水下成像聲納是海洋探測的一項重要技術,可以幫助潛艇對水下目標進行探測、定位和通信等。仿生聲納是這一領域的新興發展,它的靈感來自海洋哺乳動物。新加坡國立大學熱帶海洋科學研究所(Tropical Marine Science Institute)聲學研究室的一組科學家便是以海豚的聲波功能爲依據,開發了一種新型聲納。
這項研究于2022年發表在《通信工程》(Communications Engineering)期刊雜志上。
這款仿生聲納寬約25厘米,與海豚的頭部大小相當,聲納上分別有三個發射機,會從不同方向發出與海豚相似的聲音,可以判斷物品的的位置、距離與角度,並且在聲納圖像清晰度、傳感器數量和所使用的陣列和尺寸都經過了精密的計算。
仿生聲納大小似海豚頭部 可判斷物品位置距離角度
爲了搭配聲納硬件,科學家研發出一個創新軟件,改善聲納把回聲視像化的能力。基于海豚使用先前已知信息來處理回聲的假設,研究人員把圖像模糊的概念納入聲納軟件中。
新的軟件能效仿海豚的聲納回波,産生聲納信號,得到物體的信息,並通過聲納的三次點擊快速對回聲進行信號處理,爲視化圖像提供更好的分辨率,從而在水下産出更清晰的視覺成像。
受海豚啓發,新加坡國立大學研發小型仿生聲納,可以更准確地進行水下探測工作,還能産出更清晰的視覺成像。
對此,熱帶海洋科學研究所的哈利博士(Dr Hari Vishnu)解釋說:“像海豚一樣使用初始信息是很直觀的,就比如人類在缺乏信息的情況下想象某個圖像時,大腦和視覺系統也會傾向于假設物體的光從上方落下。”
科學家們觀察到,海豚能通過聲波掃描水下物體,目測後挑選匹配的物體。這說明海豚從物體發出的回聲包含物體形狀的信息。因此,科學家們記錄了海豚掃描水下物體時發出的回聲,並打造了一個海豚仿生聲納。
國大熱帶海洋科學研究所科學家以海豚的聲波功能爲依據,開發了新型聲納,並研發出搭配的創新軟件,改善聲納把回聲視像化的能力。