想必大多數(shù)人在海中游泳時，都不愿與鯊魚近距離接觸。找到既能阻止這些好奇心旺盛的生物靠近人類，又不會對其造成傷害的方法，并非易事。不過研究人員正在探索一種頗具前景的方案 ——電場驅(qū)鯊技術(shù)。

在10月31日發(fā)表于《IEEE Sensors Letters》的一項研究中，澳大利亞的一個團隊描述了不同鹽度下水下電場的本質(zhì)。他們的目標(biāo)之一是開發(fā)一種小型裝置，供游泳者佩戴以驅(qū)趕鯊魚。

“我們之所以關(guān)注利用電場驅(qū)鯊，是因為電場能直接作用于鯊魚最敏銳的感官系統(tǒng)之一 —— 電感受系統(tǒng)。” 參與該研究的澳大利亞格里菲斯大學(xué)分管教學(xué)的副院長 Hugo Espinosa 解釋道。

鯊魚的口鼻部布滿了可作為電感受器的毛孔，憑借這一器官，它們能夠探測到微弱的電信號，這對其導(dǎo)航和捕食起到了關(guān)鍵作用。Hugo Espinosa 表示：“施加可控的高強度電刺激，能夠干擾鯊魚的電感受過程，從而促使其主動避讓，且不會對這種動物造成傷害。”

不同種類的鯊魚，對驅(qū)避電場強度的閾值要求有所差異。例如，驅(qū)趕公牛鯊的電場強度閾值約為 3 伏 / 米，驅(qū)趕路氏雙髻鯊則需要 18.5 伏 / 米，部分鯊魚種類甚至需要更高強度的電場。Hugo Espinosa 指出，這些電場強度遠(yuǎn)低于人類安全暴露限值，在正常、非導(dǎo)電接觸的情況下，不會對人體產(chǎn)生生理影響。

然而，研發(fā)工作的核心難點在于，如何讓產(chǎn)生的電場能夠延伸至周圍足夠遠(yuǎn)的水域。在海水中生成遠(yuǎn)距離電場，本質(zhì)上具有很大挑戰(zhàn)性 —— 海水的導(dǎo)電性極強，電流會迅速在周圍介質(zhì)中擴散，導(dǎo)致電壓梯度隨距離增加而急劇衰減。

正在研究的一款鯊魚驅(qū)避裝置

在研究過程中，Hugo Espinosa 及其團隊采用了一臺小型便攜式脈沖電場發(fā)生器開展實驗。該設(shè)備的輸出電壓為 5000 伏，頻率為 8.5 千赫茲。研究人員測定了它在三種不同鹽度水環(huán)境中產(chǎn)生的電場強度，這三種水環(huán)境分別對應(yīng)：適應(yīng)淡水生活的鯊魚棲息的淡水系統(tǒng)、幼鯊出生和成長的河口環(huán)境，以及人類與鯊魚遭遇頻率最高的近岸海域。

與以往多項研究的結(jié)論一致，實驗中產(chǎn)生的脈沖電場強度同樣會隨距離增加而快速減弱。

不過實驗結(jié)果也帶來了好消息：這款設(shè)備能夠在不同鹽度的水環(huán)境中產(chǎn)生強度相近的電場。這意味著，只要科學(xué)家能提升水下電場的作用距離，同款電場發(fā)生裝置就能在不同的海洋環(huán)境中投入使用。研究團隊還詳細(xì)量化了驅(qū)鯊脈沖電場在導(dǎo)電環(huán)境中的衰減規(guī)律。

參與研究的 Griffith University 電子工程榮譽教授 David Thiel 表示，團隊的測算結(jié)果與理論模型高度吻合，同時也指明了提升水下電場作用距離的潛在途徑，其中包括優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)、波形設(shè)計和能量供給方式，從而研發(fā)出高效的防鯊設(shè)備。

他同時指出，上述每一項設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化，都需要在電池續(xù)航、設(shè)備發(fā)熱和尺寸大小之間進行權(quán)衡。“對于可穿戴設(shè)備而言，這些限制因素尤為關(guān)鍵。”David Thiel 補充道，團隊計劃在未來的研究中，進一步探究這些設(shè)計因素對水下電場生成效果的影響。

該研究團隊還設(shè)想將這項技術(shù)的應(yīng)用范圍，從面向個體游泳者的可穿戴設(shè)備拓展至更大規(guī)模的場景。他們特別提出，可以在海灘和游泳區(qū)附近部署電場發(fā)生器網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建起可控的防護邊界。

Hugo Espinosa 表示：“盡管單個設(shè)備的作用距離有限，但只要合理優(yōu)化設(shè)備間距、電場覆蓋重疊區(qū)域以及能量需求，通過分布式陣列的方式，就能構(gòu)建出更大范圍的防護區(qū)域。”