DARPA资助五个团队进行持久性水生生物传感器计划

来源：高端装备发展研究中心

导读：2019年2月，美国国防部高级研究计划局（DARPA）宣布资助五个研究小组，通过分析海洋生物的行为来帮助探测海底活动，从而开发新型传感器系统。该研究是DARPA持久性水生生物传感器（PALS）计划的一部分。这项以生物为中心的PALS技术将加强美国国防部当前基于硬件的海事监控系统。

持久性水生生物传感器（PALS）计划设想利用海洋生物的自然感知能力来检测海峡和沿海地区等战略水域中水下航行器的存在。PALS技术将记录生物体对目标刺激的反应，处理和提取该信息，并将其传递给远程终端用户。图片来源：DARPA

PALS计划

世界上广阔的海洋提供了无穷无尽的空间，在这些空间中，敌人的活动得以秘密进行。美国军方部署有人和无人平台和传感器网络来监视对手活动，但海洋监测任务的庞大规模令人生畏，单靠硬件无法满足动态海洋环境中的所有需求。

然而，海洋生物在这方面提供了潜在的新优势。由于生存依赖性，海洋生物高度适应周围环境。持久性水生生物传感器（PALS）项目就是利用海洋生物的自然感知能力来检测海峡和沿海等战略水域中发生的感兴趣活动。PALS计划于2018年2月首次宣布将生物学纳入监测世界海洋运动的新型解决方案中。目前已经发展了一年多的时间。

除了纯粹无处不在之外，围绕生物体建立的传感器系统将比单独的硬件提供许多优势。海洋生物适应和响应其环境，而且能够自我复制和自我维持。进化使海洋生物能够感知跨越域的刺激-触觉、电学、声学、磁学、化学和光学。即使是极端低光环境也不会成为有机体的障碍，它们已经习惯了在黑暗中进行狩猎和逃避等活动。

PALS的项目经理洛利?阿多纳托称：“美国海军目前检测和监测水下航行器的方法是以硬件为中心的资源密集型方法。因此，该能力主要用于战术层面，以保护航空母舰等高价值资产，但是在更广泛的战略层面则触及面更少。如果能够利用海洋中普遍存在的生物体的先天感知能力，就可以扩展追踪对手活动的能力，实现在持续的基础上谨慎地安排行动，并且具有足够的精确度来表征对手船艇的大小和类型。利用海洋生物的精确传感能力，可以产生谨慎、持久且高度可扩展的解决方案，以保持对越发具有挑战性的水下环境的认识。”

DARPA称，新的以生物为中心的PALS项目将加强美国国防部现有的基于硬件的海事监控系统。

海洋生物反潜战：感知与探测。图片来源：诺斯罗普?格鲁门&雷神BBN

在该项目下，研究团队需要开发或应用技术来记录观察到的生物的刺激反应。包括开发能够解释这些响应，筛选误报以及将分析结果传输给远程最终用户的组合硬件和软件系统。研究人员将开发出基于各种技术的解决方案，包括水听器、声纳、相机、磁力、声学和动能传感器。

洛利?阿多纳托称，对PALS的理想情况是利用各种原生海洋生物，无需以任何方式训练、容纳或改造它们，这样将为更多地方开辟这种类型的传感器。DARPA也赞成使用天然生物的提案。但也有研究人员确实提出了可以调整生物体报告机制的解决方案，提议者将负责制定适当的环境保护措施以支持未来的部署，DARPA不会在安全设施之外测试改良生物。

合同授予五个团队

2019年2月，DARPA正式宣布资助五个团队：诺斯罗普?格鲁门公司、海军研究实验室、佛罗里达大西洋大学、雷神BBN技术公司和马里兰大学环境科学中心来进行海洋生物传感器的开发。

新系统将能够检测、记录和解释巨型石斑鱼、黑鲈鱼和鼓虾以及生物发光浮游生物和其他微生物的行为。这项关于海洋生物传感能力的研究将提高军方识别、描述和报告在战略水域中运行的载人和无人水下航行器的能力。

鼓虾的特征是两边的爪不对称，而较大那边的爪可发出巨响，就如枪声一样，因而得名。

雷神公司PALS计划的首席研究员艾利森?拉弗里埃接受采访时称：“雷神BBN技术公司正在开发一种新型系统来检测沿海水域的载人/无人水下航行器，它将利用环境中天然存在的生物发出的声音。”

“该系统将使用捕捉鼓虾产生的响亮脉冲音作为多静态声纳系统中的机会来源——通过检测这些声音从水下航行器的反射。为了提高性能和多功能性，该系统还将收听水下声景（即环境中所有动物产生的声音），利用机器学习算法来检测由水下航行器的入侵引起的这些声音的变化。”

雷神BBN公司签订的DARPA PALS合同价值为330万美元，可以选择将其增加到640万美元。

DARPA预计PALS将是一个为期四年的基础研究项目，需要在生物学，化学，物理学，机器学习，分析，海洋学，机械和电气工程以及弱信号检测领域做出贡献。

此外，DARPA还资助另一项研究项目：开发海底系统，该系统与水听器阵列和声矢量传感器相结合，可持续监测珊瑚礁环境中的环境生物声音，以检测任何异常情况。该项目将由纽波特海军海底战争中心领导，将有助于近乎实时地检测和分类水下航行器。