סונאר (SONAR) הוא אמצעי ניווט באמצעות גלי קול, כלומר קולות. זו טכנולוגיה שפועלת באמצעות גלי קול, בעיקר לניווט בים ולגילוי של צוללות ואוניות. אם תרצו, הסונאר מאפשר לנו "לראות באוזניים"...

המילה סונאר היא ראשי תיבות באנגלית של Sound Navigation And Ranging (ניווט והתמצאות באמצעות קול). במקור חשבו עליו לאיתור קרחונים מסוכנים בים וטביעת הטיטאניק האיצה את פיתוחו.

במלחמת העולם הראשונה פותח הסונאר הראשוני כדי לשפר איתור של צוללות אויב, אבל השיפור הניכר הושג לאחר המלחמה.

במלחמת העולם השנייה כבר חולל הסונאר שינויים גדולים בתורת הלחימה הימית. 

במידה רבה מבוסס הסונאר על שיטות של בעלי חיים כמו העטלף והדולפין, שאצלם משמש הסונאר הטבעי כאמצעי ניווט והערכת טווחים.

לעטלפים למשל, מנגנון של "זיהוי מיקום לפי הדהוד". הזמן שעובר בין קריאה שהם משמיעים, להד שלה, מאפשר להם לדעת את המרחק לעצמים שמסביבם. כך יכול העטלף לזהות בחשיכה ולצוד חרקים זעירים, או להבחין בעצמים קטנים, עד רמת השערה, ולא להתנגש בהם.

לווייתנים ודולפינים גם הם משתמשים בעיקרון דומה. הם מאתרים טורפים ומזון על ידי השמעת קולות והאזנה להדים המוחזרים מהם. יש אף הערכה שבתדרים מסוימים, פוגע הסונאר הצבאי ביכולת הניווט של לווייתנים והם עולים על חופי הים מבלי יכולת לחזור.


הנה הסונאר של הצוללת:

https://youtu.be/CNBlx7ozFnI


שימושי המחקר התת ימי שלו:

https://youtu.be/-fAAxEIFeLU


פיתוח הסונאר לאניות השתפר לאחר מלחמת העולם השנייה:

https://youtu.be/-dG2GM2W5h8


כיום יש גם סונאר לאוניות דייג:

https://youtu.be/YgHE7iEo9UM


וכך נראה הסונאר בצוללת:

https://youtu.be/FqDNSFzWNTA

הדולפין (Dolphin) הוא אחד מבעלי החיים הנבונים ביותר בטבע. יש לדולפינים תקשורת מעולה זה עם זה ויכולת למידה גבוהה מאד. הם גם פועלים בעבודת צוות מופלאה, מה שמגדיל את הסיכוי להצלחה בציד ובהשגת מזון.

אבל אחד היתרונות הטבעיים של הדולפינים הוא סונאר טבעי וחכם במיוחד שיש להם. סונאר הוא אמצעי ניווט באמצעות גלי קול, כלומר קולות. הסונאר הזה עובד בטכניקה טבעית שזכתה לשם "אקו-לוקיישן" (Echolocation). היא התפתחה אצל הדולפינים במהלך האבולוציה, במשך 20 מיליון שנה. גם לעטלפים וללווייתנים ממינים מסוימים יש אותה.

הסונאר הזה של הדולפינים הוא מנגנון מדהים, שבאמצעותו הם משמיעים צלילי "קליק" שונים במים וההדים החוזרים של הצלילים הללו מסמנים לדולפינים באיזה מרחק וכיוון נמצאים גופים שונים במים שמסביבם ואפילו מה הצורה של הגופים הללו. באמצעות הדי ה"קליקים" הדולפינים מצליחים לא להתנגש בעצמים שונים, לנווט את דרכם בים ולאתר מזון במים.


הנה ה"אקו לוקיישן" של הדולפין:

https://youtu.be/BYiCzWZ8cBs


הסבר של הדרך שבה הוא מסייע לדולפינים:

https://youtu.be/5GuaNA-5qWw


הסונאר המתוחכם ומבוסס הקולות שהתפתח אצל הדולפינים:

https://youtu.be/qI4wYicz2qU


כך הם מנווטים בעזרתו:

https://youtu.be/CE5tZKFVlto


והדולפינים אינם היחידים שמצוידים ביכולת הזו:

https://youtu.be/i6IF7a24AFk

תופעת ההחפה (beaching), מלשון "חוף", היא תופעה קשה, בה יונקים ימיים כמו לווייתנים ודולפינים עולים מהים אל החוף ומתים.

זוהי תופעה מסתורית ומוזרה, שמתרחשת שוב ושוב בחופי העולם. איש לא יודע בוודאות מה גורם לקבוצות גדולות של יונקים אלה לעלות אל החוף ולהתאבד.

