像蝙蝠一樣感知
駛過(guò)蔚藍(lán)的天空，穿過(guò)飄逸的云彩，飛機(jī)帶來(lái)了人類社會(huì)的進(jìn)步，其中，我們要感謝雷達(dá)的發(fā)明。雷達(dá)會(huì)通過(guò)天線發(fā)出無(wú)線電波，電波遇到障礙物會(huì)反射回來(lái)，然后顯示在熒光屏上。駕駛員從熒光屏上，就能清楚地看到前方有沒(méi)有障礙物，所以，即使在黑暗的夜里，飛機(jī)也能安全地飛行。雷達(dá)有如此神功，蝙蝠功不可沒(méi)。
黑夜精靈 耳朵“視”物
為了避開(kāi)與其他陸地和海洋獸類的競(jìng)爭(zhēng)，蝙蝠飛上了天空，它也是唯一能夠飛行的哺乳動(dòng)物；為了避開(kāi)與飛鳥(niǎo)的競(jìng)爭(zhēng)，蝙蝠利用了一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)位――黑暗的天空，這要?dú)w功于回聲定位系統(tǒng)的高度進(jìn)化。
蝙蝠為什么能夠在黑暗中自如地飛行呢?早在1793年，意大利的斯帕蘭贊尼就針對(duì)這一問(wèn)題，
進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)，眼睛被刺瞎或被黑布蒙住的蝙蝠仍能照常飛行，但耳朵被塞住的蝙蝠卻無(wú)法正常飛行和捕食。斯帕蘭贊尼繼續(xù)證明了蝙蝠不是利用觸覺(jué)和嗅覺(jué)飛行的，因?yàn)楫?dāng)他用布袋把蝙蝠的頭部套起來(lái)或堵住蝙蝠的一只耳朵時(shí)，它們就失去了方向感。原來(lái)，蝙蝠探路依靠的不是眼睛，而是嘴和耳朵。因此，斯帕蘭贊尼提出了在當(dāng)時(shí)看似荒謬的結(jié)論：蝙蝠能用耳朵“看東西”。
直到1938年，其中的奧秘才由美國(guó)哈佛大學(xué)的格里菲恩揭開(kāi)，他提出了“回聲定位”的概念，從而解決了斯帕蘭贊尼的“蝙蝠問(wèn)題”。他利用“聲納探測(cè)器”對(duì)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(wàn)赫茲以上超出人類聽(tīng)覺(jué)范圍之外的超聲波脈沖，這就是我們所說(shuō)的蝙蝠的“回聲定位聲波”。
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。超聲波以發(fā)出點(diǎn)為延長(zhǎng)線，形成一個(gè)圓錐體，當(dāng)它遇到環(huán)境中的物體后就會(huì)以聲波的形式返回。蝙蝠通過(guò)像天線般的耳朵來(lái)接收回聲，內(nèi)耳與大腦將回聲頻率轉(zhuǎn)成信號(hào)。通過(guò)信號(hào)的接收和處理，蝙蝠不僅可以探測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體的距離、方向和運(yùn)動(dòng)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。
傳音辨物 初見(jiàn)成效
蝙蝠的回聲定位使它們的世界充滿了色彩，那么，根據(jù)這個(gè)原理，是不是也可以使盲人聽(tīng)見(jiàn)世界呢?受此啟發(fā)，科學(xué)家開(kāi)發(fā)了多種回聲定位裝置。
墨西哥科學(xué)家成功研制了一種盲人電子避障儀，這種裝置由電子信號(hào)發(fā)生器、變頻器、放大器、電子處理器等構(gòu)件組成，模擬蝙蝠避障的機(jī)能，利用超聲波反射原理來(lái)探測(cè)障礙物，并通過(guò)變頻器將反射回來(lái)的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)或聲音，及時(shí)給盲人發(fā)送避障信號(hào)。
英國(guó)科學(xué)家制造了稱為“蝙蝠手杖”的裝置，這個(gè)手杖每秒鐘能發(fā)射6萬(wàn)個(gè)人耳聽(tīng)不到的超聲波脈沖，幫助使用者探測(cè)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(lái)的聲波都能被這個(gè)裝置接收并轉(zhuǎn)換成人手能感知的輕微振動(dòng)(有些蝙蝠手杖轉(zhuǎn)化成的是聲音)，通過(guò)安裝在拐杖塑料手柄上的4個(gè)小襯墊傳遞給使用者，障礙物越近，振動(dòng)的頻率
越快，從而幫助存在視力缺陷的人士避開(kāi)臺(tái)階或低洼的地面。
一般盲人的聽(tīng)力會(huì)更加敏銳，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，他們能利用聽(tīng)力解讀回聲，進(jìn)而在腦中形成一系列詳細(xì)形象，包括物體距離，甚至大小和密度等，讓盲人“360°”看到周圍環(huán)境，這也稱為“人回聲定位術(shù)”。因?yàn)槲矬w的遠(yuǎn)近、質(zhì)地、大小、方位不同，聲音就會(huì)有很大的差異。比如說(shuō)當(dāng)障礙物越來(lái)越近時(shí)，聲音就會(huì)越來(lái)越大；墻和柱子則會(huì)反射出不同的聲音。當(dāng)盲人走入花園的時(shí)候，或許可以聽(tīng)到各種各樣的花，知道這是桃花，那是杏花，還有杜鵑花等等；還會(huì)知道這個(gè)花開(kāi)了，那個(gè)正含苞欲放。
另外，科學(xué)家還仿制了盲人用的“超聲波眼鏡”，這些儀器同樣內(nèi)置超聲波發(fā)射器，盲人可以通過(guò)辨別回聲來(lái)感知物體形狀、距離等詳細(xì)情況，用另一種方式“看到”世界。
蝙蝠仿生 任重而道遠(yuǎn)
德國(guó)科學(xué)家從蝙蝠對(duì)樹(shù)木的回聲定位中開(kāi)發(fā)出一套運(yùn)算法則，利用此算法可依據(jù)植物的聲波識(shí)別其物種屬類。生物學(xué)家據(jù)此不僅發(fā)現(xiàn)了蝙蝠尋覓喜愛(ài)的水果和昆蟲(chóng)的方法，同時(shí)還利用這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)幫助工程師設(shè)計(jì)超高速系統(tǒng)，以及輔助辨別傳送中物品的屬性。這項(xiàng)研究成果幫助人類完善聲波算法，將在弱光或者黑暗的環(huán)境下發(fā)揮很大優(yōu)勢(shì)。
