智能器件让小车15毫秒“换装”对雷达隐身

科技|来源:科技日报2020-04-08 08:44:46|网络编辑:黄业钦

  你最想拥有的超能力是什么?心电感应、时间逆转、自由飞翔……在众多答案中,隐身术一定位列其中。如今新一代智能隐身器件或许让你离这个梦想又近了一步。

  不久前,浙江大学信息与电子工程学院陈红胜教授课题组联合浙江大学、美国麻省理工学院多位学者,在国际上率先研制出了基于深度学习的新一代智能隐身器件,该器件可在不依赖任何人为操控的情况下,快速地动态适应变化的背景环境,从而与背景电磁环境特征融为一体,实现自适应隐身。相关研究已发表在光学领域顶尖期刊《自然·光子学》上。

  用智能隐身系统效仿自然界隐身高手

  自然界有两种“隐身衣”是生物的生存利器。

  一种是“螳螂伺蝉自障叶,可以隐形”的拟态隐身,因颜色纹理和环境背景相似,生物常借此埋伏或进攻,这种隐形在变色龙和章鱼等头足类生物中最为常见;另一种是透明隐身,即光透过物体时不产生任何散射,自然界中采用这种隐形方式的是海樽和水母。

  “与自然界的‘隐身衣’不同,人类的变换光学隐身方法是利用坐标变换的方法来控制电磁波,使其能够绕过被隐身的区域,按照原来的方向传播,从而达到物体完全隐形的目的。”陈红胜介绍道,但人类的“隐身衣”研究存在电磁参数苛刻、设计制备困难、色散严重等挑战,导致多数只能在单一的环境背景和既定的入射波条件下工作,如果外界环境或者入射波稍加改变,隐身效果便会大打折扣。

  而章鱼表皮中含有许多色素细胞,针对不同的背景环境,其肌纤维可瞬间扩张和收缩色素细胞,从而改变皮肤的颜色纹理,使其与背景融合。对于温度、光线和机械等外界刺激,章鱼也能随之响应,实现趋利避害。由此,课题组想到通过研制新型智能电磁材料,模拟章鱼的隐身本领。

  “章鱼有色素细胞,我们有可重构的新型人工电磁材料单元;章鱼有中枢神经,我们有深度学习方法;章鱼有光敏细胞,我们可以搭建电磁波和环境探测器。”论文第一作者、课题组成员钱超认为,通过智能化改造,构建新一代智能隐身系统,可使单一环境下的人造“隐身衣”变得更为理想。

  “隐身衣”助小车迅速响应电磁环境变化

  从无到有搭建一整套智能隐身系统并非易事。

  课题组耗时3年,在微波段成功研制了智能自适应隐身器件,并建立了一套完整的时域电磁仿真模型,除了揭示隐身的瞬态响应机制,用于验证想法的可行性之外,还搭建了电磁环境探测器和实验控制系统、设计了智能电磁隐身材料,并通过实验采集数据对其进行了深度学习训练。

  “我们设计了一项小车智能隐身实验。探测雷达随机改变着入射波的频率、极化和入射角,而小车的任务,就是要能动态适应变化的探测信号,对雷达隐身。”钱超介绍道,小车身披一层超薄的可重构的超表面隐身材料,这身“隐身衣”由智能芯片控制,它集成了训练好的深度学习模型,能够根据输入的电磁信息快速做出决策,改变“隐身衣”的电磁响应。

  当小车自由行使在凹凸不平的地面时,电磁环境探测器会实时感知入射波和小车所处的背景环境,并把信息传给智能芯片。当电磁环境发生变化时,披着智能“隐身衣”的小车只需要15毫秒就能自动地实时“换装”,免于电磁波的探测,而变色龙却需要6秒才能过度到环境色。

  陈红胜认为,这项智能隐身的研究成功融合了新型电磁材料和人工智能等,大幅缩短了隐身所需的时间,有望使隐身技术应用在更动态、开放、复杂的场景,从而将在国防、航天、海洋等技术领域发挥重要的作用。(记者 江耘)

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