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Los mamíferos marinos (cetáceos, pinnípedos) han desarrollado sistemas sensoriales extraordinariamente sofisticados para el medio acuático. Los delfines producen clics de banda ancha (30120 kHz) de altísimo nivel (SL 220230 dB re 1Pa@1m, el sonido biológico más intenso conocido) que permiten ecolocalización con resoluciones de distancia de ~1 cm y discriminación de objetos de diferente material.

La ecuación de sonar activo determina el rango de ecolocalización: el rango máximo ocurre cuando SNR_out = DT (umbral de detección). Las pérdidas de trayectoria TL = 20·log(r) + ·r en agua son menores que en aire para bajas frecuencias (_agua << _aire), pero la absorción crece con f²: las altas frecuencias son absorbidas en metros, limitando la ecolocalización a distancias cortas.

Las ballenas azules y jorobadas usan el canal SOFAR (Sound Fixing And Ranging) para comunicarse a distancias de miles de kilómetros. En el canal SOFAR (profundidad de mínima velocidad del sonido, ~1000 m), el sonido queda atrapado por refracción y las pérdidas son solo cilíndricas (TL = 10·log(r), en lugar de 20·log(r) para propagación esférica), lo que extiende el alcance de 100× comparado con propagación libre.

El ojo del delfín está adaptado para funcionar en aire y en agua: la córnea es casi plana (no contribuye a la refracción bajo el agua), y el cristalino es casi esférico (muy potente) para compensar. La visión es bifocal: la pupila en forma de U permite enfocar simultáneamente en dos direcciones distintas. Bajo el agua, la visión es moderada (agudeza ~30 arcmin); en aire, sorprendentemente mejor.

Los cetáceos tienen depósitos de magnetita (FeO) en tejido blando craneal, lo que sugiere capacidad de magnetorrecepción para navegación oceánica. Las ballenas siguen rutas migratorias de miles de kilómetros con precisión de ~10 km, posiblemente usando el campo geomagnético como mapa (intensidad) y brújula (inclinación) para navigation bidimensional en el océano sin referencias visuales.

ID:('ky', 596)

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$TL=20\log_{10}(r)+\alpha_{abs}r$

Variables

$TL$

Pérdida de trayectoria esférica

$dB$

$alpha_{abs}$

Absorción acústica

$dB/m$

$r$

Distancia fuente-blanco

$m$

ID:('gm', 5366)

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$SNR_{out}=SL-2TL+TS-(NL+DI)$

Variables

$TS$

Fuerza de blanco

$dB$

$DI$

Índice de directividad

$dB$

$TL$

Pérdida de trayectoria esférica

$dB$

$SNR_{out}$

Relación señal-ruido de salida

$dB$

$NL$

Ruido ambiente

$dB$

$SL$

Nivel fuente

$dB re 1 ?Pa$

ID:('gm', 5367)

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$SNR_{out}\ge DT$

Variables

$SNR_{out}$

Relación señal-ruido de salida

$dB$

$DT$

Umbral de detección

$dB$

ID:('gm', 5368)

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$c_{agua}=1449+4.6T-0.055T^2+0.0003T^3+(1.39-0.012T)(S-35)+0.017z$

Variables

$S$

Salinidad

$1$

$T$

Temperatura del agua

$K$

$c_{agua}$

Velocidad del sonido en agua

$m/s$

$z$

Profundidad

$m$

ID:('gm', 5369)

Storyboard

$TL_{SOFAR}=10\log_{10}(r)$

Variables

$TL_{SOFAR}$

Pérdida en canal SOFAR

$dB$

$r$

Distancia fuente-blanco

$m$

ID:('gm', 5370)

Storyboard

$n_{agua}\sin\theta_{agua}=n_{aire}\sin\theta_{aire}$

Variables

$n_{agua}$

Índice refractivo del agua

$1$

$n_{aire}$

Índice refractivo del aire

$1$

$\theta_{agua}$

Ángulo bajo el agua

$rad$

$\theta_{aire}$

Ángulo en aire

$rad$

ID:('gm', 5371)

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$\theta_{aire}=\arcsin\left(\frac{n_{agua}\sin\theta_{agua}}{n_{aire}}\right)$

Variables

$n_{agua}$

Índice refractivo del agua

$1$

$n_{aire}$

Índice refractivo del aire

$1$

$\theta_{agua}$

Ángulo bajo el agua

$rad$

$\theta_{aire}$

Ángulo en aire

$rad$

ID:('gm', 5372)

Storyboard

$\tau_{mag}=m_{part}B_{geo}\sin\alpha_{mag}$

Variables

$B_{geo}$

Campo geomagnético

$T$

$ au_{mag}$

Torque magnético

$N·m$

$m_{part}$

Momento magnético de magnetita

$A·m²$

$alpha_{mag}$

Ángulo magnetita-campo

$rad$

ID:('gm', 5373)

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$\Delta r=\frac{c_{agua}}{2BW}$

Variables

$BW$

Ancho de banda acústico

$Hz$

$c_{agua}$

Velocidad del sonido en agua

$m/s$

$Delta r$

Resolución de distancia

$m$

ID:('gm', 5374)

Storyboard

$BW=\frac{0.44}{\tau_{click}}$

Variables

$BW$

Ancho de banda acústico

$Hz$

$ au_{click}$

Duración del clic

$s$

ID:('gm', 5375)

Storyboard

$\Delta T_{vibrisa}=gradT,\Delta x$

Variables

$Delta T_{vibrisa}$

Diferencia térmica en vibrisa

$K$

$gradT$

Gradiente térmico

$K/m$

$Delta x$

Distancia de comparación térmica

$m$

ID:('gm', 5376)

Storyboard

$I_{thermal}=\frac{\Delta T_{vibrisa}}{\Delta T_{thresh}}$

Variables

$I_{thermal}$

Índice térmico relativo

$1$

$Delta T_{vibrisa}$

Diferencia térmica en vibrisa

$K$

$Delta T_{thresh}$

Umbral térmico de vibrisa

$K$

ID:('gm', 5377)