仿生學(xué)-之-回聲定位

仿生學(xué)之回聲定位小組成員：張辰裕蔣繼浩許佳俊什么是回聲定位？回聲定位：

某些動物能通過口腔或鼻腔把從喉部產(chǎn)生的超聲波發(fā)射出去，利用折回的聲音來定向，這種空間定向的方法，稱為回聲定位。自然界中回聲定位的應(yīng)用自然界中回聲定位的應(yīng)用

人類至多能聽到頻率為20千赫的聲音，而有的蝙蝠能發(fā)出和聽到100千赫的聲音。當(dāng)遇到食物或障礙物時，脈沖波會反射回來，蝙蝠用兩耳接受物體的反射波，并據(jù)此確定該物體的位置，并可從兩耳分別接受到回波間的差別，來辨別物體的遠(yuǎn)近、形狀及性質(zhì)；物體的大小則由回波中的波長區(qū)別出來。大部分蝙蝠能用舌頭顫動發(fā)音，有些則發(fā)出尖的鳴叫聲，還有一些能由鼻孔透出聲音。它們都有助于蝙蝠確定回波的方向，來決定自己要前進(jìn)，還是轉(zhuǎn)彎。

并不是所有的蝙蝠都由嘴發(fā)出超聲波，有些是用鼻孔，有的兩者兼有。超聲波以出點(diǎn)為延長線，形成一個圓錐體，當(dāng)它遇到環(huán)境中的物體后就會以聲波的形式返回。蝙蝠通過像天線般的耳朵來接收回聲，內(nèi)耳與大腦將回聲頻率轉(zhuǎn)成信號。通過信號的接收和處理，蝙蝠不僅可以探測到運(yùn)動物體的距離、方向和運(yùn)動速率，還可以判斷其大小、形狀和結(jié)構(gòu)，從而建立周圍環(huán)境的“聲音圖像”，在完全黑暗的環(huán)境中飛行和捕捉獵物。自然界中回聲定位的應(yīng)用自然界中回聲定位的應(yīng)用

意大利科學(xué)家斯帕拉捷以及他著名的“斯帕拉捷的蝙蝠實(shí)驗(yàn)”自然界中回聲定位的應(yīng)用

1793年夏季的一個夜晚，意大利科學(xué)家斯帕拉捷走出家門，放飛了關(guān)在籠子里做實(shí)驗(yàn)用的幾只蝙蝠。只見蝙蝠們抖動著帶有薄膜的肢翼，輕盈地飛向夜空，并發(fā)出自由自在的“吱吱”叫聲..斯帕拉捷見狀，感到百思不得其解，因?yàn)樵诜棚w蝙蝠之前，他已用小針刺瞎了蝙蝠的雙眼，瞎了眼的蝙蝠怎么能如此敏捷地飛翔呢？

在進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)之前，斯帕拉捷一直認(rèn)為：蝙蝠之所以能在夜空中自由自在地飛翔，能在非常黑暗的條件下靈巧地躲過各種障礙物去捕捉飛蟲，一定是由于長了一雙非常敏銳的眼睛。他之所以要刺瞎蝙蝠的雙眼，正是想證明這一點(diǎn)。事實(shí)卻完全出乎他的意料之外。

自然界中回聲定位的應(yīng)用

意外的情況更激發(fā)了他的好奇心。“不用眼睛，那蝙蝠又是依靠什么來辨別障礙物，捕捉食物的呢？”于是，他又把蝙蝠的鼻子堵住，放了出去，結(jié)果，蝙蝠還是照樣飛得輕松自如?！皧W秘會不會在翅膀上呢？”斯帕拉捷這次在蝙蝠的翅膀上涂了一層油漆。然而，這也絲毫沒有影響到它們的飛行。最后，當(dāng)他用布袋把蝙蝠的頭部套起來或堵住蝙蝠的一只耳朵時，它們就失去了方向感。原來，蝙蝠探路依靠的不是眼睛，而是嘴和耳朵。因此，斯帕拉捷提出了在當(dāng)時看似荒謬的結(jié)論：蝙蝠能用耳朵“看東西”。自然界中回聲定位的應(yīng)用

直到1938年，其中的奧秘才由美國哈佛大學(xué)的格里菲恩揭開，他提出了“回聲定位”的概念，從而解決了斯帕拉捷的“蝙蝠問題”。他利用“聲納探測器”對蝙蝠的飛行進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)蝙蝠能快速有力地收縮咽喉肌，從而產(chǎn)生超聲波，即蝙蝠在飛行中產(chǎn)生頻率在2萬赫茲以上超出人類聽覺范圍之外的超聲波脈沖，這就是我們所說的蝙蝠的“回聲定位聲波”。

自然的創(chuàng)舉能否為我們所用呢？回聲定位的應(yīng)用回聲定位在日常生活中的應(yīng)用回聲定位在軍事上的應(yīng)用回聲定位在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

回聲定位的應(yīng)用

英國科學(xué)家制造了稱為“蝙蝠手杖”的裝置，這個手杖每秒鐘能發(fā)射6萬個人耳聽不到的超聲波脈沖，幫助使用者探測他們前方、周圍甚至上方至少3米以外的障礙物。任何物體反射回來的聲波都能被這個裝置接收并轉(zhuǎn)換成人手能感知的輕微振動，通過安裝在拐杖塑料手柄上的4個小襯墊傳遞給使用者，障礙物越近，振動的頻率越快，從而幫助存在視力缺陷的人士避開臺階或低洼的地面?；芈暥ㄎ坏膽?yīng)用英國科學(xué)家制造了稱為“蝙蝠手杖”的裝置上的聲波導(dǎo)航儀回聲定位的應(yīng)用現(xiàn)代的無線電定位器—雷達(dá)

雷達(dá)早于發(fā)現(xiàn)蝙蝠的回聲定位發(fā)明出來，人們發(fā)現(xiàn)兩者原理相像,所以習(xí)慣上稱其原理來自蝙蝠的回聲定位。隨著蝙蝠回聲定位系統(tǒng)的深入研究和應(yīng)用，科學(xué)家通過模仿蝙蝠按照目標(biāo)情況隨時調(diào)整脈沖參數(shù)和調(diào)整方向的探測方法，提高了雷達(dá)的靈敏度和抗干擾能力。

回聲定位的應(yīng)用B超基本原理：超聲在人體內(nèi)傳播，由于人體各種組織有聲學(xué)的特性差異，超聲波在兩種不同組織界面處產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、衰減以及聲源與接收器相對運(yùn)動產(chǎn)