像蝙蝠一样感知

像蝙蝠一样感知

驶过蔚蓝的天空，穿过飘逸的云彩，飞机带来了人类社会的进步，其中，我们要感谢雷达的发明。雷达会通过天线发出无线电波，电波遇到障碍物会反射回来，然后显示在荧光屏上。驾驶员从荧光屏上，就能清楚地看到前方有没有障碍物，所以，即使在黑暗的夜里，飞机也能安全地飞行。雷达有如此神功，蝙蝠功不可没。

黑夜精灵耳朵“视”物

为了避开与其他陆地和海洋兽类的竞争，蝙蝠飞上了天空，它也是唯一能够飞行的哺乳动物；为了避开与飞鸟的竞争，蝙蝠利用了一个独特的生态位――黑暗的天空，这要归功于回声定位系统的高度进化。

蝙蝠为什么能够在黑暗中自如地飞行呢?早在1793年，意大利的斯帕兰赞尼就针对这一问题，进行了对比实验。他发现，眼睛被刺瞎或被黑布蒙住的蝙蝠仍能照常飞行，但耳朵被塞住的蝙蝠却无法正常飞行和捕食。斯帕兰赞尼继续证明了蝙蝠不是利用触觉和嗅觉飞行的，因为当他用布袋把蝙蝠的头部套起来或堵住蝙蝠的一只耳朵时，它们就失去了方

向感。原来，蝙蝠探路依靠的不是眼睛，而是嘴和耳朵。因此，斯帕兰赞尼提出了在当时看似荒谬的结论：蝙蝠能用耳朵“看东西”。

直到1938年，其中的奥秘才由美国哈佛大学的格里菲恩揭开，他提出了“回声定位”的概念，从而解决了斯帕兰赞尼的“蝙蝠问题”。他利用“声纳探测器”对蝙蝠的飞行进行监控，发现蝙蝠能快速有力地收缩咽喉肌，从而产生超声波，即蝙蝠在飞行中产生频率在2万赫兹以上超出人类听觉范围之外的超声波脉冲，这就是我们所说的蝙蝠的“回声定位声波”。

并不是所有的蝙蝠都由嘴发出超声波，有些是用鼻孔，有的两者兼有。超声波以发出点为延长线，形成一个圆锥体，当它遇到环境中的物体后就会以声波的形式返回。蝙蝠通过像天线般的耳朵来接收回声，内耳与大脑将回声频率转成信号。通过信号的接收和处理，蝙蝠不仅可以探测到运动物体的距离、方向和运动速率，还可以判断其大小、形状和结构，从而建立周围环境的“声音图像”，在完全黑暗的环境中飞行和捕捉猎物。

传音辨物初见成效

蝙蝠的回声定位使它们的世界充满了色彩，那么，根据

这个原理，是不是也可以使盲人听见世界呢?受此启发，科学家开发了多种回声定位装置。

墨西哥科学家成功研制了一种盲人电子避障仪，这种装置由电子信号发生器、变频器、放大器、电子处理器等构件组成，模拟蝙蝠避障的机能，利用超声波反射原理来探测障碍物，并通过变频器将反射回来的超声波信号转换成机械振动或声音，及时给盲人发送避障信号。

英国科学家制造了称为“蝙蝠手杖”的装置，这个手杖每秒钟能发射6万个人耳听不到的超声波脉冲，帮助使用者探测他们前方、周围甚至上方至少3米以外的障碍物。任何物体反射回来的声波都能被这个装置接收并转换成人手能

感知的轻微振动(有些蝙蝠手杖转化成的是声音)，通过安装在拐杖塑料手柄上的4个小衬垫传递给使用者，障碍物越近，振动的频率越快，从而帮助存在视力缺陷的人士避开台阶或低洼的地面。

一般盲人的听力会更加敏锐，经过培训，他们能利用听力解读回声，进而在脑中形成一系列详细形象，包括物体距离，甚至大小和密度等，让盲人“360°”看到周围环境，这也称为“人回声定位术”。因为物体的远近、质地、大小、方位不同，声音就会有很大的差异。比如说当障碍物越来越近时，声音就会越来越大；墙和柱子则会反射出不同的声音。当盲人走入花园的时候，或许可以听到各种各样的花，知道

这是桃花，那是杏花，还有杜鹃花等等；还会知道这个花开了，那个正含苞欲放。

另外，科学家还仿制了盲人用的“超声波眼镜”，这些仪器同样内置超声波发射器，盲人可以通过辨别回声来感知物体形状、距离等详细情况，用另一种方式“看到”世界。

蝙蝠仿生任重而道远

德国科学家从蝙蝠对树木的回声定位中开发出一套运算法则，利用此算法可依据植物的声波识别其物种属类。生物学家据此不仅发现了蝙蝠寻觅喜爱的水果和昆虫的方法，同时还利用这项发现帮助工程师设计超高速系统，以及辅助辨别传送中物品的属性。这项研究成果帮助人类完善声波算法，将在弱光或者黑暗的环境下发挥很大优势。

山东大学的罗尔夫?米勒教授和庄桥博士相信通过对蝙蝠回声定位系统的分类，可以制造出成本更小，更能适应周围环境的感应科技。他们认为，目前的技术使用了太多的天线和信号，如果能够模仿蝙蝠回声定位分类机制，就可以减少天线的数量，从而降低成本，其研究成果已于2006年发表在美国的《物理评论快报》上。另据英国《飞行国际》2007年7月12日的报道，美国空军已启动一项为期5年的大学研究项目，以探究蝙蝠如何飞行，并据此开发微型无人间谍

机，其能在混乱环境中飞行，并收集相关信息适时传递给军方。

比利时安特卫普大学的研究人员利用机器人技术开发出了数字版的蝙蝠超声波声纳系统，并成功打造出了机器蝙蝠侠。机器蝙蝠同样竖着两只可以转动的“耳朵”――超声波接收器，和一个喇叭――超声波发生器，可发出所有自然蝙蝠的声音。与此同时，信号处理软件可分析回声是如何产生的，从而进行目标定位。

蝙蝠通过接收碰到障碍物反射的声波来“看”东西在1938年才被发现，而在此时，雷达早已发明出来，人们发现两者原理相像，所以习惯上称其原理来自蝙蝠的回声定位。随着蝙蝠回声定位系统的深入研究和应用，科学家通过模仿蝙蝠按照目标情况随时调整脉冲参数和调整方向的探测方法，提高了雷达的灵敏度和抗干扰能力。现代的无线电定位器――雷达，质量从几十到几千克，而蝙蝠的超声定位系统却只有几分之一克，但在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰能力等都远优于雷达，从这一角度而言，即便最先进的人造声纳系统，仍远不如蝙蝠回声定位系统精确和高效，因此，在蝙蝠的回声定位仿生学领域，我们依然任重而道远!

(责编桑新华)