一根悬挂在普通电线杆上的光纤电缆——这种电缆为越来越多的美国家庭带来了高速互联网——可以变成一个传感器，通过一种叫做分布式光纤传感的新兴技术来探测温度变化、振动甚至声音。

　　然而，正如NEC实验室美国光子学研究员Sarper Ozharar博士所解释的那样，光纤电缆中的声学传感“仅限于附近的声源或非常大的事件，例如紧急车辆，汽车警报器或蝉鸣。”

　　蝉吗?事实上，周期蝉——以13或17年的周期出现数十亿只，发出嗡嗡的求偶叫声而闻名的昆虫——的声音足够大，可以通过光纤声学传感探测到。一项新的概念验证研究表明，这项技术可以为绘制这些众所周知的短暂细菌的种群数量开辟新的途径。

　　“尽管它位于新泽西州米德尔塞克斯县一个繁忙的地区附近，但我还是很惊讶和兴奋地了解到有多少关于这些叫声的信息被收集起来，”昆虫学家杰西卡·韦尔博士说，她是美国自然历史博物馆无脊椎动物学部门的副馆长和主席，也是该研究的合著者，发表在美国昆虫学会的昆虫科学杂志上。

　　正如研究人员在他们的报告中解释的那样，分布式光纤传感是基于探测和分析电缆中的“反向散射”。当光脉冲通过光纤电缆发送时，电缆中的微小缺陷或干扰会导致一小部分信号反弹回源。

　　后向散射光到达的时间可以用来计算沿电缆反弹的精确点。而且，监测后向散射如何随时间变化，可以产生干扰的特征——在声学传感的情况下，可以指示声音的音量和频率。

　　单个传感器也可以部署在一段巨大的电缆上;研究人员提供了一个50公里长的电缆的例子，该电缆带有一个传感器，可以在精确到1米的尺度上检测到干扰的位置。“这相当于在一个月内安装5万个(声学)传感器固有同步的被监控区域不需要零现场供电，”他们写道。

　　2021年，在美国中西部和大西洋中部地区的至少15个州和哥伦比亚特区(包括Ozharar在NEC Laboratories America, Inc.工作的新泽西州)，以17年为周期出现的几个蝉群中最大的一个，雏蝉X从地下冒出来。在那里，Ozharar和他的同事们使用NEC的光纤传感测试设备——在普林斯顿NEC实验室的地面上的三个35英尺长的电线杆上串上电缆——看看他们是否能探测和分析当年6月9日至6月24日在附近树上嗡嗡作响的X巢蝉的声音。

　　果然，蝉的嗡嗡声很明显。它通过光纤传感显示为1.33千赫兹(kHz)的强信号，这与放置在同一位置的传统音频传感器测量到的蝉叫声频率相匹配。

　　研究人员还观察到，蝉的峰值频率在1.2千赫到1.5千赫之间变化，这种模式似乎与测试地点的温度变化有关。通过光纤传感也观察到蝉的嗡嗡声的总体强度，信号在测试期间减弱，因为蝉的合唱达到顶峰，然后在它们到达繁殖期结束时减弱。

　　Ozharar说:“我们认为这项新技术非常令人兴奋和有趣，它是为其他应用而设计和优化的，看起来与昆虫学无关，却可以支持昆虫学研究。”事实上，光纤传感器是多功能的，这意味着它们可以被安装和用于任何目的，今天探测蝉鸣，明天探测其他干扰。

　　韦尔说，光纤传感很快就会在探测各种昆虫方面发挥作用。她说:“周期性蝉是这些系统收集到的一个嘈杂的群体，但看看昆虫的声景和振动的年度测量是否有助于监测一个地区不同季节和年份的昆虫丰度，这将是一件有趣的事情。”

　　至于周期性的蝉，在美国东部不同的年份和不同的地区，已知会出现十几窝蝉。根据光纤宽带协会(fiber Broadband association)的数据，到2022年，美国超过40%的家庭可以使用光纤互联网。随着时间的推移，美国光纤基础设施网络的不断发展，昆虫学家可以将其纳入观察和测量这些新情况的努力中。

　　“由于宽带接入和电信的蓬勃发展，光纤电缆在各个社区无处不在，编织了一个庞大的网络，不仅提供高速互联网，而且还为下一代传感技术奠定了基础，”Ozharar说。

　　第十窝蝉将在地下待到2038年。它们短暂的出现和大量的数量给研究带来了挑战，但它们到来之间的漫长间隔使昆虫学家在此期间取得了重大的技术飞跃。2021年，通过一个众包的智能手机应用程序，人们对《Brood X》的观察达到了前所未有的规模——这在2004年《Brood X》上次出现时几乎是不可想象的。到2038年，光纤传感很可能是导致类似进步的下一个途径。