales es muy importante, porque aquí se basa la función
acústica, ya que depende de la presión de la propagación de ondas que pasan por este líquido para escuchar.
Es en los animales donde el oído a sufrido grandes cambios para adaptarse a las necesidades de supervivencia,
por ejemplo:
• La oreja sostenida por un cartílago elástico, recoge las vibraciones del aire, muchas veces se mueve en
algunos animales para detectar la dirección del punto de origen del sonido.
• La membrana oval que cubre una abertura al oído interno amplifica la presión del sonido unas 30
veces, aumentando de esta manera la capacidad auditiva del animal.
• La cóclea o más conocida como caracol, es la antigua lagena que evolucionó alargándose y
enrollándose.
Un animal con buen oído puede diferenciar unos 300.000 tonos diferentes entre frecuencias altas y bajas.
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2.− Uso del Ultrasonido en ciertos animales
Ciertos mamíferos utilizan frecuencias muy altas que son los ULTRASONIDOS , utilizados por los cetáceos
(ballenas, delfines) que se guían por el eco y responden a frecuencias hasta 130.000 Hz
Los delfines emiten de forma continua chasquidos y silbidos.
Los primeros consisten en pequeños pulsos de 300 sonidos por segundo que se generan desde un mecanismo
situado justo debajo del espiráculo y que se utilizan para la ecolocación de los objetos (funciona como un
sonar). El melón (abombamiento de la frente situado encima de la mandíbula superior), consta principalmente
de grasa y aceite, y actúa como una pantalla acústica que mejora la resolución de la emisión de sonidos. La
mandíbula inferior, también llena de aceite, ayuda a la transmisión del eco reflejado por los objetos, y recibido
por la zona posterior de dicha mandíbula, hacia el oído. Este sistema de ecolocación, similar al de los
murciélagos, permite a los delfines navegar y detectar a sus presas con suma facilidad. Respecto a los silbidos,
son sonidos de tono uniforme que provienen de la parte profunda de la laringe. Se utilizan para comunicar
estados de alarma, excitación sexual y, tal vez, otros estados emocionales.
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En el caso de los ratones estos usan el ULTRASONIDO para la comunicación entre madre y la cría, ya que
con la vocalización de frecuencias altas por parte de su madre estimula el desarrollo del comportamiento
normal de las crías. La emisión de sonidos va desde los 30Khz hasta sobrepasar los 80 Khz.
En el caso de los murciélagos el ultrasonido es usado para la localización de los insectos y para volar sin
chocarse. Consiste en la emisión vocal de pulsos sonoros de alta frecuencias de hasta 130 Khz y en varias
repeticiones en lapsos muy cortos de tiempo a razón de 30 a 50 por segundo; lo que le permite al murciélago
detectar la posición de los objetos y su dirección de vuelo en el caso de los insectos.
Esto se debe a que la gran cantidad de ultrasonidos emitidos en milisegundos van a chocar con los objetos y se
reflejan en los grandes pabellones de las orejas de estos animales, estos analizan y codifican las formas en su
cerebro, reconociendo de que se trata ya sea enemigos, comida o paredes.
El hecho de que estos animales emitan ultrasonidos se debe a que tiene que ser sonidos en una frecuencia que
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los demás animales no capten para que no se asusten.
Las frecuencias emitidas al principio son muy altas y luego van bajando pero manteniéndose en
ULTRASONICAS por ejemplo empiezan en 80 Khz y terminan en 48Khz, otros pueden empezar en mas de
100 Khz y terminar en 60 Khz.
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Dependendiendo de las especies de murciélagos pueden sobrepasar de 100 Khz las emisiones de
ULTRASONIDOS.
En la década del ochenta, Brock Fentor, zoólogo de la Universidad de York, en Ontario (Canadá), esbozó la
hipótesis de que los murciélagos aprendieron primero a usar el ultrasonido y solo después que desarrollaron la
capacidad para volar. A fin de sustentar su teoría indicó que tres musarañas, parientes cercanos de los
murciélagos, utilizan sonidos ultrasónicos con el propósito de comunicarse entre sí.
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Es posible que un antiguo murciélago, parecido a una musaraña, deslizándose en cuatro patas durante la
noche, y atrapando insectos para sobrevivir, haya podido oír el tenue eco de sus llamados al rebotar en un
insecto volador. Sus descendientes habrían comenzado a atrapar otros insectos en vuelo y la evolución habría
favorecido a protomurciélagos con extremidades más largas y con membranas entre los dedos factibles de
ayudarlos a capturar sus presas.
