在开阔的海洋中，鲸鱼的交流方式人类很难追踪。你可能听到一声咔哒声，然后跟丢它近一个小时，之后又从别处听到另一声咔哒声。
海洋黑暗而嘈杂，“扬声器”可能远在数英里之外，你才能分辨出是谁发出了什么声音。这个问题使鲸鱼研究变得复杂。
科学家们知道鲸类（鲸鱼和海豚）像我们依赖语言一样依赖声音，但海洋扰乱了这些线索。
麦克风可以记录声音，但很少能告诉你声音是哪种动物发出的，或者它当时在做什么。
给鲸鱼佩戴“生物记录器”
哈佛大学的一个工程师团队开发了一种开源的“生物记录仪”，这是一种可穿戴的记录设备，可以连接到鲸鱼身上，同时记录声音和传感器数据。这个选择至关重要。
海底的标签可以接收到来自远处许多动物的声音，但很难将声音与特定的鲸鱼联系起来。而鲸鱼身上的标签则可以近距离接收到鲸鱼的声音并追踪其行为。
该团队构建此版本是为了支持多米尼加附近CETI 项目的抹香鲸研究，抹香鲸家族在那里潜入深海，发出许多基于咔嗒声的声音，研究人员想要对其进行分析。
该标签旨在收集清晰的成对录音，供计算机模型在研究人员寻找鲸鱼交流模式时使用。
追踪鲸鱼的“咔哒”声
该标签通过多个水听器记录声音，水听器的工作原理类似于水下麦克风。此设计使用了三个水听器，并预留了第四个通道的空间。
布局与部件同样重要。当点击声到达每个水听器的时间略有不同时，标签可以比较这些时间差，从而估算出声音的来源方向。
当几头鲸鱼在同一区域发出咔哒声时，这种方向性提示就显得尤为重要。在鲸鱼活跃的社交时刻，研究人员希望区分“谁说了什么”，而不是将所有咔哒声混杂在一起，造成混乱。
这也有助于训练计算机模型，因为示例需要与正确的动物相匹配。
鲸鱼标签、声音和行为
这个标签的功能不仅限于监听。它还能测量压力来计算深度，这样研究人员就可以追踪鲸鱼何时下潜、下潜多深以及何时返回水面。
运动传感器测量加速度和旋转，可以显示活动的变化，包括可能与进食有关的更剧烈的动作。
该设备还能记录温度和光照情况。水温可以提供环境信息。光照读数可以判断鲸鱼何时浮出水面，或者是否有物体遮挡了标签。
该标签能够保持精确的时间，以便研究人员可以将这些录音与其他工具（包括无人机、固定监听站或其他标签）进行比对。
录音音量大小
抹香鲸的咔哒声在靠近动物时会变得非常响亮，但标签还需要拾取远处鲸鱼发出的较轻的咔哒声。
如果录音机只设置为录制响亮的声音，较轻的咔嗒声就会消失。如果它过度放大轻柔的声音，响亮的咔嗒声就会出现“削波”现象，丢失细节。
为了涵盖如此广泛的范围，该团队选择了能够处理响度大幅变化并记录高达约 40 kHz 频率的音频设置，抹香鲸的咔哒声在这个频率范围内蕴含着重要的能量。
该标签采用 96 kHz 采样率，遵循数字录音的基本规则，即采样率至少需要是要测量的最高频率的两倍。
压力和应力测试
为海洋环境制造设备意味着要证明它能够承受压力。研究团队在高压罐中对设备外壳进行了压力测试，并进行了多次模拟深海环境的循环测试。
实验室测试达到了相当于 1800 英尺（560 米）处的压力，这有助于检验外壳是否能承受挤压。
研究人员还测量了功耗，并估算了标签可以持续记录的时间。
该标签由两块锂离子电池供电，记录时功耗约为2.2瓦，预计续航时间为16.8小时。这使研究人员有更多机会记录多次深潜和水面活动。
吸盘和计划释放
这种标签利用吸盘吸附在鲸鱼身上，因此不会刺破皮肤。研究团队使用一套机器人装置对这些吸盘进行了测试，该装置将吸盘压在湿润的表面上，然后施加侧向力。
如果部署方法一开始没有将杯子压紧，标签就更容易滑落。
这一点对于无人机部署尤为重要。无人机无需船只靠近即可放置标签，从而减少干扰并加快标记速度。
无人机仍然需要用足够的力将标签推到鲸鱼身上，使吸盘完全固定住，否则连接将无法持久。
标签恢复和追踪
数据恢复听起来可能不如“解码鲸鱼语言”那么激动人心，但它决定了数据能否保存下来。
