新研究探讨可穿戴鲨鱼驱避装置

想必大多数人在海中游泳时，都不愿与鲨鱼近距离接触。找到既能阻止这些好奇心旺盛的生物靠近人类，又不会对其造成伤害的方法，并非易事。不过研究人员正在探索一种颇具前景的方案 ——电场驱鲨技术。

在10月31日发表于《IEEE Sensors Letters》的一项研究中，澳大利亚的一个团队描述了不同盐度下水下电场的本质。他们的目标之一是开发一种小型装置，供游泳者佩戴以驱赶鲨鱼。

“我们之所以关注利用电场驱鲨，是因为电场能直接作用于鲨鱼最敏锐的感官系统之一 —— 电感受系统。” 参与该研究的澳大利亚格里菲斯大学分管教学的副院长 Hugo Espinosa 解释道。

鲨鱼的口鼻部布满了可作为电感受器的毛孔，凭借这一器官，它们能够探测到微弱的电信号，这对其导航和捕食起到了关键作用。Hugo Espinosa 表示：“施加可控的高强度电刺激，能够干扰鲨鱼的电感受过程，从而促使其主动避让，且不会对这种动物造成伤害。”

不同种类的鲨鱼，对驱避电场强度的阈值要求有所差异。例如，驱赶公牛鲨的电场强度阈值约为 3 伏 / 米，驱赶路氏双髻鲨则需要 18.5 伏 / 米，部分鲨鱼种类甚至需要更高强度的电场。Hugo Espinosa 指出，这些电场强度远低于人类安全暴露限值，在正常、非导电接触的情况下，不会对人体产生生理影响。

然而，研发工作的核心难点在于，如何让产生的电场能够延伸至周围足够远的水域。在海水中生成远距离电场，本质上具有很大挑战性 —— 海水的导电性极强，电流会迅速在周围介质中扩散，导致电压梯度随距离增加而急剧衰减。

正在研究的一款鲨鱼驱避装置

在研究过程中，Hugo Espinosa 及其团队采用了一台小型便携式脉冲电场发生器开展实验。该设备的输出电压为 5000 伏，频率为 8.5 千赫兹。研究人员测定了它在三种不同盐度水环境中产生的电场强度，这三种水环境分别对应：适应淡水生活的鲨鱼栖息的淡水系统、幼鲨出生和成长的河口环境，以及人类与鲨鱼遭遇频率最高的近岸海域。

与以往多项研究的结论一致，实验中产生的脉冲电场强度同样会随距离增加而快速减弱。

不过实验结果也带来了好消息：这款设备能够在不同盐度的水环境中产生强度相近的电场。这意味着，只要科学家能提升水下电场的作用距离，同款电场发生装置就能在不同的海洋环境中投入使用。研究团队还详细量化了驱鲨脉冲电场在导电环境中的衰减规律。

参与研究的 Griffith University 电子工程荣誉教授 David Thiel 表示，团队的测算结果与理论模型高度吻合，同时也指明了提升水下电场作用距离的潜在途径，其中包括优化电极结构、波形设计和能量供给方式，从而研发出高效的防鲨设备。

他同时指出，上述每一项设计参数的优化，都需要在电池续航、设备发热和尺寸大小之间进行权衡。“对于可穿戴设备而言，这些限制因素尤为关键。”David Thiel 补充道，团队计划在未来的研究中，进一步探究这些设计因素对水下电场生成效果的影响。

该研究团队还设想将这项技术的应用范围，从面向个体游泳者的可穿戴设备拓展至更大规模的场景。他们特别提出，可以在海滩和游泳区附近部署电场发生器网络，构建起可控的防护边界。

Hugo Espinosa 表示：“尽管单个设备的作用距离有限，但只要合理优化设备间距、电场覆盖重叠区域以及能量需求，通过分布式阵列的方式，就能构建出更大范围的防护区域。”