Специалисты ЛЭТИ считают, что изучение звуков, издаваемых кашалотами, поможет в создании более эффективных гидролокаторов, систем подводной связи и навигации.
Учёные утверждают, что морские животные, например кашалоты, используют не только щелчки, трески и стоны для общения, но и эхолокации для ориентации в пространстве. Даже новорождённый кашалот издаёт звуки до 162 децибел — как правило, короткие звуковые импульсы, от 3 до 30 щелчков, называемые кодами. В конце «фразы» кашалот может добавлять ещё один щелчок, называемый орнаментацией. Вторая особенность «песен» кашалотов — рубато, то есть замедление и ускорение темпа звукопередачи.
Исследование «песен» и «голосов» морских животных помогает идентифицировать их. Однако некоторые из существующих на сегодня баз данных являются закрытыми, а для изучения кашалотов и издаваемых ими звуков необходимо большое количество записей с такими звуками.
Учёные занимаются созданием методов, позволяющих имитировать «песни» кашалотов — в частности, с помощью нейросетей. Такой работой занимаются, например, в Молодёжном научно-исследовательском институте Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова.
«Для этого “песни” этих млекопитающих животных мы преобразовали в картинки, представив их в виде спектрограммы, а затем с помощью специального алгоритма машинного обучения для генерации изображений сгенерировали новые наборы звуков», — объяснила метод доцент кафедры систем автоматизированного проектирования (САПР), старший научный сотрудник Молодёжного научно-исследовательского института (МолНИИ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Копец.
Взяв доступные записи, исследователи меняли тембр, тон, добавляли шумы, ускоряли и замедляли звук «песен» одного из кашалотов. Преобразовав голосовые данные в спектрограммы (фотографические изображения спектров), они вертикально и горизонтально «нарезали» эти картинки по частям и переставляли их местами. Фактически «песни» разделили на фрагменты, подобные отдельным звукам человеческой речи. Это позволило получить новые наборы звуков без преобразования их структуры.
Этот метод представляет интерес для морской биологии. Также изучение с помощью генерации звуков и попытки интерпретации отражённых сигналов от различных поверхностей в лабораторных условиях может помочь в создании способов улучшения подводной связи и навигации. Это один из примеров конвергенции разных областей наук и использования природоподобных и биоподобных технологий, «подсмотренных» у природы.
Работа поддержана Российским научным фондом. Результаты исследований представлены в научном журнале Big data and cognitive computing.