鲸鱼标签释放后会漂浮在水面上，之后团队需要找到它。这种设计利用甚高频（VHF）信号，并通过APRS（一种利用业余无线电网络的系统）广播GPS坐标。
多米尼加的测试表明，当地的 APRS 塔只接收和转发了一小部分消息，但即使是偶尔成功的消息仍然有助于团队估计标签的位置并计划回收。
该团队报告称，信息转发成功率在 19% 到 30% 之间。在船上测试期间，他们收到了远在约 45 英里（73 公里）外的信息。
来自真实鲸鱼的录音
实际部署提供了该标签有效性的最有力证据。在一年左右的时间里，研究团队在十头抹香鲸身上部署了八个不同版本的标签。
这些部署产生了大约 20 小时的鲸鱼活动记录，记录到的最深下潜深度达到了约 3,170 英尺（967 米）。
其中一次部署在水面附近结束，历时约 133 分钟。这表明，程序控制的释放系统可以按计划结束部署，而无需依赖计划外的脱离。
音频中包含预期的点击模式和“尾音”，研究人员认为尾音是由一组点击声组成的，在交流中发挥着作用。
录音显示，主要能量频段在 5–10 kHz 附近。研究团队对所有部署点运行了点击检测算法，检测到 46,660 次点击，平均每分钟 27.3 次点击。
在某些部署中，团队怀疑水渗入深度传感器附近，导致通信总线发生短路，从而破坏了多个传感器的数据。后续的设计迭代旨在防止这种情况发生。
这项工作的重要性
这项研究本身并不能“翻译”鲸语。它解决的是一个更根本的问题：它收集了一头深潜、游速快、生活在难以研究区域的鲸鱼的声音、运动和环境数据。
匹配后的数据可以让研究人员测试不同的点击行为与潜水、觅食和社交行为之间的关联。
专家们并没有止步于“我们录制了声音”。他们还开发了一种专为实际野外作业而设计的工具，包括附着力测试、压力测试、计划释放和实用的回收系统。
该团队将硬件和软件开源，允许其他研究人员在此基础上进行构建、调整和改进，而不是从头开始。
在开阔的海洋中，鲸鱼的交流方式人类很难追踪。你可能听到一声咔哒声，然后跟丢它近一个小时，之后又从别处听到另一声咔哒声。
海洋黑暗而嘈杂，“扬声器”可能远在数英里之外，你才能分辨出是谁发出了什么声音。这个问题使鲸鱼研究变得复杂。
科学家们知道鲸类（鲸鱼和海豚）像我们依赖语言一样依赖声音，但海洋扰乱了这些线索。
麦克风可以记录声音，但很少能告诉你声音是哪种动物发出的，或者它当时在做什么。
给鲸鱼佩戴“生物记录器”
哈佛大学的一个工程师团队开发了一种开源的“生物记录仪”，这是一种可穿戴的记录设备，可以连接到鲸鱼身上，同时记录声音和传感器数据。这个选择至关重要。
海底的标签可以接收到来自远处许多动物的声音，但很难将声音与特定的鲸鱼联系起来。而鲸鱼身上的标签则可以近距离接收到鲸鱼的声音并追踪其行为。
该团队构建此版本是为了支持多米尼加附近CETI 项目的抹香鲸研究，抹香鲸家族在那里潜入深海，发出许多基于咔嗒声的声音，研究人员想要对其进行分析。
该标签旨在收集清晰的成对录音，供计算机模型在研究人员寻找鲸鱼交流模式时使用。
追踪鲸鱼的“咔哒”声
该标签通过多个水听器记录声音，水听器的工作原理类似于水下麦克风。此设计使用了三个水听器，并预留了第四个通道的空间。
布局与部件同样重要。当点击声到达每个水听器的时间略有不同时，标签可以比较这些时间差，从而估算出声音的来源方向。
当几头鲸鱼在同一区域发出咔哒声时，这种方向性提示就显得尤为重要。在鲸鱼活跃的社交时刻，研究人员希望区分“谁说了什么”，而不是将所有咔哒声混杂在一起，造成混乱。
这也有助于训练计算机模型，因为示例需要与正确的动物相匹配。
鲸鱼标签、声音和行为
这个标签的功能不仅限于监听。它还能测量压力来计算深度，这样研究人员就可以追踪鲸鱼何时下潜、下潜多深以及何时返回水面。
运动传感器测量加速度和旋转，可以显示活动的变化，包括可能与进食有关的更剧烈的动作。
