Durante millones de años Las marsopas han desarrollado un potente biosonar con alta precisión e inteligencia para detectar y rastrear presas en entornos submarinos ruidosos. La fuente de sonido en una marsopa es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de sus ondas acústicas emitidas. Según las teorías del sonar de los libros de texto, es difícil controlar las ondas sonoras direccionales para la detección de objetivos. Marsopas con notables capacidades de detección de sonda, han sido conocidos como una leyenda natural de la ecolocalización, pero cómo reconstruir sus superestructuras acústicas ha sido un gran desafío para el diseño artificial.

En un trabajo de investigación publicado en el Revista Nacional de Ciencias (NSR), los grupos de investigación del Prof. Yu Zhang de la Universidad de Xiamen y el Prof. Nicholas Xuanlai Fang del Instituto de Tecnología de Massachusetts lograron avances emocionantes en esta área de investigación. Propusieron reconstruir el modelo físico de las marsopas sin aletas a través de metamateriales híbridos basados ​​en imágenes de tomografía computarizada y medición de la velocidad del sonido en gradiente (Fig. 1).

Este modelo de marsopa física (PPM) puede manipular los haces de sonido direccionales a través de materiales artificiales multifásicos como sacos de aire, estructura sólida, y materiales degradados. El dispositivo direccional puede producir ondas elásticas y reflejadas especulares transitorias al interactuar con un objetivo bajo el agua, que es muy similar al biosonar de marsopa sin aleta (Fig. 2). Esta ventaja permite mejorar significativamente la precisión de detección y suprimir las perturbaciones del ruido ambiental y las interferencias de reverberación, como interfaces marítimas y objetivos no detectados.

Las simulaciones de campo acústico y las mediciones experimentales encontraron que el PPM aumentó la energía del lóbulo principal en una amplia gama de frecuencias. Sin embargo, la marsopa sin aleta suele utilizar un sonar de banda estrecha, lo que sugiere que este modelo físico mejora aún más el rendimiento del sonar. Además, Las mediciones experimentales indicaron que este dispositivo aumentó la relación señal / ruido para la detección de objetivos bajo el agua. Por lo tanto, PPM puede mostrar un buen rendimiento en la detección direccional de objetivos submarinos y la supresión de interferencias de objetivos falsos.

El modelo de marsopa de base física cierra la brecha entre los sistemas biosonar y artificiales imitando materiales biológicos. El estudio de modelado físico de las marsopas no solo nos ayuda a explorar el misterio natural del biosonar de la marsopa, sino también para promover el desarrollo de tecnología bioinspirada, para lograr el objetivo de "desde la naturaleza pero más allá de la naturaleza". El principio de manipulación de ondas en medios multifásicos complejos es universal, y los dispositivos bioinspirados podrían usarse ampliamente en los campos de la detección acústica subacuática, pruebas no destructivas, y ultrasonido médico, etc.