你最想擁有的超能力是什么?心電感應(yīng)、時(shí)間逆轉(zhuǎn)、自由飛翔……在眾多答案中，隱身術(shù)一定位列其中。如今新一代智能隱身器件或許讓你離這個(gè)夢(mèng)想又近了一步。
不久前，浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院陳紅勝教授課題組聯(lián)合浙江大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院多位學(xué)者，在國(guó)際上率先研制出了基于深度學(xué)習(xí)的新一代智能隱身器件，該器件可在不依賴任何人為操控的情況下，快速地動(dòng)態(tài)適應(yīng)變化的背景環(huán)境，從而與背景電磁環(huán)境特征融為一體，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)隱身。相關(guān)研究已發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《自然·光子學(xué)》上。
用智能隱身系統(tǒng)效仿自然界隱身高手
自然界有兩種“隱身衣”是生物的生存利器。
一種是“螳螂伺蟬自障葉，可以隱形”的擬態(tài)隱身，因顏色紋理和環(huán)境背景相似，生物常借此埋伏或進(jìn)攻，這種隱形在變色龍和章魚等頭足類生物中最為常見;另一種是透明隱身，即光透過物體時(shí)不產(chǎn)生任何散射，自然界中采用這種隱形方式的是海樽和水母。
“與自然界的‘隱身衣’不同，人類的變換光學(xué)隱身方法是利用坐標(biāo)變換的方法來控制電磁波，使其能夠繞過被隱身的區(qū)域，按照原來的方向傳播，從而達(dá)到物體完全隱形的目的。”陳紅勝介紹道，但人類的“隱身衣”研究存在電磁參數(shù)苛刻、設(shè)計(jì)制備困難、色散嚴(yán)重等挑戰(zhàn)，導(dǎo)致多數(shù)只能在單一的環(huán)境背景和既定的入射波條件下工作，如果外界環(huán)境或者入射波稍加改變，隱身效果便會(huì)大打折扣。
而章魚表皮中含有許多色素細(xì)胞，針對(duì)不同的背景環(huán)境，其肌纖維可瞬間擴(kuò)張和收縮色素細(xì)胞，從而改變皮膚的顏色紋理，使其與背景融合。對(duì)于溫度、光線和機(jī)械等外界刺激，章魚也能隨之響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)趨利避害。由此，課題組想到通過研制新型智能電磁材料，模擬章魚的隱身本領(lǐng)。
“章魚有色素細(xì)胞，我們有可重構(gòu)的新型人工電磁材料單元;章魚有中樞神經(jīng)，我們有深度學(xué)習(xí)方法;章魚有光敏細(xì)胞，我們可以搭建電磁波和環(huán)境探測(cè)器。”論文第一作者、課題組成員錢超認(rèn)為，通過智能化改造，構(gòu)建新一代智能隱身系統(tǒng)，可使單一環(huán)境下的人造“隱身衣”變得更為理想。
“隱身衣”助小車迅速響應(yīng)電磁環(huán)境變化
從無到有搭建一整套智能隱身系統(tǒng)并非易事。
課題組耗時(shí)3年，在微波段成功研制了智能自適應(yīng)隱身器件，并建立了一套完整的時(shí)域電磁仿真模型，除了揭示隱身的瞬態(tài)響應(yīng)機(jī)制，用于驗(yàn)證想法的可行性之外，還搭建了電磁環(huán)境探測(cè)器和實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)、設(shè)計(jì)了智能電磁隱身材料，并通過實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練。
“我們?cè)O(shè)計(jì)了一項(xiàng)小車智能隱身實(shí)驗(yàn)。探測(cè)雷達(dá)隨機(jī)改變著入射波的頻率、極化和入射角，而小車的任務(wù)，就是要能動(dòng)態(tài)適應(yīng)變化的探測(cè)信號(hào)，對(duì)雷達(dá)隱身。”錢超介紹道，小車身披一層超薄的可重構(gòu)的超表面隱身材料，這身“隱身衣”由智能芯片控制，它集成了訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型，能夠根據(jù)輸入的電磁信息快速做出決策，改變“隱身衣”的電磁響應(yīng)。
當(dāng)小車自由行使在凹凸不平的地面時(shí)，電磁環(huán)境探測(cè)器會(huì)實(shí)時(shí)感知入射波和小車所處的背景環(huán)境，并把信息傳給智能芯片。當(dāng)電磁環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，披著智能“隱身衣”的小車只需要15毫秒就能自動(dòng)地實(shí)時(shí)“換裝”，免于電磁波的探測(cè)，而變色龍卻需要6秒才能過度到環(huán)境色。
陳紅勝認(rèn)為，這項(xiàng)智能隱身的研究成功融合了新型電磁材料和人工智能等，大幅縮短了隱身所需的時(shí)間，有望使隱身技術(shù)應(yīng)用在更動(dòng)態(tài)、開放、復(fù)雜的場(chǎng)景，從而將在國(guó)防、航天、海洋等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
關(guān)鍵詞： 隱身衣
