影像測量儀 動(dòng)物下落激發(fā)軍事開發(fā)者，很多人沒想到，海陸空都有大收獲

本報(bào)特約撰稿人：杜重陽

在當(dāng)前的仿生學(xué)研究中，對(duì)于軍事技術(shù)占有重要地位。其目的是通過生物仿真改進(jìn)艦船、飛機(jī)和戰(zhàn)車的設(shè)計(jì)，改進(jìn)或創(chuàng)新雷達(dá)、聲納等探測裝置，以及導(dǎo)航、計(jì)算等系統(tǒng)。

雷達(dá)和聲納鏈路

該生物傳感器不僅靈敏度高、抗干擾、可靠性高，而且體積小巧，耗能少。

例如，一只叫做小棕蝙蝠的蝙蝠可以使用它的超聲波“雷達(dá)”來發(fā)現(xiàn) O. 18 毫米粗的電線，但它的探測器重量只有 0.05 克，并且只發(fā)出百萬分之一瓦的功率！蝙蝠可以非常準(zhǔn)確地將食物昆蟲與障礙物分開，并且可以同時(shí)檢測多個(gè)目標(biāo)的形狀和位置。即使噪音比它們發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)兩千倍，蝙蝠也可以檢測到它們自己的“雷達(dá)”的反射。這種抗干擾能力是現(xiàn)代雷達(dá)無法企及的。尤其是熱帶水域中的食魚蝙蝠，它們使用超聲波“雷達(dá)”來探測水面下的魚。要知道，此時(shí)它在空中接收到的魚體反射信號(hào)強(qiáng)度只有原來信號(hào)的百萬分之一。因此，蝙蝠引起了開發(fā)雷達(dá)和儀器以發(fā)現(xiàn)潛艇的軍事技術(shù)人員的注意?？磥硎怯邢Ｍ７买鸲鷣碇圃旄`敏的雷達(dá)和雷達(dá)抗干擾裝置。

海豚是海洋哺乳動(dòng)物，它們也使用超聲波來發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。如果我們把幾只海豚放在一個(gè)混響的渾濁水池中（由于水池表面和池底的反射而發(fā)出的聲音），再把幾條魚放在水里，我們會(huì)看到雖然水很混濁，能見度很差, 但是海豚撲向了魚。每只海豚都可以通過自己的“聲納”快速準(zhǔn)確地檢測到許多物體的位置和復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)畫面，而不受回響聲音的干擾。

實(shí)驗(yàn)表明，海豚不僅可以區(qū)分魚的大小和性質(zhì)，還可以區(qū)分不同形狀的物體（球形和圓錐形等），甚至可以區(qū)分形狀和大小相同但材質(zhì)不同的物體。即使海豚被橡膠吸盤蒙住眼睛，它們的辨別能力也絲毫不受影響。原來，海豚的“聲納”系統(tǒng)具有類眼功能，因此被稱為“聲眼”。海豚的這種“眼睛”可以“看到”三公里外的魚，比現(xiàn)代超聲波探魚器的探測距離還要遠(yuǎn)。因此，對(duì)海豚的研究受到海軍部門的重視。

一致地識(shí)別和跟蹤

海豚的眼睛也很奇特，在水中的視力（acuity of vision）與在空氣中的一樣。在水中，它可以發(fā)現(xiàn)水面以上四五米的小物件，并且像優(yōu)秀的跳高運(yùn)動(dòng)員一樣，可以準(zhǔn)確地選擇起跳點(diǎn)，測量彈跳力，跳出水面將其抓住一舉一動(dòng)。

熱帶水域的射水魚也有類似的技能：在水中找到空中目標(biāo)后，可以準(zhǔn)確判斷身體的位置和姿勢，實(shí)現(xiàn)光折射畸變的復(fù)雜校正。幾毫米大小的飛蟲被擊落到水面上，將它們吞噬。如果你站在這個(gè)魚缸旁邊抽一支煙，那支煙往往會(huì)被它殺死。研究和模擬這些動(dòng)物眼睛的特征可以幫助改進(jìn)潛水員和船上使用的一些設(shè)備。

人眼是世界上最完美的“儀器”，在大腦的控制下具有良好的圖像識(shí)別和跟蹤能力。在人類視覺研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了一種可以接收?qǐng)D像、測量和傳輸信息的“人工眼”。這種裝置可用于太空旅行。另一種傳感器，如人眼，不需要掃描，可以連續(xù)搜索和跟蹤多個(gè)目標(biāo)。毫無疑問，它將用于探測和跟蹤導(dǎo)彈。人們也在研究人類的空間視覺，開發(fā)一種用于分析航拍照片的自動(dòng)景深測量儀，或自動(dòng)“繪制”三維地形圖。

動(dòng)物感覺器官的研究與模擬是仿生學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。這是改進(jìn)機(jī)器輸入設(shè)備、自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中的高靈敏度發(fā)射器或開發(fā)導(dǎo)航、跟蹤和檢測系統(tǒng)的新原理的迫切需要。在這方面取得了一些新的成果。例如，電子蛙眼，基于蛙類能夠快速識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體的原理，已被用于防止飛機(jī)碰撞和跟蹤人造地球衛(wèi)星。

同樣，可以快速識(shí)別導(dǎo)彈的系統(tǒng)，以減少彈道計(jì)算的時(shí)間。還可以開發(fā)一個(gè)電子系統(tǒng)來將武器的火力集中在目標(biāo)上。

鴿子的眼睛具有尋找定向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的特性。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)無線電定位系統(tǒng)來尋找沿特定方向飛行的飛機(jī)（例如飛往空軍機(jī)場）。

鱟能夠突出被觀察物體的邊界。模擬的電子鱟可以提高雷達(dá)靈敏度或銳化模糊的航拍照片。

甲蟲的復(fù)眼是特殊的“速度計(jì)”。根據(jù)移動(dòng)目標(biāo)在每個(gè)小眼中出現(xiàn)的時(shí)間，甲蟲知道目標(biāo)的速度。據(jù)此制造的飛機(jī)地面速度計(jì)正在試驗(yàn)中。這是在飛行器前部以一定角度安裝兩個(gè)光電接收器，依次接收位于飛行器航線上的同一地面目標(biāo)的光信號(hào)，并根據(jù)海拔高度和時(shí)差。它還可用于測量導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)的速度。

動(dòng)物界有許多杰出的“航海家”，如鳥類、魚類、鯨魚、海龜?shù)?。它們?cè)诳罩谢蚝Ｉ巷w行數(shù)千公里，甚至超過一萬公里而不會(huì)迷路。許多有價(jià)值的啟示。作為仿生學(xué)的第一個(gè)成果，模仿蚊子和蒼蠅翅膀的振動(dòng)陀螺儀已被用于超音速飛機(jī)和導(dǎo)彈。這種導(dǎo)航儀沒有普通陀螺儀的高速轉(zhuǎn)子，所以幾乎沒有摩擦，靈敏穩(wěn)定。模仿蜜蜂復(fù)眼的偏振羅盤也被用于導(dǎo)航和航空領(lǐng)域，即使在陰天，它們也能在太陽下定位自己。

另外，根據(jù)草原動(dòng)物聽覺的特點(diǎn)，人們改進(jìn)了無線電定位天線的安裝。雄蚊子根據(jù)雌蚊子飛行時(shí)翅膀的聲音來定位。這種被動(dòng)定向原理啟發(fā)了一種新型定向儀器的設(shè)計(jì)，該儀器體積小且成本低廉，可以定位霧喇叭（在霧中警告船舶的喇叭）信號(hào)并跟蹤魚和潛水員的方向。

研究動(dòng)物的聽覺系統(tǒng)也是有益的。例如，研究夜蛾等動(dòng)物的聽力，將有助于我們提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

新奇坦克

最近，坦克設(shè)計(jì)師們想出了一個(gè)新穎的設(shè)計(jì)：以雙殼貝殼為模型，設(shè)計(jì)出來的坦克炮塔造型非常流線型。坦克內(nèi)的武器裝備是按照軟體動(dòng)物的消化器官排列的，非常緊湊。就像軟體動(dòng)物吃食物一樣，彈藥從彈藥箱進(jìn)入炮塔，沿著一個(gè)食道狀的進(jìn)料槽被送到槍的后部（尾部）。尾巴類似于軟體動(dòng)物的胃，周圍的腔室（收集和排出射擊過程中形成的火藥氣體）類似于消化腺。在貝殼狀的頂蓋下，有兩個(gè)供坦克乘員使用的半躺式座椅。因此，它在解決現(xiàn)代坦克制造中一個(gè)非常重要的問題，即降低坦克高度方面取得了顯著成效。

為了提高坦克的通過能力，有人模仿了一些蟲子的動(dòng)作，提出了一種輕型坦克行走部分的設(shè)計(jì)：坦克底盤上有兩對(duì)大滾輪，每對(duì)都有擁有自己的油箱和動(dòng)力系統(tǒng)。滾子成對(duì)布置在兩根大梁的末端影像測量儀，兩根大梁鉸接在車身上。發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種工作狀態(tài)：在第一種狀態(tài)下，滾輪起到車輪的作用。由于它們的大直徑和寬表面，它們能夠克服巨大的障礙。第二種狀態(tài)，坦克司機(jī)制動(dòng)前滾輪，開始折疊后滾輪架；后滾輪向前移動(dòng)，然后制動(dòng)后滾輪，車架伸出，前滾輪移動(dòng)，油箱向前移動(dòng)。這種推進(jìn)系統(tǒng)可用于作戰(zhàn)演習(xí)：

