海豚声呐的奥秘:独特的声呐系统

中国数字科技馆

发布时间:18-03-2609:51

本文来自:百度知道日报

供图:盖蒂图片社

在(钝吻)海豚追踪猎物、捕食者和障碍物时采用的回声定位面前,最好的军用声纳技术也都黯然失色。这些海洋哺乳动物通过喷水孔发出咔哒声,可以发现100米以外几厘米宽的物体,这就好比在足球场上发现一粒核桃仁一样。相比之下,配备声呐的船只必须从多个声源发出至少能扩散几米远的声波才行。最近一项研究表明,海豚头部的可调节构造是其实现超高效回声定位的关键。这一发现可能有助于改进人类自己的声呐技术。

声呐的工作原理是根据发出声波从物体上的反射,检测信号的返回时间。一般来说,如果声呐脉冲的声源(长度)小于声音的波长,声呐就会朝四面八方发射声音信号,类似于迪斯科舞厅的闪光灯球发出的光。因此,为了朝着特定方向发射目标光束,声源必须大于波长。但海豚却不必遵循这一要求。

为了知道海豚如何进行回声定位,科学家们用CT扫描来研究无鳍海豚(鼠海豚科江豚属)的头部。他们发现这些海豚的前额结构复杂,包括气囊、软组织和头骨三个部位。这些部位组成的前额层能让声音以不同的速度通过,从而使海豚可控制声束的焦点。“如果我们能够弄懂这些结构,那么我们就可以重新设计声呐系统并将它们放入(较小的)船中。”宾夕法尼亚大学物理学家曹文武说道。该研究于2016年12月在《物理评论》上发表,曹文武是作者之一。

研究表明,海豚与另一种以回声定位著名的哺乳动物蝙蝠有一些共通之处。弗吉尼亚理工大学机械工程学教授Rolf Müller说:“我很好奇,海豚是如何通过压缩前额复合体来改变它们的发射模式的。”Müller教授曾研究过蝙蝠声呐系统,但并未参与此次的海豚声呐研究。目前,除了人类技术以外,蝙蝠和海豚的确拥有数一数二的声纳系统。

翻译:侯娇娇

审稿:董子晨曦

原文来自 环球科学

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