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鼠海豚的声呐

来源:环球科学

与鼠海豚在追踪猎物、逃避捕食者时使用的回声定位相比,最先进的军用声呐技术也会相形见绌。这种海洋动物利用从喷气孔发出的声呐,就可以发现100米外仅有几厘米大的目标。相比之下,声呐船只中用于发射多重声波的装置展开后至少长达几米。最新研究表明,鼠海豚这种高超的回声定位能力,可能源于它们头部的可调节结构,新发现或许可以帮助我们改良声呐技术。

声呐的工作原理是,向目标物体发射声波,然后测定声波被反射回来的时间。通常,如果声呐脉冲源小于声波的波长,那么脉冲信号就会扩散到各个方向,就像迪厅舞动的灯光一样。为了朝特定方向发射,声呐脉冲源必须远大于声波的波长。但是鼠海豚却“设法”绕开了这一限制。

为了探究鼠海豚是怎样绕开这一限制的,科学家使用计算机断层扫描研究了江豚(鼠海豚科下的一个属种)的头部。他们发现这种生物的前额具有复杂的结构,包括气囊、软组织和头骨。江豚头部这种层次分明的结构能使声波以不同的速度通过,从而使波束聚焦。该研究已于去年12月发表在《应用物理评论》上,论文的作者之一、宾夕法尼亚州立大学的物理学家曹文武(Wenwu Cao)说:“如果能够弄清这些结构,我们就可以重新设计声呐系统,并把它们装备在较小的船只上。”

鼠海豚和另外一种因拥有回声定位能力而闻名的哺乳动物——蝙蝠有着相似之处。弗吉尼亚理工学院的机械工程学教授罗尔夫 ·穆勒(Rolf Müller,未参与本研究)过去一直在研究蝙蝠,他说:“我很好奇,鼠海豚居然可以通过收缩它们前额的复杂结构,来改变发射声波的模式。”在回声定位方面,蝙蝠和鼠海豚的水平,真的甩了人类好几条街。

撰文:Clara Moskowitz

翻译:杨风丽

本文来自:环球科学
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