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蜻蜓捕食启发导弹防御技术

2020-06-27 11:23:41博名知识网
蜻蜓对目标的捕捉成功率高达90%至95%据外媒报道,美国桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究蜻蜓在捕食过程中大脑如何快速作出反应,在数十毫秒内计算猎物的飞行轨迹,并预判其活动趋势,完成拦截抓捕。研究人员希望从中找到

  

  蜻蜓对目标的捕捉成功率高达90%至95%

  据外媒报道,美国桑迪亚国家实验室的研究人员正在研究蜻蜓在捕食过程中大脑如何快速作出反应,在数十毫秒内计算猎物的飞行轨迹,并预判其活动趋势,完成拦截抓捕。研究人员希望从中找到灵感,研发体积更小、更高效的导弹防御系统。

  蜻蜓是自然界中的“完美杀手”。哈佛大学最近一项研究表明,蜻蜓对目标的捕捉成功率高达90%至95%。通过观察蜻蜓会发现,蜻蜓的眼睛占据头部的大部分,可从多个角度观察猎物。即使猎物不断做出躲避动作,蜻蜓也会以近乎即时的反应完成追击和抓捕,这一切要归功于蜻蜓的大脑。研究人员发现,蜻蜓的大脑能够计算出与猎物之间的距离、猎物的前进方向和速度,并以毫秒级速度计算出最佳拦截轨迹。这种快速决策与飞行技巧的完美结合,正是导弹防御系统需要的。

  为此,美国桑迪亚国家实验室研究人员进行多次计算机仿真试验。在虚拟环境下,利用计算机算法模拟蜻蜓大脑处理视觉信息,作出行动决策,并成功完成捕猎。实验结果表明,“蜻蜓大脑式”的仿真模型是可行的。在此基础上,研究人员希望在不降低拦截弹速度和精度的同时,通过将拦截弹上计算机小型化,提升对目标的拦截率,最终提高导弹防御系统的作战效率。

  在实现对蜻蜓大脑的仿真建模后,研究人员将研究重点放在复制蜻蜓大脑神经网络上。蜻蜓对猎物运动变化的反应时间只需50毫秒,而人类最快的眨眼动作需要300毫秒。如果成功模拟蜻蜓大脑神经回路,人工神经网络可在短时间内完成海量信息处理和计算。目前导弹防御系统采用的拦截技术是基于大量计算完成的,耗时费力且效率低下。如果将蜻蜓大脑的仿真模型应用于导弹防御技术将会带来哪些变化?研究表明,此项技术的巨大潜力表现在:减小拦截弹上计算机的尺寸、重量和能耗,使拦截弹更小、更轻,因而更具机动性;对于速度快、难以预判飞行轨迹的高超音速武器,提出新的拦截方法;以少量现有传感器即可追踪目标。

  值得注意的是,蜻蜓和导弹的运动速度相差悬殊。因此,此项成果最终能否应用于导弹防御技术还有待进一步考证。蜻蜓大脑计算模型的研发成果可应用于机器学习和人工智能技术发展,后者目前广泛应用于军事领域。(成高帅 张小伟)

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