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海洋生物声学研究不只是保育工作,美国国防高等研究计划署要用鱼虾来找潜艇

2024-04-29 216

大海并非深邃宁静的无声空间,事实上,海中的无数生物会不断发出各种声音,过去针对这些海中生态声音的研究,多半是生态研究与保育工作,不过,美国军方现在认为,这些研究可不只保育功能,这些海中生物全都可以充当“虾兵蟹将”,为军事需求服务。

冷战时代美苏双方都曾想利用海洋生物,美国海军训练海豚来扫雷,以及协助搜救失踪海军人员,苏联也有类似计划,还想过用鲨鱼当窃听装置,不过结果都不怎样。如今美国国防高等研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)想的并不是海豚与鲨鱼,而是更“普罗”的海中生物。

国防高等研究计划署的想法很简单,海中生物的自然生态,当有人类船舰通过时,就会遭惊扰,最明显的例子是许多海中生物受到扰动时会发出生物光,所以如果有潜舰在较浅的深度航行,经过会发出生物光的生物群聚,所过之处都会发光,从空中一看便知,潜艇在自己浑然不觉的情况下泄漏了行迹。

当然,这种机会可遇不可求,且潜艇如果在较深的深度航行,就算惊扰发光生物,太深了在海上也看不到。不过同样的原理,可以利用观测海洋生物的生态声音,来达到同样的效果:若侦测到海中生态遭惊扰,就能间接得知有非自然物体,例如潜艇经过该片海域,如此一来,形同所有的鱼虾,都成为美军侦测潜艇的耳目。

参与此计划的包括军武大厂诺斯洛普‧格鲁曼(Northrop Grumman),诺斯洛普‧格鲁曼表示,正在运用许多先进技术包括深度学习,来分析海中生物发出的声音讯号,分辨是海中生物群对自然生态──例如一只鲸鱼经过──的反应,还是对人工物体例如潜艇或无人水下载具等的反应。计划希望不仅能分辨是自然或人工,还能分辨出物体大小,或是何种物体,也就是能辨认出是多大的潜艇,或是无人水下载具等。

▲ 伊氏石斑鱼。(Source:Albert kok [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

计划团队锁定了几种特定的海洋生物,其中之一是伊氏石斑鱼。伊氏石斑鱼可长到 2.5 米长,天性好奇,会接近进入栖地的未知物体,但潜水员皆知,太过靠近伊氏石斑鱼时,它会发出砰砰声警告,利用这样的习性,可以打造海域监测系统,那就是在伊氏石斑鱼的栖息地设置许多水下收音装置,来监听伊氏石斑鱼发出的声音,如果听到砰砰声,就知道有物体入侵了。

不只伊氏石斑鱼,许多海中生物都会因威胁发出声响,或是持续发出声音彼此沟通,例如求偶等,有外来物体进入领域时,自然生态受到干扰,各种生物会因此改变行为,发出的声音也会改变,若有持续水下收音,就会发现声响受到干扰,就能推断出有外来物体进入该片海域。计划目前到美属维京群岛进行海洋生态声学的调查,记录有船舰经过时的海中生态声音状况,以及没有船舰经过时的正常声音,然后开始进行资料分析。

除了声音,例如海鲈听到大声响就会躲到海底,若在海鲈身上植入深度感测器,一旦发现海鲈躲向海底,就知道可能有船舰经过该片海域。目前所需的深度感测以及传讯技术都已成熟,很容易打造即时探测系统,让海鲈都成为海军探测对方潜舰的廉价劳工。

当前各国军方为了探测敌军的潜舰动向,要派出侦查机、驱逐舰,投入许多水下监听设备,所费不赀,却只能侦查到相当有限的区域,出勤的时间也有限。若是用海中生物当探测器,布置系统完成后,可以持续数个月。

▲ 枪虾科的长指鼓虾。(Source:OpenCage [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons)

枪虾也是可利用的生物之一,枪虾顾名思义,会以螯像发射手枪一样发出巨响,枪虾不断发出响声彼此通讯,是海洋噪音的主要来源之一。而这持续的音源,成为可以利用的对象,把枪虾当成主动声纳的音源,当枪虾的枪声在海中传播,而有敌军潜舰经过附近时,声响就会在潜舰上反弹产生回音,监听到回音,就能据此判断潜舰的大小、形状、距离。即使最安静的潜舰,本身几乎不会发出任何可供监听到的声音,但是在枪虾的“主动声纳”下,也无所遁形。

最好的一点是,这是利用原本的自然海洋生态,是一种被动系统,系统本身不会造成扰动干扰观察。枪虾自己会觅食、生活,每天自动发出声音,完全不需要人为供电,因此更没有更换电池、维修或是系统持续运作时间的问题。当有一群虾兵蟹将可以使唤,又何必耗费大量能源与成本,投入载人的水下载具来监听海域呢?

其实利用动物并不是新观念,自古以来人类就养狗用狗叫声防盗,挖矿时也用金丝雀充当空气侦测器,只是过去没有像美国国防高等研究计划署这样计划系统性大规模的利用海洋生物的“大数据”。若是研究有成,往后海洋生态保育可就更加重要,因为海洋生态不仅是环境生态保育,还是重要的国家安全资源。

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(首图来源:pixabay)

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