海洋生物聲學研究不只是保育工作,美國國防高等研究計畫署要用魚蝦來找潛艇

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 17 日 8:30 | 分類 生態保育 , 生物科技 , 科技趣聞 follow us in feedly


大海並非深邃寧靜的無聲空間,事實上,海中的無數生物會不斷發出各種聲音,過去針對這些海中生態聲音的研究,多半是生態研究與保育工作,不過,美國軍方現在認為,這些研究可不只保育功能,這些海中生物全都可以充當「蝦兵蟹將」,為軍事需求服務。

冷戰時代美蘇雙方都曾想利用海洋生物,美國海軍訓練海豚來掃雷,以及協助搜救失蹤海軍人員,蘇聯也有類似計畫,還想過用鯊魚當竊聽裝置,不過結果都不怎樣。如今美國國防高等研究計畫署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)想的並不是海豚與鯊魚,而是更「普羅」的海中生物。

國防高等研究計畫署的想法很簡單,海中生物的自然生態,當有人類船艦通過時,就會遭驚擾,最明顯的例子是許多海中生物受到擾動時會發出生物光,所以如果有潛艦在較淺的深度航行,經過會發出生物光的生物群聚,所過之處都會發光,從空中一看便知,潛艇在自己渾然不覺的情況下洩漏了行跡。

當然,這種機會可遇不可求,且潛艇如果在較深的深度航行,就算驚擾發光生物,太深了在海上也看不到。不過同樣的原理,可以利用觀測海洋生物的生態聲音,來達到同樣的效果:若偵測到海中生態遭驚擾,就能間接得知有非自然物體,例如潛艇經過該片海域,如此一來,形同所有的魚蝦,都成為美軍偵測潛艇的耳目。

參與此計畫的包括軍武大廠諾斯洛普‧格魯曼(Northrop Grumman),諾斯洛普‧格魯曼表示,正在運用許多先進技術包括深度學習,來分析海中生物發出的聲音訊號,分辨是海中生物群對自然生態──例如一隻鯨魚經過──的反應,還是對人工物體例如潛艇或無人水下載具等的反應。計畫希望不僅能分辨是自然或人工,還能分辨出物體大小,或是何種物體,也就是能辨認出是多大的潛艇,或是無人水下載具等。

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

計畫團隊鎖定了幾種特定的海洋生物,其中之一是伊氏石斑魚。伊氏石斑魚可長到 2.5 公尺長,天性好奇,會接近進入棲地的未知物體,但潛水員皆知,太過靠近伊氏石斑魚時,牠會發出砰砰聲警告,利用這樣的習性,可以打造海域監測系統,那就是在伊氏石斑魚的棲息地設置許多水下收音裝置,來監聽伊氏石斑魚發出的聲音,如果聽到砰砰聲,就知道有物體入侵了。

不只伊氏石斑魚,許多海中生物都會因威脅發出聲響,或是持續發出聲音彼此溝通,例如求偶等,有外來物體進入領域時,自然生態受到干擾,各種生物會因此改變行為,發出的聲音也會改變,若有持續水下收音,就會發現聲響受到干擾,就能推斷出有外來物體進入該片海域。計畫目前到美屬維京群島進行海洋生態聲學的調查,記錄有船艦經過時的海中生態聲音狀況,以及沒有船艦經過時的正常聲音,然後開始進行資料分析。

除了聲音,例如海鱸聽到大聲響就會躲到海底,若在海鱸身上植入深度感測器,一旦發現海鱸躲向海底,就知道可能有船艦經過該片海域。目前所需的深度感測以及傳訊技術都已成熟,很容易打造即時探測系統,讓海鱸都成為海軍探測對方潛艦的廉價勞工。

當前各國軍方為了探測敵軍的潛艦動向,要派出偵查機、驅逐艦,投入許多水下監聽設備,所費不貲,卻只能偵查到相當有限的區域,出勤的時間也有限。若是用海中生物當探測器,布置系統完成後,可以持續數個月。

▲ 槍蝦科的長指鼓蝦。(Source:OpenCage [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

槍蝦也是可利用的生物之一,槍蝦顧名思義,會以螯像發射手槍一樣發出巨響,槍蝦不斷發出響聲彼此通訊,是海洋噪音的主要來源之一。而這持續的音源,成為可以利用的對象,把槍蝦當成主動聲納的音源,當槍蝦的槍聲在海中傳播,而有敵軍潛艦經過附近時,聲響就會在潛艦上反彈產生回音,監聽到回音,就能據此判斷潛艦的大小、形狀、距離。即使最安靜的潛艦,本身幾乎不會發出任何可供監聽到的聲音,但是在槍蝦的「主動聲納」下,也無所遁形。

最好的一點是,這是利用原本的自然海洋生態,是一種被動系統,系統本身不會造成擾動干擾觀察。槍蝦自己會覓食、生活,每天自動發出聲音,完全不需要人為供電,因此更沒有更換電池、維修或是系統持續運作時間的問題。當有一群蝦兵蟹將可以使喚,又何必耗費大量能源與成本,投入載人的水下載具來監聽海域呢?

其實利用動物並不是新觀念,自古以來人類就養狗用狗叫聲防盜,挖礦時也用金絲雀充當空氣偵測器,只是過去沒有像美國國防高等研究計畫署這樣計劃系統性大規模的利用海洋生物的「大數據」。若是研究有成,往後海洋生態保育可就更加重要,因為海洋生態不僅是環境生態保育,還是重要的國家安全資源。

(首圖來源:pixabay

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