Esa hipótesis fue, sin embargo, cuestionada por John Speakman, un zoólogo de la Universidad de Aberdeen
(Escocia). Speakman descubrió que la localización de objetos mediante el rebote de ondas sonoras es una
labor muy costosa en términos de metabolismo. El animal consume en esa tarea una enorme cantidad de
energía.
Sin embargo, cuando Speakman midió el gasto de energía de murciélagos en vuelo, los resultados fueron
sorprendentes.
Los murciélagos pueden usar la energía requerida para volar y además localizar objetos mediante ondas
sonoras sin gasto adicional.
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Durante el ciclo de vuelo −dice Speakman−, el animal tiene que contraer los músculos de las alas.
Esos músculos no solo ayudan a mover las alas del murciélago
los pulmones y enviándolo a través de la garganta. Eso crea las pulsaciones sonoras que al rebotar permiten
distinguir objetos.
Los resultados de esas investigaciones han hecho que Speakman ponga en duda la teoría de que los
murciélagos desarrollaron primero la localización mediante sonidos y posteriormente el vuelo, pues el animal
gasta la mayor cantidad de energía en esa tarea solo cuando posa en una superficie.
Eso ha llevado al científico a pensar que tanto el vuelo como la localización de objetos mediante el
ULTRASONIDO han sido tareas simultáneas.
Los estudios que se han realizado hasta ahora han permitido descubrir aspectos sorprendentes.
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El sofisticado sistema de localización que utilizan los murciélagos, ha sido muy estudiado por la OTAN para
sus descubrimientos. En sus desplazamientos emiten señales de radio que les permiten saber con exactitud
donde se encuentran los obstáculos.
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3.− Descubrimientos del hombre aplicando el uso del ultrasonido por los
animales
El detector ultrasónico de movimiento fue construido en base al sistema de localización de los murciélagos.
El propósito de este descubrimiento es demostrar una de tantas aplicaciones del ultrasonido en la actualidad.
La idea principal es utilizar las características propias del ultrasonido para detectar movimiento. Esto se logra
mediante las ondas reflejadas o eco del ultrasonido.
El ultrasonido ha dejado al descubierto un mundo de permanencia invisible; tuberías de refrigeración de una
central nuclear muestran de repente sus grietas y desperfectos, inapreciables al ojo humano, materiales
metálicos de gran tamaño son inspeccionados para encontrar defectos en el interior, los fetos son
monitoreados en pantalla antes de nacer, y los barcos pesqueros encuentran los bancos de peces con haces de
ultrasonido.
El ultrasonido no se diferencia del sonido perceptible a través del oído en cuanto a sus características
fundamentales. Dicho con más sencillez, las ondas ultrasónicas son ondas acústicas de la misma naturaleza
que las ondas sónicas. El ultrasonido tiene como característica principal el tener una frecuencia de oscilación
superior a los 20.000 ciclos/seg.
Para emitir y recibir los ultrasonidos se usan los transductores ultrasónicos que tienen un principio de
funcionamiento similar a los transductores de audio normales (micrófonos y bocinas). Estos transductores se
obtienen en el mercado por pares (emisor y receptor), ambos deben tener una respuesta a la misma frecuencia
ya que el ultrasonido generado por el emisor (equivalente ultrasónico de la bocina) deberá hacer entrar en
resonancia al transductor receptor (equivalente ultrasónico del micrófono).
Para que el transductor emisor pueda generar las ondas ultrasónicas se requiere de un circuito oscilador de la
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misma frecuencia a la cual responde el par de transductores, 40KHz en este caso. Este oscilador puede ser
diseñado de diversas maneras, una de ellas es el oscilador de relajación, basado en un cristal de 40KHz.
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El principio de funcionamiento de este descubrimiento está basado en un circuito oscilador de 40KHz
(frecuencia de ultrasonido) cuya salida es manejada mediante un arreglo de seguidores (buffers) que ponen en
un funcionamiento de oscilación constante a un transductor ultrasónico emisor. La señal así generada es
inaudible para el humano pero se propaga libremente por el aire.
La etapa receptora consiste de un transductor ultrasónico receptor, que recibirá las señales ultrasónicas
reflejadas por los cuerpos cercanos a él. Este transductor detecta cualquier sonido reflejado que haya sido
emitido por el transductor emisor. Si no hay movimiento, el resultado es una señal en forma de voltaje
constante. Las señales obtenidas por el transductor son amplificadas por primera vez.
