8 دقیقه
مقدمه
تصور کنید در نمایشی نشسته‌اید که محیط صوتی یک مرداب مزوزوئیک را بازسازی می‌کند. هر ساز بر اساس ساختار صوتی گونه‌ای از دایناسورها طراحی شده است. این ایده، اساس پروژه بین‌رشته‌ای برنده جایزه‌ای به نام Dinosaur Choir است. هدف پروژه تبدیل شواهد دیرینه‌شناسی به ابزارهای قابل اجرا و شنیدن است. پروژه پیوندی است میان دیرینه‌شناسی، مدلسازی آکوستیکی، طراحی صنعتی و هنر تعاملی. در نتیجه مخاطبان میتوانند حس ملموسی از چگونگی ارتباطات صوتی حیوانات منقرض‌شده به‌دست آورند.
پیش‌زمینه علمی و روش‌های بازسازی صوتی
بازسازی آواها یا بازسازی آواهای دایناسورها بر اساس آناتومی تطبیقی و شواهد فسیلی انجام میشود. پرندگان و کروکودیلها نزدیک‌ترین خویشاوندان زندهٔ دایناسورهای غیرپرنده‌اند. پژوهشگران از اندام‌های تنفسی و صوتی این جانداران به‌عنوان نمونه‌های کارکردی استفاده میکنند. فسیل‌هایی که ساختارهای استخوانی مرتبط با تولید صدا را حفظ کرده‌اند، مانند کُرِست‌های پیچیدهٔ برخی هادروزورها یا عناصر لارینگسی استخوانی‌شده که اخیراً در آنکیلوصورها شناسایی شده‌اند، محدودیت‌های آناتومیکی را تعیین میکنند و مدل‌های آکوستیک را شکل می‌دهند.
تیم Dinosaur Choir از اسکنهای CT جمجمه‌های فسیلی استفاده می‌کند تا لوله‌ها و اتاقک‌های درونی را که احتمالاً بر رزونانس تاثیر گذاشته‌اند، نقشه‌برداری کند. این اسکن‌ها قالب‌های سه‌بعدی فراهم می‌آورند که می‌توان آن‌ها را با چاپ سه‌بعدی به فرم فیزیکی تبدیل کرد و از طریق پردازش سیگنال دیجیتال به صدا بدل ساخت.
با ترکیب داده‌های دیرینه‌شناسی و اصول هیدرودینامیک و آکوستیک، طراحان میتوانند صداهایی تولید کنند: زِرش‌ها، بوم‌ها، کووها، چیپ‌ها و آواهای فرکانس پایین که در چارچوب دانش کنونی معقول به‌شمار می‌روند. غُر‌غرهای سینماییِ معروف کمتر محتمل هستند؛ پیش‌بینی‌های پُشتیبانی‌شده‌تر شبیه تقویت‌شدهٔ آواهای پرنده‌مانند است تا هیولاهای هالیوودی.
مبانی تجربی و محاسباتی
برای بازسازی آواهای دایناسورها تیم از چندین روش هم‌زمان استفاده می‌کند:
- تحلیل آناتومی تطبیقی با پرندگان و کروکودیلها.
- تحلیل اسکن CT برای استخراج هندسهٔ درونی لوله‌ها و اتاقک‌ها.
- مدلسازی جریان هوا و رزونانس با استفاده از اصول آکوستیک و دینامیک سیالات.
- اجرای الگوریتم‌های سنتز صوتی که فرکانس، رنگ صوتی و رزونانس را بر اساس هندسه تنظیم میکنند.
این ترکیبِ داده و نظریه به تولید صدایی می‌انجامد که از نظر علمی محتمل است و به‌عنوان یک تفسیر مبتنی بر شواهد ارائه میشود، نه یک حقیقت قطعی.
طراحی و تعامل: ساز بر پایه Corythosaurus
ساز دیجیتال با کرست
اولین ساز در این سری بر اساس Corythosaurus ساخته شده است. Corythosaurus یک هادروزور اواخر کرتاسه است که برای کرست توخالی جمجمه‌اش شناخته میشود. طراحان با استفاده از هندسهٔ استخراج‌شده از اسکنهای CT، نسخه‌ای سه‌بعدی از گذرگاه‌های داخلی کرست را چاپ کردند.