מדענים משערים שפגיעה בחוש הניווט שלהם גורמת לתופעה. השערות המדענים שפגיעה כזו נובעת משיבושים טבעיים בשדה המגנטי של כדור הארץ - זה שמכוון את בעלי החיים בנדידה.

השערה אחרת מתייחסת לגלי הקול שנשלחים על ידי מערכות סונאר של ספינות ורעשים על-קוליים שגורם האדם בים ומבלבלים אותם. כי לווייתנים, כמו דולפינים עטלפים, משתמשים בניווט ואיתור מזון על ידי אקולוקיישן, שיטה טבעית מדהימה, של השמעת קולות והאזנה להדים המוחזרים מהם. יש סיכוי שבתדרים מסוימים, פוגע הסונאר הצבאי או זה של הספינות ביכולת הניווט של הלווייתנים והם מתבלבלים ועולים על חופי הים מבלי יכולת לחזור.

השערה אלא היא שזה קשור דווקא בזיהומים במי הים שפוגעים ביכולת הניווט ואפילו השערה על אודות התאבדות יזומה של בעלי החיים הללו, בשל אחווה והזדהות עם פרטים חולים או תשושים, טענה שלא מקבלת הרבה תמיכה מדעית.


הנה סרטון שבו נופשים בחוף בברזיל מצילים להקת דולפינים שנסחפה אל החוף על ידי החזרתה אל הים:

http://youtu.be/oF2CdXKWX3U


החפה של 50 לווייתנים שנסחפו אל החוף ומתו:

http://youtu.be/Xl29gPgfIjE


אנשים שמצליחים להחזיר לים ולחיים 43 לווייתנים מתוך כ-200 שנסחפו לחוף:

http://youtu.be/ezzmkEQILO0


ו-39 לווייתנים שמתבלבלים אל החוף ומתים:

http://youtu.be/8K3gs0Fy7A0

אקו לוקיישן (Echolocation) הוא ניווט במרחב שהתפתח אצל בעלי חיים מסוימים במהלך האבולוציה. זהו מעין סונאר, אמצעי ניווט באמצעות גלי קול, אבל טבעי.

את ה"אקו-לוקיישן" הטבעי פיתחה האבולוציה אצל בעלי החיים הללו במשך עשרות מיליוני שנים. פיתחו אותה עטלפים, המנווטים וצדים כך בחשיכה, בעוד דולפינים ולווייתנים ממינים מסוימים.משתמשים בשיטה זו לצורך ניווט במעמקי האוקיינוסים והים.

מדובר במעין סונאר טבעי, מנגנון מדהים שבאמצעותו משמיעים בעלי חיים צלילי "קליק" שונים במים (דולפינים ומיני לוויתנים), או באוויר (עטלפים), כשההדים החוזרים של הצלילים הללו מסמנים להם באיזה מרחק וכיוון נמצאים עצמים שונים שמסביבם ואפילו מה הצורה של הגופים הללו. באמצעות הדי ה"קליקים" הם מצליחים להימנע מלהתנגש בעצמים אלו, לנווט את דרכם ואפילו לאתר מזון וטרף.

כי מעבר לניווט, כל בעלי החיים הללו מאתרים טרף, על ידי השמעת קולות והאזנה להדים המוחזרים ממנו. שיטות דומות פיתח האדם לזיהוי של כלי שיט בים, כמו ספינות וצוללות, למטרות צבאיות.

אגב, גלי הקול הללו הם לא פעם מחוץ לטווח השמיעה של בני אדם. אך בעלי החיים הללו, המצוידים ביכולת שמע טובה בהרבה, שומעים את ההד החוזר. כך הם משתמשים ביכולת באקו-לוקציה הזו כסוג של רדאר, מכ"ם טבעי. הם רגישים מספיק כדי להבחין כך אפילו בעצמים זעירים או דקים ביותר. עטלפים, למשל, מזהים כך חרקים מעופפים בגודל זעיר ואפילו שערה.


הנה הפלא של ה"אקו לוקיישן":

https://youtu.be/vRHaFQo6fmk


כך העטלף צד בעזרתו ומתמצא באפלת המערות:

https://youtu.be/p08Y0oRAX3g


והדולפין מנווט וצד איתו:

https://youtu.be/-Qpe69tbz34


כך מסייע האקולוקיישן לבעלי חיים שונים:

https://youtu.be/i6IF7a24AFk


וניווט העטלפים בעזרתו:

https://youtu.be/kp5jyZtoTIg

בחיפושי נפט וגז מודרניים חייבים לדייק. קידוחי נפט וגז עולים סכומי עתק של כסף. קידוח כושל יכול לגרום להפסדי ענק, בסדרי גודל של מיליארדי דולרים. לכן פותחו טכנולוגיות ושיטות המאפשרות לקבל תמונה טובה יותר של סיכויי ההפקה של המשאבים הללו, בטרם משקיעים ממון רב.

