Jak słyszą gąsienice? