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影像测量仪 动物下落激发军事开发者,很多人没想到,海陆空都有大收获

发布日期: 2022-03-27 点击: 389

影像测量仪 动物下落激发军事开发者,很多人没想到,海陆空都有大收获

本报特约撰稿人:杜重阳

在当前的仿生学研究中,对于军事技术占有重要地位。其目的是通过生物仿真改进舰船、飞机和战车的设计,改进或创新雷达、声纳等探测装置,以及导航、计算等系统。

雷达和声纳链路

该生物传感器不仅灵敏度高、抗干扰、可靠性高,而且体积小巧,耗能少。

例如,一只叫做小棕蝙蝠的蝙蝠可以使用它的超声波“雷达”来发现 O. 18 毫米粗的电线,但它的探测器重量只有 0.05 克,并且只发出百万分之一瓦的功率!蝙蝠可以非常准确地将食物昆虫与障碍物分开,并且可以同时检测多个目标的形状和位置。即使噪音比它们发出的信号强两千倍,蝙蝠也可以检测到它们自己的“雷达”的反射。这种抗干扰能力是现代雷达无法企及的。尤其是热带水域中的食鱼蝙蝠,它们使用超声波“雷达”来探测水面下的鱼。要知道,此时它在空中接收到的鱼体反射信号强度只有原来信号的百万分之一。因此,蝙蝠引起了开发雷达和仪器以发现潜艇的军事技术人员的注意。看来是有希望模仿蝙蝠耳来制造更灵敏的雷达和雷达抗干扰装置。

海豚是海洋哺乳动物,它们也使用超声波来发现和识别目标。如果我们把几只海豚放在一个混响的浑浊水池中(由于水池表面和池底的反射而发出的声音),再把几条鱼放在水里,我们会看到虽然水很混浊,能见度很差, 但是海豚扑向了鱼。每只海豚都可以通过自己的“声纳”快速准确地检测到许多物体的位置和复杂的空间运动画面,而不受回响声音的干扰。

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实验表明,海豚不仅可以区分鱼的大小和性质,还可以区分不同形状的物体(球形和圆锥形等),甚至可以区分形状和大小相同但材质不同的物体。即使海豚被橡胶吸盘蒙住眼睛,它们的辨别能力也丝毫不受影响。原来,海豚的“声纳”系统具有类眼功能,因此被称为“声眼”。海豚的这种“眼睛”可以“看到”三公里外的鱼,比现代超声波探鱼器的探测距离还要远。因此,对海豚的研究受到海军部门的重视。

一致地识别和跟踪

海豚的眼睛也很奇特,在水中的视力(acuity of vision)与在空气中的一样。在水中,它可以发现水面以上四五米的小物件,并且像优秀的跳高运动员一样,可以准确地选择起跳点,测量弹跳力,跳出水面将其抓住一举一动。

热带水域的射水鱼也有类似的技能:在水中找到空中目标后,可以准确判断身体的位置和姿势,实现光折射畸变的复杂校正。几毫米大小的飞虫被击落到水面上,将它们吞噬。如果你站在这个鱼缸旁边抽一支烟,那支烟往往会被它杀死。研究和模拟这些动物眼睛的特征可以帮助改进潜水员和船上使用的一些设备。

人眼是世界上最完美的“仪器”,在大脑的控制下具有良好的图像识别和跟踪能力。在人类视觉研究的基础上,创造了一种可以接收图像、测量和传输信息的“人工眼”。这种装置可用于太空旅行。另一种传感器,如人眼,不需要扫描,可以连续搜索和跟踪多个目标。毫无疑问,它将用于探测和跟踪导弹。人们也在研究人类的空间视觉,开发一种用于分析航拍照片的自动景深测量仪,或自动“绘制”三维地形图。

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动物感觉器官的研究与模拟是仿生学的一个重要领域。这是改进机器输入设备、自动调整系统中的高灵敏度发射器或开发导航、跟踪和检测系统的新原理的迫切需要。在这方面取得了一些新的成果。例如,电子蛙眼,基于蛙类能够快速识别运动物体的原理,已被用于防止飞机碰撞和跟踪人造地球卫星。

同样,可以快速识别导弹的系统,以减少弹道计算的时间。还可以开发一个电子系统来将武器的火力集中在目标上。

鸽子的眼睛具有寻找定向运动目标的特性。根据这一发现,可以设计一个无线电定位系统来寻找沿特定方向飞行的飞机(例如飞往空军机场)。

鲎能够突出被观察物体的边界。模拟的电子鲎可以提高雷达灵敏度或锐化模糊的航拍照片。

甲虫的复眼是特殊的“速度计”。根据移动目标在每个小眼中出现的时间,甲虫知道目标的速度。据此制造的飞机地面速度计正在试验中。这是在飞行器前部以一定角度安装两个光电接收器,依次接收位于飞行器航线上的同一地面目标的光信号,并根据海拔高度和时差。它还可用于测量导弹攻击目标的速度。

动物界有许多杰出的“航海家”,如鸟类、鱼类、鲸鱼、海龟等。它们在空中或海上飞行数千公里,甚至超过一万公里而不会迷路。许多有价值的启示。作为仿生学的第一个成果,模仿蚊子和苍蝇翅膀的振动陀螺仪已被用于超音速飞机和导弹。这种导航仪没有普通陀螺仪的高速转子,所以几乎没有摩擦,灵敏稳定。模仿蜜蜂复眼的偏振罗盘也被用于导航和航空领域,即使在阴天,它们也能在太阳下定位自己。

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另外,根据草原动物听觉的特点,人们改进了无线电定位天线的安装。雄蚊子根据雌蚊子飞行时翅膀的声音来定位。这种被动定向原理启发了一种新型定向仪器的设计,该仪器体积小且成本低廉,可以定位雾喇叭(在雾中警告船舶的喇叭)信号并跟踪鱼和潜水员的方向。

研究动物的听觉系统也是有益的。例如,研究夜蛾等动物的听力,将有助于我们提高通信系统的抗干扰能力。

新奇坦克

最近,坦克设计师们想出了一个新颖的设计:以双壳贝壳为模型,设计出来的坦克炮塔造型非常流线型。坦克内的武器装备是按照软体动物的消化器官排列的,非常紧凑。就像软体动物吃食物一样,弹药从弹药箱进入炮塔,沿着一个食道状的进料槽被送到枪的后部(尾部)。尾巴类似于软体动物的胃,周围的腔室(收集和排出射击过程中形成的火药气体)类似于消化腺。在贝壳状的顶盖下,有两个供坦克乘员使用的半躺式座椅。因此,它在解决现代坦克制造中一个非常重要的问题,即降低坦克高度方面取得了显著成效。

为了提高坦克的通过能力,有人模仿了一些虫子的动作,提出了一种轻型坦克行走部分的设计:坦克底盘上有两对大滚轮,每对都有拥有自己的油箱和动力系统。滚子成对布置在两根大梁的末端影像测量仪,两根大梁铰接在车身上。发动机有两种工作状态:在第一种状态下,滚轮起到车轮的作用。由于它们的大直径和宽表面,它们能够克服巨大的障碍。第二种状态,坦克司机制动前滚轮,开始折叠后滚轮架;后滚轮向前移动,然后制动后滚轮,车架伸出,前滚轮移动,油箱向前移动。这种推进系统可用于作战演习:

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船舶和飞机

在造船、航海和海军活动中,在浩瀚的海洋中有很多“游泳者”可以给我们一些启发。例如,海豚以高达每小时 70 公里的速度游泳。它不仅拥有漂亮的流线型体型,而且它的皮肤也有特殊的构造。

有一艘核潜艇的原型,其比例和轮廓类似于海豚的大小,因此获得了很高的速度。试验表明,如果将一种“人造海豚皮”用橡胶和硅胶液体制成,包裹在小船和鱼雷的外壳上,在水中的阻力就会大大降低。

除了海豚,其他鲸类动物和某些鱼类游得非常快。一种类似鲸鱼形水下部分的船被制造出来,它的水阻力可以降低20%左右。其他人创造了几种模仿鱼身上的粘液的液体,如果将它们涂在船上,阻力会降低。

最近,有一些船用发动机设计在一定程度上模仿了鱼的移动方式。

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此外,鱼在移动时会产生一种特殊的弯曲波,从而提高游泳速度,一旦揭开谜底,人们可以据此模仿高速船。

对游泳和飞行生物的研究也将有助于现代航空的发展。鸟类的翅膀非常擅长飞行。机翼上的小翼,前缘和上侧的辅助结构,以及机翼末端裂开的“板条”,使鸟类能够高升力、低阻力、防滑地飞行。这对项目有一定的参考价值。模仿海鸟翼尖的形状,制造出带有锥形弯曲翅膀的飞机,从而提供了极大的稳定性。

虽然蝙蝠(哺乳动物)不是鸟类,但它们可以在空中自由飞翔。以蝙蝠翼为基础的“蝙蝠翼”是一种着陆装置,可以像降落伞一样折叠起来备用;但比目前的降落伞更具机动性,并允许选择着陆点。

不难发现,现代飞机的机身无论从长度还是厚度上都不是最好的流线型。如果机身加厚,变成类似海豚或金枪鱼的形状,飞机一下子就变成了非常流线型的形状。随着底舱变大影像测量仪,可以在中间加装升力发动机,研制垂直起降飞机,真是一石二鸟!

可靠性和小型化

可靠性是军事技术的一个大问题。所谓可靠性,是指技术系统在一定的时间内,在一定的使用条件下,以应有的准确性和效率完成规定工作的能力。假设某区域的防御需要1000枚防空导弹,可靠性为0.99999(即失败概率为0.00001),如果导弹的可靠性仅为0.999(即概率失败率是 0.001),需要 100 倍的原始数量来保卫该区域 - 100,000!

一般来说,现代技术系统的可靠性不是很高,所以在一台由电子计算机驱动的机车中,必须有人“以防万一”。但是生物在数十亿年的进化过程中已经获得了高度的可靠性。人脑中每小时有1000个神经元死亡,100岁时损失了10亿个神经元,但只有人脑神经元总数的十分之一,所以还能正常思考。这不仅是因为人脑中神经元的储备,还因为它们具有特殊的连接和功能方式。遵循这一生物学原理,已经创建了类似于神经元连接的储备电路。为了保证和普通电路一样的可靠性,只需要原厂元件的二十分之一,并且每个部件的可靠性可以低至原来的十分之一。即使 50% 的组件发生故障,这种测试线也能可靠地工作。

飞机、卫星、潜艇的设计者经常会遇到这样的情况,即每携带一公斤重量的仪器,就要增加几十甚至上百公斤的燃料。因此,为了提高可靠性,就需要减小元件的尺寸,减轻重量,增加元件本身的可靠性。这就需要小型化的发展。人脑是小型化的最佳模型:它有 10-150 亿个神经元,但只有 1.5 立方分米大,消耗 10 瓦的能量。已经产生了许多神经元的电子和物理化学模型。由一定数量的人工神经元组成的自动驾驶模型的可靠性是一般自动驾驶仪的两倍。返回搜狐,查看更多

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