人工材料重構(gòu)江豚復(fù)雜的回聲定位系統(tǒng)

2025-12-12 05:10:47 分類：綜合 閱讀(11873)

江豚聲吶的人工結(jié)構(gòu)化示意圖(©《中國科學(xué)》雜志社)

江豚生物聲吶及其物理模型對水下目標(biāo)進(jìn)行探測(©《中國科學(xué)》雜志社)

江豚物理模型的指向性聲波束實(shí)驗(yàn)測量(©《中國科學(xué)》雜志社)
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)EurekAlert!：江豚經(jīng)過數(shù)百萬年的時(shí)間，進(jìn)化出強(qiáng)大的材料生物聲吶，能夠利用回聲定位系統(tǒng)在水下復(fù)雜環(huán)境實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確率、重構(gòu)北京（上門全套服務(wù)）上門服務(wù)【電話微信192=1819=1410提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)高智能的江豚獵物探測和跟蹤。江豚聲源尺寸約為其發(fā)射聲波波長的復(fù)雜一半，根據(jù)經(jīng)典人工聲吶理論，聲定要調(diào)控指向性聲波實(shí)現(xiàn)定向的位系目標(biāo)探測是很困難的（Phys.Rev. App.l2017;8:064002）。具有卓越聲吶探測能力的人工江豚一直是個(gè)自然傳奇，如何重構(gòu)其聲學(xué)超級結(jié)構(gòu)對于人工設(shè)計(jì)而言是材料個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
在最近發(fā)表于《國家科學(xué)評論》（National Science Review,重構(gòu) NSR）的研究工作中，廈門大學(xué)張宇教授課題組與美國麻省理工學(xué)院方絢萊教授課題組在這方面取得突破性進(jìn)展。江豚北京（上門全套服務(wù)）上門服務(wù)【電話微信192=1819=1410提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)他們基于江豚的復(fù)雜計(jì)算機(jī)斷層掃描成像和梯度聲速測量，提出用超材料復(fù)合結(jié)構(gòu)來重構(gòu)江豚物理模型。聲定
該人工結(jié)構(gòu)通過氣囊、位系頭骨和變聲速額隆等多相復(fù)雜介質(zhì)來調(diào)控聲波束（氣囊的人工聲散射與反射、頭骨-軟組織的聲固耦合與模式轉(zhuǎn)化、聲梯度組織材料的相位控制等），并利用聲波作用在目標(biāo)上產(chǎn)生鏡像回波與彈性回波，從而實(shí)現(xiàn)了與江豚聲吶極其相似的指向性瞬態(tài)聲發(fā)射和目標(biāo)探測功能。這種指向性的瞬態(tài)聲信號能夠提高探測精度、抑制環(huán)境背景噪聲干擾以及抑制界面、非探測目標(biāo)等混響干擾。
聲場模擬和實(shí)驗(yàn)測量表明，江豚物理模型能夠在寬頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)指向特性和主軸能量增強(qiáng)效應(yīng)。而江豚通常采用窄帶聲吶，這表明該物理模型有望進(jìn)一步擴(kuò)展聲吶性能。此外，該聲學(xué)人工結(jié)構(gòu)在指向性水下目標(biāo)探測和抑制假目標(biāo)干擾方面顯示出了良好的效果。實(shí)驗(yàn)測量表明該結(jié)構(gòu)能夠提高水下聲探測的信噪比，區(qū)分靜態(tài)目標(biāo)和動(dòng)態(tài)干擾物，以此來確認(rèn)是實(shí)際目標(biāo)還是虛假目標(biāo)。
江豚物理模型通過復(fù)雜生物系統(tǒng)的人工材料和結(jié)構(gòu)化，填補(bǔ)生物聲納和人工系統(tǒng)之間的空白。江豚物理建模研究既有助于探索生物聲吶的自然之謎，也推動(dòng)了基于生物傳感原理的仿生技術(shù)發(fā)展，以期達(dá)到“來自于自然，超越自然”目的。其復(fù)雜多相介質(zhì)的聲波調(diào)控機(jī)理具有普遍性，有望在水聲傳感、無損檢測和醫(yī)學(xué)超聲等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz085