仿生海豹的涡流传感器

仿生海豹的涡流传感器

译自《Navy seals》，2018年8月11日，《经济学人》

在浑浊的水里面视觉是不管用的，海豚靠发射声纳并接收反射波来捕捉猎物。可是很多海洋动物没有声纳也能准确的捕捉猎物，比如海豹，它们是怎么做到的呢？这个问题困扰了科学家很多年，现在终于发现它们是靠它们的胡须。科学家也正在根据这一原理研制水下传感器。

当动物在水下活动时会留下尾迹，尾迹里有很多旋涡。这个尾迹学名叫做卡门涡列。海豹正是跟踪卡门涡列来捕获猎物的。

麻省理工大学的Triantafyllou博士和维基利亚大学的Calhoun博士进行了三年的研究。当海豹被蒙上眼睛并塞上耳塞时，他们能迅速地捕获猎物，但是当它们的胡须用套子套上后猎物很快就跑掉了。研究发现，海豹的胡须里有很多神经单元，这使得海豹的胡须象人的手指尖一样敏感。在显微镜下观察，发现海豹的胡须不是圆形的，而是椭圆形的横断面。而且这些胡须表面是很精致的波纹形状。

Triantafyllou博士联想到了海上钻机的锚绳，锚绳在遇到水的层流时不震动，但是遇到涡流时会产生震动。Triantafyllou博士用3D打印机制造了一个人工海豹胡须，实验证实人工海豹胡须在遇到层流时也不会震动。

Triantafyllou博士证实，由于遇到层流时不震动，这样使得人工海豹胡须对涡流更加敏感。Triantafyllou博士把一个放大了的人工海豹胡须放在水里，观察它前面的涡流怎么影响它的行为。模仿真实的海豹，博士让模型胡须侧对着行进的方向，这样模型胡须就象刀刃一样切割着水。当水沿正确的方向接触到胡须时，比如涡流，会对胡须的扁平面产生压力，胡须就会试图回避涡流，这样就会产生振动。但是遇到层流时，胡须不会震动。

越大的猎物产生的涡流越大，从而胡须的振幅也越大。震动的频率取决于猎物的速度。真实的海豹就是根据这个原理来确定猎物的方位、大小和速度。

2016年，在新加坡技术和设计学院的帮助下，Calhoun博士将人工胡须与一个薄膜接触，这样就能将胡须的震动转换成电脉冲。实验显示胡须对即便很小的水下波动都极其敏感，下一步是要知道这些电脉冲意味着什么。

Calhoun博士将经过训练的海豹的一根胡须与一个记录仪连接在一起，发现即便最简单的猎物都会使这根胡须产生好几种不同的震动，而一个海豹有几十根胡须。

海豹的大脑能识别这些震动，Calhoun博士想通过深度学习的人工智能来识别这些震动。这就涉及到软件开发，让软件接触几千种不同的人工海豹胡须的震动。经过训练后，这个软件就可以识别各种数据图案，从而识别各种不同的动物及其大小和速度。

Triantafyllou博士的目的是研制出水下机器人，用来发现不同物体的尾迹，比如鱼和水下哺乳动物、水上船只和潜水艇等。

这些研究当然引起了美国军方的注意，特别是海军。由于技术的发展，潜水艇的声音非常小，用声纳很难发现。但是这些潜水艇的尾迹能保持几小时甚至几天。

这样的技术也可以民用，用于测量经过它的湍流。这样的系统可以用在2010年发生在墨西哥湾的深海石油泄漏。涡流探测器可以帮助测定石油泄漏的发散方向，从而预测石油泄漏的扩散范围。除了海上的用途外，涡流探测器也可以用于测量管道中液体的流速以及飞机机翼的气流。

考虑到夜莺的情况，涡流传感器也可以空用。夜莺能在夜间捕捉飞行的虫子，特别是飞蛾。以前科学家一直认为这是因为夜莺在晚上的视力特别好，现在发现可能真实的原因是夜莺嘴边的胡须。

.weibm�|��*