مدل فیزیکی یک 'جعبه صدا' دیجیتال کوچک و یک بلندگو را در خود جای میدهد. این سیستم تن‌ها را فیلتر و با توجه به فرم کرست رزونانس می‌بخشد. نتیجه صدایی است که از الگوریتم‌هایی نشأت می‌گیرد که بر اساس شکل کرست تنظیم شده‌اند.
چگونه کاربر صدا را شکل میدهد
یک دوربین و میکروفون متصل، ورودی کاربر را پایش میکنند—ارتعاشات، شکل دهان، فشار تنفسی—و آن سیگنال‌ها را به تغییراتی در زیر و بم، رنگ صوتی و رزونانس ترجمه میکنند. به‌جای پخش صداهای ازپیش‌ضبط‌شده، کاربر خروجی صوتی را در زمان واقعی تحت تأثیر قرار میدهد. این رویکرد تعاملی اجرای مشترکی خلق می‌کند که هم محدودیت‌های آناتومیکی و هم امکانات خلاقانه را نشان میدهد.
هدف دوگانه است: هنری و آموزشی. مخاطبان یاد می‌گیرند که مورفولوژی چگونه صدا را تحت تأثیر قرار میدهد و هم‌زمان در تجربهٔ موسیقایی جمعی شرکت میکنند.
پیامدها، محدودیت‌ها و افزوده‌های آینده
پروژه Dinosaur Choir نشان میدهد چگونه ابزارهای فناورانه—اسکن CT، ساخت افزودنی (چاپ 3D) و سنتز صوتی دیجیتال—میتوانند برای کاوش پرسش‌های دیرینه‌زیستی در فضاهای عمومی ترکیب شوند. این پروژه روش ترجمهٔ فرضیات مورفولوژیکی به صداهای قابل ادراک را نشان میدهد. چنین روشی برای آموزش عمومی مفید است و میتواند برای آزمون ایده‌ها دربارهٔ عملکرد و رفتار نیز به‌کار رود.
با این حال، بازسازیها ذاتاً موقت و فرضی‌اند. بافتهای نرم به‌ندرت فسیل می‌شوند و فروض دربارهٔ عضلات، کنترل جریان هوا و غشاهای صوتی نتیجه‌ها را شکل می‌دهند. پروژه این عدم قطعیت‌ها را می‌پذیرد و هر ساز را به‌عنوان تفسیر مبتنی بر شواهد معرفی می‌کند، نه یک فسیل صوتی قطعی.
تیم قصد دارد گروه سازها را فراتر از Corythosaurus گسترش دهد. یک ساز بر پایهٔ آنکیلوصور در دست توسعه است، که با ویژگی‌های تازه‌توصیف‌شدهٔ شبیه‌پرندگان در آناتومی صوتی برخی دایناسورهای زرهی الهام گرفته شده است. هدف نهایی شکل‌دادن به یک «کر» است که اجرای مشارکتی و همکاری بین‌رشته‌ای را دعوت می‌کند.
کارکردهای پژوهشی و آموزشی
فواید پروژه در چند حوزه نمود دارد:
- آموزش عمومی: شنیدنِ بازسازیها فهم شهودی از عملکرد تکاملی را تقویت می‌کند.
- آزمون فرضیه‌ها: تبدیل مورفولوژی به صدا، به پژوهشگران اجازه میدهد تا اهمیت جزئیات آناتومیکی را بسنجند.
- طراحی مشارکتی: اجازهٔ کار کردن طراحان، هنرمندان و دانشمندان با هم فراهم میشود تا مفاهیم علمی را در فرم‌های نوآورانه ارائه دهند.
نظر متخصص
دکتر Elena Morales، دیرینه‌زیست‌شناس و مروج علمی، می‌گوید: 'پروژههایی مانند Dinosaur Choir قدرت دارند چون دادهٔ آناتومی انتزاعی را ملموس میکنند. با شنیدن اینکه چگونه شکل صدا را محدود می‌کند، مردم حس شهودی از عملکرد تکاملی به‌دست می‌آورند. در عین حال این بازسازیها به دانشمندان و طراحان کمک میکنند تا بفهمند کدام جزئیات آناتومیکی بیشترین تأثیر را بر خروجی آکوستیکی دارند.'
