Gedurende miljoenen jaren, bruinvissen hebben krachtige biosonar ontwikkeld met een hoge nauwkeurigheid en intelligentie om prooien te detecteren en te volgen in lawaaierige onderwateromgevingen. De geluidsbron in een bruinvis is ongeveer de helft van de golflengte van de uitgezonden akoestische golven. Volgens leerboek sonartheorieën, het is moeilijk om de directionele geluidsgolven te regelen voor doeldetectie. Bruinvissen, met opmerkelijke sonardetectiemogelijkheden, staan ​​bekend als een natuurlijke legende van echolocatie, maar hoe ze hun akoestische superstructuren konden reconstrueren, was een enorme uitdaging voor kunstmatige ontwerpen.

In een onderzoekswerk gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke recensie (NSR), de onderzoeksgroepen van Prof. Yu Zhang van de Universiteit van Xiamen en Prof. Nicholas Xuanlai Fang van het Massachusetts Institute of Technology boekten spannende vooruitgang op dit onderzoeksgebied. Ze stelden voor om het fysieke model van de vinloze bruinvissen te reconstrueren via hybride metamaterialen op basis van computertomografiebeeldvorming en gradiëntgeluidssnelheidsmeting (figuur 1).

Dit op fysiek gebaseerde bruinvismodel (PPM) kan de gerichte geluidsbundels manipuleren door de meerfasige kunstmatige materialen zoals luchtzakken, stevige structuur, en gradiëntmaterialen. Het directionele apparaat kan voorbijgaande spiegelende gereflecteerde en elastische golven produceren door interactie met een onderwaterdoel, die erg lijkt op de onvinnige bruinvis biosonar (Fig. 2). Dit voordeel maakt het mogelijk om de detectienauwkeurigheid aanzienlijk te verbeteren en de verstoringen van omgevingsgeluid en galminterferenties zoals zee-interfaces en niet-gedetecteerde doelen te onderdrukken.

Uit akoestische veldsimulaties en experimentele metingen bleek dat de PPM de energie van de hoofdkwab in een groot aantal frequenties verhoogde. Echter, de vinloze bruinvis gebruikt meestal smalband sonar, wat suggereert dat dit fysieke model de sonarprestaties verder verbetert. In aanvulling, experimentele metingen gaven aan dat dit apparaat de signaal-ruisverhouding voor onderwaterdoeldetectie verhoogde. Dus, PPM kan goede prestaties leveren bij het gericht detecteren van onderwaterdoelen en het onderdrukken van valse doelinterferenties.

Het fysiek gebaseerde bruinvismodel overbrugt de kloof tussen biosonar en kunstmatige systemen door biologische materialen na te bootsen. De fysieke modelleringsstudie van bruinvissen helpt ons niet alleen om het natuurlijke mysterie van de biosonar van de bruinvis te onderzoeken, maar ook om de ontwikkeling van bio-geïnspireerde technologie te bevorderen, om het doel van "uit de natuur maar voorbij de natuur" te bereiken. Het principe van golfmanipulatie in complexe meerfasige media is universeel, en bio-geïnspireerde apparaten kunnen op grote schaal worden gebruikt op het gebied van akoestische detectie onder water, niet-destructief onderzoek, en medische echografie, enzovoort.