15毫秒“换装”对雷达隐身，深度学习助智能器件与电磁环境融为一体

你最想拥有的超能力是什么？心电感应，时间逆转，自由飞翔……在众多答案中，隐身术一定位列其中。从微波到光频，从二维到三维，从自由空间到地毯式隐身，从电磁波到声波水波……变换光学隐身理论提出至今的十几年间，大量理论和实验工作涌现，极大地促进了隐身技术的发展。

不久前，浙江大学信息与电子工程学院陈红胜教授课题组联合浙大、美国麻省理工学院多位学者，在国际上率先研制出了基于深度学习的新一代智能隐身器件，该器件可在不依赖任何人为操控的情况下，快速地动态适应变化的背景环境，从而与背景电磁环境特征融为一体，实现自适应隐身。相关研究已发表在光学领域顶尖期刊《自然·光子学》。

用电磁材料效仿自然界“隐身高手”

自然界有两种“隐身衣”，是生物的生存利器。

一种是“螳螂伺蝉自障叶，可以隐形”的拟态隐身，因颜色纹理和环境背景相似，生物常借此埋伏或进攻，在变色龙和章鱼等头足类生物中最为常见；另一种是透明隐身，即光透过物体时不产生任何散射，例如海樽和水母。

“与自然界的‘隐身衣’不同，人类的变换光学隐身方法是利用坐标变换的方法来控制电磁波，使其能够绕过被隐身的区域，按照原来的方向传播，从而达到物体完全隐形的目的。”陈红胜介绍道，但人类的“隐身衣”研究存在电磁参数苛刻、设计制备困难、色散严重等挑战，导致多数只能工作在单一的环境背景和既定的入射波条件，如果稍加改变外界环境或者入射波，隐身效果便会大幅度降低。 

据介绍，章鱼表皮中含有许多色素细胞，针对不同的背景环境，其周围的肌纤维瞬间扩张和收缩色素细胞，从而改变皮肤的颜色纹理，使其与背景融合。对于温度、光线和机械等外界刺激，章鱼也能随之响应，实现趋利避害。课题组试图通过研制新型的智能电磁材料，连接变换光学、电磁超材料和人工智能等领域。

“章鱼有色素细胞，我们有可重构的新型人工电磁材料单元；章鱼有中枢神经，我们有深度学习方法；章鱼有光敏细胞，我们可以搭建电磁波和环境探测器。”论文第一作者、课题组成员钱超认为，通过智能化改造，构建新一代智能隐身系统，可使单一环境下的人造“隐身衣”变得更为理想。

智能“隐身衣”让小车快速隐遁

从无到有搭建一整套智能隐身系统并非易事。

课题组耗时三年，在微波段成功研制了智能自适应隐身器件，并建立了一套完整的时域电磁仿真模型，除了通过揭示隐身的瞬态响应机制，用于验证想法的可行性之外，还搭建了电磁环境探测器和实验控制系统、设计智能电磁隐身材料以及通过实验采集数据进行深度学习训练。 

“我们设计了一项小车智能隐身实验。探测雷达随机改变着入射波的频率、极化和入射角，而小车的任务，就是要能动态适应变化的探测信号，对雷达隐身。”钱超介绍道，小车身披一层超薄的可重构的超表面隐身材料，这身“隐身衣”由智能芯片控制，它集成了训练好的深度学习模型，能够根据输入的电磁信息快速做出决策，改变“隐身衣”的电磁响应。

当小车自由行使在凹凸不平的地面时，电磁环境探测器会实时感知入射波和小车所处的背景环境，并把信息传给智能芯片。与变色龙6秒过度到环境色相比，当电磁环境发生变化时，披着智能隐身衣的小车只需要15毫秒就能自动地实时“换装”，免于电磁波的探测。

为了测试智能隐身衣的性能，课题组开展了大量的实验，从近场成像和远场散射截面测量等多方面验证了智能隐身衣样机的可行性和稳定性。