超声波扫描发明的由来,超声波扫描是蝙蝠带来的启示

时间:2023-11-12 10:29:03

并非所有动物都靠眼睛来识别方向,有些动物的视力堪比人类1000度近视眼,但是却依然能准确无误地进行各种活动。它们的得力武器就是超声波。大自然造就的这些独特的生物不但为它们自身的生存创造了条件,也给了人类启示,比如,现代医学上广泛运用的超声波,就是来自蝙蝠的启示。

大家都知道,人类是听不出超声波的,但不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”追捕食物或避开危险物,比如夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里飞来飞去,在没有光亮的情况下飞行而不会迷失方向。这是因为蝙蝠发出的2万~10万赫兹的超声波,好比是一座活动的“雷达站”。它们正是利用这种“雷达”来判断飞行前方是昆虫还是障碍物。

超声波扫描发明的由来,超声波扫描是蝙蝠带来的启示

那么,是谁发现了蝙蝠的这一特殊功能呢?

夏天的夜晚无疑是一天中最令人神清气爽的时刻,意大利科学家帕斯拉捷习惯在晚饭后漫步在街道上。每当这个时候,他总能看见很多蝙蝠灵活地在空中飞来飞去,却从不会撞到墙壁上。这个现象引起了他的好奇,蝙蝠凭什么特殊本领在夜空中自由自在地飞行呢?

在一个万里无云的夜晚,当喧嚣的城市慢慢归于宁静,帕斯拉捷走出街头,把笼子里的蝙蝠放了出去。当他看到放出去的几只蝙蝠轻盈敏捷地来回飞翔时,不由得叫起来,因为那几只蝙蝠的眼睛全被他蒙上了,都是“瞎子”呀。为什么要把蝙蝠的眼睛蒙起来呢,难不成是想玩捉迷藏?原来,每当他看到蝙蝠在夜晚自由自在的飞行时,总认为这些小精灵一定长着一双特别敏锐的眼睛。要不然怎么可能在黑夜中灵巧地躲过各种障碍物,并且敏捷地捕捉飞蛾呢?然而事实却完全出乎他的意料。帕斯拉捷很奇怪:不用眼睛,蝙蝠凭什么来辨别前方的物体,捕捉灵活的飞蛾呢?

既然不是眼睛,莫非是鼻子在帮它们识别方向?帕斯拉捷立马又用棉花弄成团堵住了蝙蝠的鼻子。结果,蝙蝠在空中还是飞得那么敏捷轻松。“难道它薄膜似的翅膀,不仅能够飞翔,还能在夜间洞察一切吗?”帕斯拉捷想。于是,他又捉来几只蝙蝠,用油漆涂满它们的全身,结果还是没有影响到它们飞行。

最后,帕斯拉捷堵住蝙蝠的耳朵,把它们放到夜空中。这次,蝙蝠没有了先前的神气,像无头苍蝇一样在空中东碰西撞,很快就跌落在地。原来蝙蝠在夜间飞行,捕捉食物,是靠听觉来辨别方向确认目标的。帕斯拉捷的实验,揭开了蝙蝠飞行的秘密,促使更多人进一步思考:蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜,“听”到没有声音的物体呢?

不仅帕斯拉捷,其他的科学家也在做着类似的实验。后来大家终于弄明白,原来,蝙蝠靠喉咙发出人耳听不见的“超声波”,沿着直线传播,一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接收到这种“超声波”后,迅速做出判断,捕捉食物。

我们知道,物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为16~20000赫兹。因此,当物体的振动超过一定的频率,即高于人耳听阈上限时,人们便听不出来了,这样的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1~5兆赫。

人类直到第一次世界大战才学会利用超声波。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波,然后记录与处理反射回声,从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。医学上最早利用超声波是在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构,到了20世纪60年代,医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。

医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性,即将超声波发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减。由于人体各种组织的形态与结构是不相同的,其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同,医生们正是通过仪器所反映出的波形、曲线或影像的特征来辨别它们。此外,结合解剖学知识,便可诊断所检查的器官是否有病。如今,超声波扫描技术已成为现代医学诊断中不可缺少的工具。

超声波扫描发明的由来,超声波扫描是蝙蝠带来的启示

有趣的超声波实验

西北工业大学的研究人员做了一项有趣的实验。在超声波运转正常后,他们用镊子将动物小心地放到发生器和反射器之间,结果发现,蚂蚁、甲虫、蜘蛛、瓢虫、蜜蜂、蝌蚪和鱼都可以漂浮在空中。当鱼和蝌蚪漂浮在空中时,研究人员用注射器每分钟向超声波场加点水,它们就能好好活着。这些飘浮着的动物在空中拼命地爬,四脚乱蹬,挣扎着逃离这一危险之地,但都失败了,因为在空中根本没有落脚之地。瓢虫拼命想飞走,但也失败了,因为这个超声波场太强,它们实在没足够的力气飞走。

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