אחת הבולטות בטכנולוגיות המשמשות את עולם הקידוחים וחיפושי הנפט והגז הטבעי היא טכנולוגיית ההדמיות.

לצורך מחקר מקדים בחיפוש נפט וגז ועוד לפני הקידוחים עושים תמיד שימוש בטכנולוגיה שנקראת הדמיית תלת מימד ססמית (3d seismic imaging). זוהי מעין סימולציה של מה שקורה מתחת לפני הקרקע. יוצרים אותה בעזרת נתונים שונים שנאספים באמצעות סונאר - סוג של רדאר המבוסס על גלי קול.

הסונארים שולחים גלי קול שיאפשרו להעריך את כמות הגז או הנפט שיש באדמה. הסונאר מפיק את הנתונים הללו. בעזרתם אפשר לשער מהו המבנה הססמי של הקרקע שהחברה רוצה לחקור.

על פי הנתונים המבניים הללו מפיקים הדמיה, הנראית כמו תמונה תלת-מימדית של האזור. באמצעות הדמיות כאלה יכולים הגיאולוגים לפענח ולהבין את התמונה המקורבת של מה שקורה מתחת לפני הקרקע. משם כבר ניתן להעריך ברמת דיוק די טובה מה פוטנציאל ההפקה של הגז או הנפט מהקרקע באזור זה.

הדמיית תלת-המימד הססמית נמשכת בדרך כלל מספר שבועות.

הדמיות דומות, אגב, אנו מכירים משימושים שעושים בהם בעולם הרפואה. הבולט שבהם הוא האולטרה סאונד, שמציע טכנולוגיה לא פולשנית המאפשרת לדעת מה קורה בתוך הגוף. באמצעותו ובעזרת גלי קול המשמשים באותה טכניקה, יכולים אנשי הרפואה לסקור את ההריון והעובר שבבטן, או לבחון את התפקוד והמצב הרפואי של איברים בגוף.


כך מוצאים נפט שלכוד מתחת לאדמה:

http://youtu.be/hxJa7EvYoFI


עוד על הטכנולוגיה הזו:

https://youtu.be/22m27MhzSQs


ועוד על הדמיית תלת מימד ססמית:

https://youtu.be/-jJRHBsque8

דניאל קיש הוא בחור עיוור מגיל 13 חודשים. אך כבר יותר מ-40 שנה שהוא מוצא את דרכו בעזרת סונאר קולי שמבוסס על קולות. למעשה הוא משתמש ב"אקו לוקיישן", טכניקת ניווט מבוססת קולות כמו זו שבה משתמשים העטלף והדולפין.

מערכת סונאר כזו בדיוק משמשת בטבע עטלפים ודולפינים למשל, כדי למצוא את דרכם ולצוד טרף. ממש כמותם משמיע דניאל צלילי "קליק" ומקשיב להד החוזר, הכל על מנת שיוכל לנווט את דרכו מבלי להתקל בעצמים בדרך.

כיצד ניתן להתקדם בעזרת "קליקים" בפה? - ובכן, ההדים החוזרים של הצלילים הללו מסמנים לו באיזה מרחק וכיוון נמצאים גופים שונים שמסביבו. כך יכול דניאל להתקדם ולנווט את דרכו במרחב, מבלי להיתקל במכשולים.

בין השאר השיטה הזו מאפשרת לקיש גם לרכוב על אופניים למרות עיוורונו. הוא מסוגל אפילו לטפס על עצים ולאמוד את הגובה שאליו הגיע על ידי הקשבה להד החוזר מהקרקע, ההד של קולות הנקישה המהירים שהפיק בלשונו.

קיש, שרבים מסביבו מכנים אותו "איש העטלף", ער ליחודיות של השיטה שפיתח לעצמו באופן טבעי. הוא טוען שכל משטח וחומר מאופיינים בחתימת זהות משלהם. זיהוי של ההד החוזר מאפשר לו להסיק מסקנות כמו האם לפניו ניצב עץ או עצם עשוי מתכת, היוצר הד שונה ממנו. על אף הכל הוא מתעקש ששמיעתו אינה טובה במיוחד וכל אדם יכול לאמן את אוזנו ולהגיע למיומנות דומה.