该设备还能记录温度和光照情况。水温可以提供环境信息。光照读数可以判断鲸鱼何时浮出水面，或者是否有物体遮挡了标签。
该标签能够保持精确的时间，以便研究人员可以将这些录音与其他工具（包括无人机、固定监听站或其他标签）进行比对。
录音音量大小
抹香鲸的咔哒声在靠近动物时会变得非常响亮，但标签还需要拾取远处鲸鱼发出的较轻的咔哒声。
如果录音机只设置为录制响亮的声音，较轻的咔嗒声就会消失。如果它过度放大轻柔的声音，响亮的咔嗒声就会出现“削波”现象，丢失细节。
为了涵盖如此广泛的范围，该团队选择了能够处理响度大幅变化并记录高达约 40 kHz 频率的音频设置，抹香鲸的咔哒声在这个频率范围内蕴含着重要的能量。
该标签采用 96 kHz 采样率，遵循数字录音的基本规则，即采样率至少需要是要测量的最高频率的两倍。
压力和应力测试
为海洋环境制造设备意味着要证明它能够承受压力。研究团队在高压罐中对设备外壳进行了压力测试，并进行了多次模拟深海环境的循环测试。
实验室测试达到了相当于 1800 英尺（560 米）处的压力，这有助于检验外壳是否能承受挤压。
研究人员还测量了功耗，并估算了标签可以持续记录的时间。
该标签由两块锂离子电池供电，记录时功耗约为2.2瓦，预计续航时间为16.8小时。这使研究人员有更多机会记录多次深潜和水面活动。
吸盘和计划释放
这种标签利用吸盘吸附在鲸鱼身上，因此不会刺破皮肤。研究团队使用一套机器人装置对这些吸盘进行了测试，该装置将吸盘压在湿润的表面上，然后施加侧向力。
如果部署方法一开始没有将杯子压紧，标签就更容易滑落。
这一点对于无人机部署尤为重要。无人机无需船只靠近即可放置标签，从而减少干扰并加快标记速度。
无人机仍然需要用足够的力将标签推到鲸鱼身上，使吸盘完全固定住，否则连接将无法持久。
标签恢复和追踪
数据恢复听起来可能不如“解码鲸鱼语言”那么激动人心，但它决定了数据能否保存下来。
鲸鱼标签释放后会漂浮在水面上，之后团队需要找到它。这种设计利用甚高频（VHF）信号，并通过APRS（一种利用业余无线电网络的系统）广播GPS坐标。
多米尼加的测试表明，当地的 APRS 塔只接收和转发了一小部分消息，但即使是偶尔成功的消息仍然有助于团队估计标签的位置并计划回收。
该团队报告称，信息转发成功率在 19% 到 30% 之间。在船上测试期间，他们收到了远在约 45 英里（73 公里）外的信息。
来自真实鲸鱼的录音
实际部署提供了该标签有效性的最有力证据。在一年左右的时间里，研究团队在十头抹香鲸身上部署了八个不同版本的标签。
这些部署产生了大约 20 小时的鲸鱼活动记录，记录到的最深下潜深度达到了约 3,170 英尺（967 米）。
其中一次部署在水面附近结束，历时约 133 分钟。这表明，程序控制的释放系统可以按计划结束部署，而无需依赖计划外的脱离。
音频中包含预期的点击模式和“尾音”，研究人员认为尾音是由一组点击声组成的，在交流中发挥着作用。
录音显示，主要能量频段在 5–10 kHz 附近。研究团队对所有部署点运行了点击检测算法，检测到 46,660 次点击，平均每分钟 27.3 次点击。
在某些部署中，团队怀疑水渗入深度传感器附近，导致通信总线发生短路，从而破坏了多个传感器的数据。后续的设计迭代旨在防止这种情况发生。
这项工作的重要性
这项研究本身并不能“翻译”鲸语。它解决的是一个更根本的问题：它收集了一头深潜、游速快、生活在难以研究区域的鲸鱼的声音、运动和环境数据。
匹配后的数据可以让研究人员测试不同的点击行为与潜水、觅食和社交行为之间的关联。
专家们并没有止步于“我们录制了声音”。他们还开发了一种专为实际野外作业而设计的工具，包括附着力测试、压力测试、计划释放和实用的回收系统。
该团队将硬件和软件开源，允许其他研究人员在此基础上进行构建、调整和改进，而不是从头开始。
