【隐身】智能器件让小车 15毫秒“换装”对雷达隐身
本报采访人员 江 耘
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 。
（责任编辑： HN666）
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