فناوری‌های مرتبط و چشم‌انداز آینده
پیشرفت‌ها در حسگرهای مبتنی بر میکروکنترلر، مدلسازی جریان هوا با دقت بیشتر و اسکن‌برداری با وضوح بالا، کیفیت سازها را در آینده بهبود خواهند داد. ترکیب مجموعه‌های موزه‌ای، دیتاستهای CT متن‌باز و پلتفرم‌های طراحی مشارکتی میتواند مشارکت پژوهشگران و عموم را گسترش دهد و کر را به کاوشی جمع‌سپاری‌شده در تکامل صوتی تبدیل کند.
چند جهت توسعه آینده‌ای ممکن عبارت‌اند از:
- افزایش دقت شبیهسازی جریان هوا و تعامل با بافتهای نرم فرضی.
- استفاده از حسگرهای پوشیدنی برای ضبط بهتر ورودیهای انسانی در اجراهای تعاملی.
- باز کردن دیتاستهای CT و طراحی‌های سه‌بعدی به‌صورت اوپنسورس برای پژوهش و خلاقیت عمومی.
- گسترش مجموعهٔ سازها برای پوشش طیف وسیع‌تری از مورفولوژی‌های دایناسوری.
جمع‌بندی و نکات عملی
Dinosaur Choir شواهد فسیلی و دانش آکوستیک را به ابزارهای موسیقایی تعاملی تبدیل می‌کند تا دریابیم دایناسورها چگونه ممکن است صدا تولید کرده باشند. این پروژه با تلفیق اسکن CT، چاپ سه‌بعدی و سنتز دیجیتال، شکلی از درگیری علمی-عمومی را فراهم می‌آورد که از لحاظ علمی مبتنی بر شواهد است.
اگرچه محدودیت‌ها در حفظ بافتهای نرم به معنی آن است که بازسازیها همیشه فرضی خواهند ماند، کار نشان میدهد که تلاقی دیرینه‌شناسی، طراحی و فناوری مسیرهای امیدبخشی برای تجربهٔ صوتیِ زمان‌های بسیار دور زمین باز می‌کند. در عمل، چند نکتهٔ قابل اجرا وجود دارد:
- آشنایی با اصول اسکن CT و چاپ سه‌بعدی میتواند به موزه‌ها و آموزشگاه‌ها کمک کند تا پروژه‌های مشابه را اجرا کنند.
- طراحی تعاملی که ورودی انسانی را به پارامترهای آکوستیکی پیوند می‌زند، راهی قوی برای آموزش مشارکتی است.
- نگرش شفاف نسبت به محدودیت‌های دادهها و ارائهٔ بازسازیها به‌عنوان تفسیرهای مبتنی بر شواهد، اعتماد عمومی و علمی را حفظ می‌کند.
در پایان، بازسازی آواهای دایناسورها هم ابزار آموزشی و هم وسیله‌ای برای بازاندیشی علمی است. این کار راه‌هایی برای تعامل خلاقانه با گذشتهٔ عمیق زمین باز می‌کند و پژوهشگران را به آزمون فرضیه‌های جدید دعوت می‌کند.
منابع و ارجاعات
برای مشاهدهٔ تصویری از فرایند مدلسازی و ساخت ساز Corythosaurus، تصویر CT و مدل سه‌بعدی در اینجا قرار دارد:
این تصویر و داده‌های مرتبط نمایشی از چگونگی پیوند اسکن CT به چاپ سه‌بعدی و سنتز صوتی است. برای درک بهتر روش‌ها، دنبال کردن مقالات اخیر در حوزهٔ آناتومی صوتی آنکیلوصورها و هادروزورها توصیه میشود.
پایان
پروژهٔ Dinosaur Choir نشان میدهد که چگونه می‌توان بازسازی آواهای دایناسورها را با ابزارهای مدرن به تجربه‌ای ملموس و مشارکتی تبدیل کرد. این گونه کارها آینده‌ای را نوید می‌دهند که در آن موزه‌ها، پژوهشگاه‌ها و عامهٔ مردم با هم صدای گذشته را جست‌وجو و بازآفرینی میکنند.
منبع: sciencealert
نظرات