Ao longo de milhões de anos, os botos desenvolveram um poderoso biosonar com alta precisão e inteligência para detectar e rastrear presas em ambientes subaquáticos barulhentos. A fonte de som em uma toninha é cerca da metade do comprimento de onda de suas ondas acústicas emitidas. De acordo com as teorias de sonar do livro, é difícil controlar as ondas sonoras direcionais para a detecção do alvo. Toninhas, com notáveis ​​capacidades de detecção de sonar, são conhecidos como uma lenda natural da ecolocalização, mas como reconstruir suas superestruturas acústicas tem sido um grande desafio para o design artificial.

Em um trabalho de pesquisa publicado no National Science Review (NSR), os grupos de pesquisa do Prof. Yu Zhang da Universidade de Xiamen e do Prof. Nicholas Xuanlai Fang do Instituto de Tecnologia de Massachusetts fizeram progressos empolgantes nesta área de pesquisa. Eles propuseram reconstruir o modelo físico dos botos sem barbatanas por meio de metamateriais híbridos com base em imagens de tomografia computadorizada e medição de velocidade do som em gradiente (Fig. 1).

Este modelo físico de toninha (PPM) pode manipular os feixes de som direcionais através de materiais artificiais multifásicos, como sacos de ar, estrutura sólida, e materiais gradientes. O dispositivo direcional pode produzir ondas especulares refletidas e elásticas transitórias ao interagir com um alvo subaquático, que é muito semelhante ao biosonar boto-sem-barbatana (Fig. 2). Esta vantagem permite melhorar significativamente a precisão da detecção e suprimir as perturbações do ruído do ambiente e interferências de reverberação, como interfaces do mar e alvos não detectados.

Simulações de campo acústico e medições experimentais descobriram que o PPM aumentou a energia do lóbulo principal em uma ampla faixa de frequências. Contudo, o boto-sem-barbatana geralmente usa um sonar de banda estreita, sugerindo que este modelo físico melhora ainda mais o desempenho do sonar. Além disso, medições experimentais indicaram que este dispositivo aumentou a relação sinal-ruído para detecção de alvos subaquáticos. Assim, O PPM pode apresentar bom desempenho na detecção direcional de alvos subaquáticos e na eliminação de interferências de alvos falsos.

O modelo de boto com base física preenche a lacuna entre os sistemas biosonar e artificial, imitando materiais biológicos. O estudo da modelagem física dos botos não apenas nos ajuda a explorar o mistério natural do biosonar do boto, mas também para promover o desenvolvimento de tecnologia bioinspirada, de modo a atingir o objetivo de "da natureza, mas além da natureza". O princípio da manipulação de ondas em mídias multifásicas complexas é universal, e dispositivos bioinspirados podem ser amplamente usados ​​nos campos de detecção acústica subaquática, teste não destrutivo, e ultrassom médico, etc.