כך משתמש דניאל העיוור בניווט מבוסס קליקים, כמו של הדולפינים

https://youtu.be/2IKT2akh0Ng


כאן הוא נוסע באופניים, תוך ניווט קולי בקליקים:

https://youtu.be/A8lztr1tu4o


על השיטה המופלאה שלו להתמצא בסביבה:

https://youtu.be/PLPEcu6523Q


והפלא של ה"אקו לוקיישן" בטבע:

https://youtu.be/vRHaFQo6fmk

נהיגה במהירות גבוהה עלולה להיות מסוכנת ולגרום לתאונות קשות. הרדאר המשטרתי הוא כינוי למכשיר שבעזרתו מגלה השוטר נהגים שנוהגים מהר מדי. פעם הוא היה מבוסס על גלי רדיו, אבל עם הזמן התגלו בעיות רבות בזיהוי המהירות והבינו שהוא לא היה מדויק מספיק. כיום משתמשים ב"אקדח לייזר" או "רובה לייזר". זהו מכשיר שבמקום גלי רדיו לא מדויקים שולח קרן לייזר מדויקת הרבה יותר. במשטרה קוראים לו ממל"ז (ראשי תיבות של "מד מהירות לייזר").

איך עובד הממל"ז? - מחזיקים אותו ביד ומכוונים אל הרכב הנוסע כמו אקדח. כשהשוטר לוחץ על הכפתור, נשלחת קרן לייזר אל הרכב הנוסע וחוזרת בחזרה. לפי המהירות שבה היא עושה את המסלול הלוך וחזור, כותב הממל"ז את מהירותו של הרכב.

אחרי שאקדח הלייזר מזהה ממרחק רב את המהירות שבה נוסע הרכב שאליו הוא כיוון והשוטר וידא שהוא עבר את המהירות המותרת, הוא יכול לעצור את הנהג ולהעניש אותו בקנס כספי שעליו לשלם. אחרי שהנהג ישלם את הקנס ויפסיד כסף, משערים במשטרה שהוא יקפיד בעתיד לנהוג לאט יותר ולשמור על בטיחותו ובטיחות הנוסעים בכביש.


הנה "אקדח לייזר" בידי שוטר התנועה שממהר לעצור ולרשום דו"ח עם קנס לנוהגים מהר:

https://youtu.be/2YpekUblCdw


כך השוטר מכוון את קרן הלייזר ומזהה את מהירות כלי הרכב שאליהם הוא כיוון:

https://youtu.be/zLpAEi1kZpw


וכך פועל הרדאר שבתוך הרכב:

https://youtu.be/R2dgDedg9BE

כרבע ממיני היונקים על כדור הארץ הם מינים של עטלפים (Bats) - מדובר באחוז גבוה מאד. הוא מראה שהעטלף חי מצוין והוא ככל הנראה גם בעל כושר הישרדות גבוה במיוחד.

העטלף, אגב, הוא גם היונק היחיד בעולם שעף באוויר.

אבל איך העטלפים חיים כל כך טוב? - העטלפים נעזרים בשיגור של גלי קול בתדירות גבוהה, צלילים שאנחנו לא יכולים לשמוע והם קולטים את ההד החוזר. כך יכולים ללמוד על המיקום, הצורה והתנועה של עצמים שנמצאים בסביבתם, לנווט בחשיכה המוחלטת של המערות והיערות בלילה, מבלי להתנגש בעצמים או בבעלי חיים אחרים והכי חשוב - לאתר ולצוד חרקים ויצורים קטנים שמהם הם ניזונים.

כלומר, יש לעטלפים מנגנון של "זיהוי מיקום לפי הדהוד". הם משמיעים קריאה והזמן שעובר בין הקריאה להד שלה מסייע להם להבין את המרחק של עצמים שמחזירים את ההד. זוהי מערכת שנקראת באנגלית סונאר - "ניווט והתמצאות באמצעות קול", או "אקו-לוקיישן". באמצעות הסונאר, העטלף יכול לזהות אפילו שערה בחשיכה ולא להתנגש בה.

כיום מתבצעים בעולם מחקרים רבים על מערכת הסונאר של העטלפים ומדענים וחוקרים לומדים ממנה כיצד לשפר את מכשירי הסונאר, הניווט והרדאר האנושיים.


הנה סיפורם של העטלפים (מתורגם):

https://youtu.be/Z8wLQ3NCBgg


מעט על יכולתו של העטלף לנווט ולצוד רק בעזרת הרדאר שלו:

http://youtu.be/wgLHUNBWR58


קריאת עטלף שהוקלטה ועברה עיבוד סאונד כדי שתוכל להישמע באוזן אדם:

http://youtu.be/ajLY1EPybLY


הבחור העיוור והחכם הזה סיגל לעצמו את השיטה כדי לנווט מבלי להיפגע:

https://youtu.be/a05kgcI9D2Q


וכך חוקרים עטלפים באוניברסיטת תל אביב (עברית):

http://youtu.be/s3e4qf58QEw