船舶和飛機(jī)

在造船、航海和海軍活動(dòng)中，在浩瀚的海洋中有很多“游泳者”可以給我們一些啟發(fā)。例如，海豚以高達(dá)每小時(shí) 70 公里的速度游泳。它不僅擁有漂亮的流線型體型，而且它的皮膚也有特殊的構(gòu)造。

有一艘核潛艇的原型，其比例和輪廓類似于海豚的大小，因此獲得了很高的速度。試驗(yàn)表明，如果將一種“人造海豚皮”用橡膠和硅膠液體制成，包裹在小船和魚雷的外殼上，在水中的阻力就會(huì)大大降低。

除了海豚，其他鯨類動(dòng)物和某些魚類游得非?？?。一種類似鯨魚形水下部分的船被制造出來，它的水阻力可以降低20%左右。其他人創(chuàng)造了幾種模仿魚身上的粘液的液體，如果將它們涂在船上，阻力會(huì)降低。

最近，有一些船用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)在一定程度上模仿了魚的移動(dòng)方式。

此外，魚在移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種特殊的彎曲波，從而提高游泳速度，一旦揭開謎底，人們可以據(jù)此模仿高速船。

對(duì)游泳和飛行生物的研究也將有助于現(xiàn)代航空的發(fā)展。鳥類的翅膀非常擅長飛行。機(jī)翼上的小翼，前緣和上側(cè)的輔助結(jié)構(gòu)，以及機(jī)翼末端裂開的“板條”，使鳥類能夠高升力、低阻力、防滑地飛行。這對(duì)項(xiàng)目有一定的參考價(jià)值。模仿海鳥翼尖的形狀，制造出帶有錐形彎曲翅膀的飛機(jī)，從而提供了極大的穩(wěn)定性。

雖然蝙蝠（哺乳動(dòng)物）不是鳥類，但它們可以在空中自由飛翔。以蝙蝠翼為基礎(chǔ)的“蝙蝠翼”是一種著陸裝置，可以像降落傘一樣折疊起來備用；但比目前的降落傘更具機(jī)動(dòng)性，并允許選擇著陸點(diǎn)。

不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身無論從長度還是厚度上都不是最好的流線型。如果機(jī)身加厚，變成類似海豚或金槍魚的形狀，飛機(jī)一下子就變成了非常流線型的形狀。隨著底艙變大影像測量儀，可以在中間加裝升力發(fā)動(dòng)機(jī)，研制垂直起降飛機(jī)，真是一石二鳥！

可靠性和小型化

可靠性是軍事技術(shù)的一個(gè)大問題。所謂可靠性，是指技術(shù)系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)，在一定的使用條件下，以應(yīng)有的準(zhǔn)確性和效率完成規(guī)定工作的能力。假設(shè)某區(qū)域的防御需要1000枚防空導(dǎo)彈，可靠性為0.99999（即失敗概率為0.00001)，如果導(dǎo)彈的可靠性僅為0.999（即概率失敗率是 0.001)，需要 100 倍的原始數(shù)量來保衛(wèi)該區(qū)域 - 100,000！

一般來說，現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)的可靠性不是很高，所以在一臺(tái)由電子計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)車中，必須有人“以防萬一”。但是生物在數(shù)十億年的進(jìn)化過程中已經(jīng)獲得了高度的可靠性。人腦中每小時(shí)有1000個(gè)神經(jīng)元死亡，100歲時(shí)損失了10億個(gè)神經(jīng)元，但只有人腦神經(jīng)元總數(shù)的十分之一，所以還能正常思考。這不僅是因?yàn)槿四X中神經(jīng)元的儲(chǔ)備，還因?yàn)樗鼈兙哂刑厥獾倪B接和功能方式。遵循這一生物學(xué)原理，已經(jīng)創(chuàng)建了類似于神經(jīng)元連接的儲(chǔ)備電路。為了保證和普通電路一樣的可靠性，只需要原廠元件的二十分之一，并且每個(gè)部件的可靠性可以低至原來的十分之一。即使 50% 的組件發(fā)生故障，這種測試線也能可靠地工作。

飛機(jī)、衛(wèi)星、潛艇的設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況，即每攜帶一公斤重量的儀器，就要增加幾十甚至上百公斤的燃料。因此，為了提高可靠性，就需要減小元件的尺寸，減輕重量，增加元件本身的可靠性。這就需要小型化的發(fā)展。人腦是小型化的最佳模型：它有 10-150 億個(gè)神經(jīng)元，但只有 1.5 立方分米大，消耗 10 瓦的能量。已經(jīng)產(chǎn)生了許多神經(jīng)元的電子和物理化學(xué)模型。由一定數(shù)量的人工神經(jīng)元組成的自動(dòng)駕駛模型的可靠性是一般自動(dòng)駕駛儀的兩倍。返回搜狐，查看更多