智慧器件讓小車 15毫秒“換裝”對雷達隱身

你最想擁有的超能力是什麼？心電感應、時間逆轉、自由飛翔……在眾多答案中，隱身術一定位列其中。如今新一代智慧隱身器件或許讓你離這個夢想又近了一步。

不久前，浙江大學資訊與電子工程學院陳紅勝教授課題組聯合浙江大學、美國麻省理工學院多位學者，在國際上率先研製出了基於深度學習的新一代智慧隱身器件，該器件可在不依賴任何人為操控的情況下，快速地動態適應變化的背景環境，從而與背景電磁環境特徵融為一體，實現自適應隱身。相關研究已發表在光學領域頂尖期刊《自然·光子學》上。

用智慧隱身系統效倣自然界隱身高手

自然界有兩種“隱身衣”是生物的生存利器。

一種是“螳螂伺蟬自障葉，可以隱形”的擬態隱身，因顏色紋理和環境背景相似，生物常借此埋伏或進攻，這種隱形在變色龍和章魚等頭足類生物中最為常見；另一種是透明隱身，即光透過物體時不産生任何散射，自然界中採用這種隱形方式的是海樽和水母。

“與自然界的‘隱身衣’不同，人類的變換光學隱身方法是利用坐標變換的方法來控制電磁波，使其能夠繞過被隱身的區域，按照原來的方向傳播，從而達到物體完全隱形的目的。”陳紅勝介紹道，但人類的“隱身衣”研究存在電磁參數苛刻、設計製備困難、色散嚴重等挑戰，導致多數只能在單一的環境背景和既定的入射波條件下工作，如果外界環境或者入射波稍加改變，隱身效果便會大打折扣。

而章魚表皮中含有許多色素細胞，針對不同的背景環境，其肌纖維可瞬間擴張和收縮色素細胞，從而改變皮膚的顏色紋理，使其與背景融合。對於溫度、光線和機械等外界刺激，章魚也能隨之響應，實現趨利避害。由此，課題組想到通過研製新型智慧電磁材料，模擬章魚的隱身本領。

“章魚有色素細胞，我們有可重構的新型人工電磁材料單元；章魚有中樞神經，我們有深度學習方法；章魚有光敏細胞，我們可以搭建電磁波和環境探測器。”論文第一作者、課題組成員錢超認為，通過智慧化改造，構建新一代智慧隱身系統，可使單一環境下的人造“隱身衣”變得更為理想。

“隱身衣”助小車迅速響應電磁環境變化

從無到有搭建一整套智慧隱身系統並非易事。

課題組耗時3年，在微波段成功研製了智慧自適應隱身器件，並建立了一套完整的時域電磁倣真模型，除了揭示隱身的瞬態響應機制，用於驗證想法的可行性之外，還搭建了電磁環境探測器和實驗控制系統、設計了智慧電磁隱身材料，並通過實驗採集數據對其進行了深度學習訓練。

“我們設計了一項小車智慧隱身實驗。探測雷達隨機改變著入射波的頻率、極化和入射角，而小車的任務，就是要能動態適應變化的探測信號，對雷達隱身。”錢超介紹道，小車身披一層超薄的可重構的超表面隱身材料，這身“隱身衣”由智慧晶片控制，它整合了訓練好的深度學習模型，能夠根據輸入的電磁資訊快速做出決策，改變“隱身衣”的電磁響應。

當小車自由行使在凹凸不平的地面時，電磁環境探測器會實時感知入射波和小車所處的背景環境，並把資訊傳給智慧晶片。當電磁環境發生變化時，披著智慧“隱身衣”的小車只需要15毫秒就能自動地實時“換裝”，免於電磁波的探測，而變色龍卻需要6秒才能過度到環境色。

陳紅勝認為，這項智慧隱身的研究成功融合了新型電磁材料和人工智慧等，大幅縮短了隱身所需的時間，有望使隱身技術應用在更動態、開放、複雜的場景，從而將在國防、航太、海洋等技術領域發揮重要的作用。