物理

改善聲納 鼠海豚有妙招

鼠海豚回聲定位能力絕佳,科學家希望了解其複雜前額結構以設計更精良的聲納系統。

撰文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
翻譯/張亦葳

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改善聲納 鼠海豚有妙招

鼠海豚回聲定位能力絕佳,科學家希望了解其複雜前額結構以設計更精良的聲納系統。

撰文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
翻譯/張亦葳


鼠海豚運用回聲定位有效追蹤獵物、避開掠食者和障礙物,最好的軍用聲納技術也相形見絀。這些海洋哺乳動物透過呼吸孔發出的「喀嚦」聲,能在100公尺外辨識寬數公分的物體,就像相隔一座足球場還看見一顆核桃;相較之下,配備聲納的船隻必須從涵蓋數公尺範圍的多個聲源發出聲波。最近一項研究指出,鼠海豚優秀的回聲定位能力源自其頭部內的可調節構造,此發現可能有助人類改善聲納技術。


聲納的運作原理是偵測聲波訊號自物體反射的時間。一般而言,假如聲納脈衝源小於聲波的波長,聲源會往各個方向發出聲波,就像迪斯可球發出的光;若要朝特定方向發出聲波,聲源必須比波長大得多。但是,鼠海豚卻能不受此限。


科學家為了找出這個答案,運用電腦斷層掃描露脊鼠海豚(Neophocaena phocaenoides)的頭部。研究結果發現,露脊鼠海豚前額結構複雜且具有層次,包含氣囊、軟組織和頭骨,聲音能以不同速度通過這些構造,鼠海豚便可控制聲波的方向。該研究於去年12月發表在《應用物理評論》(Physical Review Applied),美國賓州州立大學物理學家曹文武是論文共同作者,他說:「如果了解此結構,便可重新設計聲納系統,並裝在(更小的)船上。」


該研究顯示,鼠海豚的訣竅類似於另一種以回聲定位著名的哺乳動物:蝙蝠。維吉尼亞理工學院的機械工程教授穆勒(Rolf Mu?ller)研究蝙蝠聲納,並未參與鼠海豚的研究,他表示:「我感興趣的是,鼠海豚可能藉由壓縮前額的複合體結構,改變發出聲波的模式。」與人類技術相比,蝙蝠和鼠海豚似乎厲害不少。


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