Se cuenta con un circuito detector de picos, que servirá como demodulador para detectar las variaciones en la
señal. Posteriormente, la señal vuelve a ser amplificada. Cuando hay movimiento se tienen tanto señales
positivas como negativas. Estas señales son detectadas mediante un amplificador operacional en su modalidad
de detector de ventana, el cual tendrá sus umbrales tanto superior como inferior definidos en espera de señales
que los rebasen en cualquiera de los dos sentidos.
El resultado de este detector de ventana servirá como señal de activación de un flip−flop monoestable capaz
de habilitar a un interruptor electrónico que activará una alarma o cualquier otro dispositivo que se desee
utilizar en el proceso.
Las posibilidades de uso son muchas y muy variadas. Un ejemplo de ellas es la utilización de este detector
para habilitar una alarma contra intrusos de manera silenciosa y discreta, ya que las señales emitidas por este
diseño son imperceptibles para los humanos.
Otra aplicación, más interesante aún, de este detector ultrasónico, es la implementación de sistemas emisores
de ultrasonido en los vehículos de emergencia (ambulancias, camiones de bomberos, patrullas, etc.) y
receptores en los semáforos. De tal manera que, en caso de alguna emergencia, los emisores enviaran señales
a los semáforos para permitir la circulación en el sentido en que se desplaza dicho vehículo, evitando riesgos
innecesarios al violar las señales de vialidad.
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Al pensar en ultrasonido por lo general nos viene a la mente el campo de la medicina, pero podemos darnos
cuenta de que en realidad el uso del ultrasonido es muy extenso.
Otra aplicación del ultrasonido es la liposucción ultrasónica que consiste en fragmentar la grasa con una
cánula que vibra a alta velocidad (ultrasonidos).
En realidad es una sonda en cuyo mango hay un cristal que vibra a 22500 Hz. Para llevarla a cabo hay que
inyectar en el tejido graso una gran cantidad de líquido para la cavitación del mismo lo que permite que el
ultrasonido sea efectivo.
La gran ventaja de esta técnica es que permite extirpar más grasa que en la liposucción clásica, pudiendo
llegar a 10 litros más. Dado que los vasos y nervios no son afectados por el ultrasonido, el sangrado y
hematoma posterior es teóricamente menor. Esta técnica puede contribuir al tratamiento de la obesidad.
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El tratamiento postoperatorio es similar a la liposucción convencional. Sin embargo, la retracción cutánea
parece que es mayor que con la convencional.
Los ahuyentadores de plagas por ultrasonido son unos de los últimos descubrimientos. Sus 260 decibeles de
intensidad de sonido, harán que las plagas abandonen sus lugares de alimentación, evitando además que otras
los utilicen. Estas ondas de sonido de alta intensidad están fuera del alcance del oído humano, las
investigaciones de laboratorio han demostrado que las ondas de ultrasonido atacan al sistema nervioso de la
totalidad de las plagas. Proyecta una frecuencia de 20.000 Hz. No interfiere con televisores, alarmas ni otro
tipo de artefactos electrónicos.
Cubre un área de 200 metros cuadrados
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CONCLUSIONES
Las conclusiones a las que llego con este trabajo son las siguientes:
• Como a ocurrido en casi todos los descubrimientos el hombre tiene que fijarse y aprender del mayor
de los descubrimientos que existe: la naturaleza.
• Con todo lo que hemos aprendido no podemos decir que lo que no se escucha no existe, al contrario
faltan muchas cosas por descubrir y saber que están con nosotros y lo seguirán estando y es mas
siempre han estado.
• Se debería investigar más del uso que hacen las ballenas por ejemplo en el uso del ultrasonido en caso
de la investigación marina. Nos llevaríamos varias sorpresas.
• En nuestra vida cotidiana se implementa cada vez más el uso del ultrasonido.
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BIBLIOGRAFÍA
• http//:www.cirugía−estetica.com.es
• http//:www.branson/ultrasonido.com
• http//:www.provemar/provemar.xoom.com
• Enciclopedia Microsoft® Encarta® 98 © 1993−1997
• Bravo.J. La acústica en animales, 1999,Pp 3−5.Ecuador.
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INDICE
Pag.
− Introducción 02
− Objetivos 03
− Desarrollo del oído de los animales 04
− Uso del Ultrasonido en ciertos animales 05
− Descubrimientos del hombre aplicando el uso
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del ultrasonido por los animales 10
− Conclusiones 13
− Bibliografía 14
− Indice 15
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