鼠海豚聚焦声纳束颠覆物理定律

海豚的秘密都在脑子里。资料来源:斯蒂芬·弗林克收藏

海豚的头部有一个声音控制组合，使它们能够将定向声纳波束聚焦在猎物身上。他们头骨中的骨骼、气体和组织就像超材料一样，可以推翻普通的物理定律。这些海洋哺乳动物可以将非定向声波转换成狭窄的声音脉冲。

像海豚一样，鼠海豚可以利用回声定位在水下30米处探测猎物。为了做到这一点，他们会在脸的前方发出高频率的咔哒声来控制声纳波束的方向，而不用移动头部。当接近目标时，它们也可以加宽光束来帮助捕捉试图逃跑的鱼。

然而，海豚如何聚焦声纳波束是一个谜，尤其是它们的声音结构——所谓的“声音嘴唇”——比咔哒声的波长要小。这将导致波形扩散，而不是成为目标。原来，它头前的一个叫做“额肌”的大脂肪器官似乎非常重要，但它的具体功能尚不清楚。

为此，一个中外国际合作小组对一只江豚进行了计算机断层扫描，以测量其头部不同组织的声学特征。他们的研究结果将很快发表在《应用物理评论》上。研究人员还收集了海豚声音信号的现场记录，并建立了数学模型来模拟海豚如何发出和控制声音束。

"这种动物很难做实验."中国厦门大学海洋与地球学院的张宇教授说:“CT和计算机模拟可以帮助我们了解海豚的头部。”。结果表明，关键在于额叶、头骨和气球在头部共同工作，将声波导向一个方向。海豚头部的每一部分都以不同的方式反射、折射和散射声音，因此声音以不同的速度在它们之间传递。

海豚可以通过面部肌肉挤压额叶来传播声波。这使得它在追逐鱼的时候能让鱼保持在“视线”内。该研究结果的合著者、美国宾夕法尼亚州立大学的一名成员武文·曹说:“海豚生物声纳系统使用的原理与我们从教科书中学到的不同。”他说有一种新的方法来设计一个小型精确的声纳系统，可以用来定位海洋中的目标。

它也可以帮助人们制造具有原子结构的超材料，结合这些相似的性质。英国爱丁堡霍罗威茨大学的基思·布朗说，这在设计转换器或逆变器时可能特别有用，转换器或逆变器是将电子脉冲转换成声波的声纳系统的一部分。(冯伟伟)

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