Sur des millions d'années, les marsouins ont développé un biosonar puissant avec une précision et une intelligence élevées pour détecter et suivre les proies dans des environnements sous-marins bruyants. La source sonore dans un marsouin est environ la moitié de la longueur d'onde de ses ondes acoustiques émises. Selon les théories du sonar dans les manuels, il est difficile de contrôler les ondes sonores directionnelles pour la détection de cibles. Marsouins, avec des capacités de détection sonar remarquables, ont été connus comme une légende naturelle de l'écholocation, mais comment reconstruire leurs super-structures acoustiques a été un énorme défi pour la conception artificielle.

Dans un ouvrage de recherche publié dans le Revue scientifique nationale (NSR), les groupes de recherche du professeur Yu Zhang de l'Université de Xiamen et du professeur Nicholas Xuanlai Fang du Massachusetts Institute of Technology ont fait des progrès passionnants dans ce domaine de recherche. Ils ont proposé de reconstruire le modèle physique des marsouins aptères via des métamatériaux hybrides basés sur l'imagerie par tomographie par ordinateur et la mesure de la vitesse du son par gradient (Fig. 1).

Ce modèle de marsouin basé sur la physique (PPM) peut manipuler les faisceaux sonores directionnels à travers les matériaux artificiels multiphasiques tels que les sacs aériens, structure solide, et des matériaux dégradés. Le dispositif directionnel peut produire des ondes spéculaires réfléchies et élastiques transitoires en interagissant avec une cible sous-marine, qui est très similaire au biosonar du marsouin aptère (Fig. 2). Cet avantage permet d'améliorer considérablement la précision de détection et de supprimer les perturbations dues au bruit de l'environnement et aux interférences de réverbération telles que les interfaces avec la mer et les cibles non détectées.

Des simulations de champ acoustique et des mesures expérimentales ont montré que le PPM augmentait l'énergie du lobe principal dans une large gamme de fréquences. Cependant, le marsouin aptère utilise généralement un sonar à bande étroite, suggérant que ce modèle physique améliore encore les performances du sonar. En outre, des mesures expérimentales ont indiqué que ce dispositif augmentait le rapport signal sur bruit pour la détection de cibles sous-marines. Ainsi, Le PPM peut montrer de bonnes performances dans la détection directionnelle des cibles sous-marines et la suppression des fausses interférences avec les cibles.

Le modèle de marsouin basé sur la physique comble le fossé entre le biosonar et les systèmes artificiels en imitant les matériaux biologiques. L'étude de la modélisation physique des marsouins nous aide non seulement à explorer le mystère naturel du biosonar des marsouins, mais aussi de favoriser le développement des technologies bioinspirées, afin d'atteindre l'objectif "de la nature mais au-delà de la nature". Le principe de la manipulation des ondes dans les milieux multiphasiques complexes est universel, et les dispositifs bioinspirés pourraient être largement utilisés dans les domaines de la détection acoustique sous-marine, contrôle non destructif, et échographie médicale, etc.