Biomimicry is a powerful science that takes advantage of nature's remarkable ability to devise innovative solutions to challenging problems. In this work, we use asymptotic methods to develop the mathematical foundations for the exchange of design inspiration and features between biological hearing systems, signal processing algorithms and acoustic metamaterials. Our starting point is a concise asymptotic analysis of high-contrast acoustic metamaterials. We are able to fine tune this graded structure to mimic the biomechanical properties of the cochlea, at the same scale. We then turn our attention to developing a biomimetic signal processing algorithm. We use the response of the cochlea-like metamaterial as an initial filtering layer and then add additional biomimetic processing stages, designed to mimic the human auditory system's ability to recognise the global properties of natural sounds. This demonstrates the three-way exchange of ideas that, thanks to our analysis, is possible between signal processing, metamaterials and biology.


翻译:生物模拟是一种强大的科学,它利用自然的非凡能力,设计出应对挑战问题的创新性解决办法。在这项工作中,我们使用无现成方法,为生物听觉系统、信号处理算法和声学元材料之间交换设计灵感和特征开发数学基础。我们的出发点是对高调声学元材料进行简明的无现成分析。我们能够精细调整这个分级结构,以模拟同规模的科赫莱亚生物机械特性。然后我们把注意力转向发展生物模拟信号处理算法。我们把类似科赫利亚的元材料的反应作为初始过滤层,然后添加更多的生物模拟处理阶段,以模拟人类听觉系统识别自然声音全球特性的能力。这显示了通过我们的分析,在信号处理、元材料和生物学之间可以实现的三道思想交流。

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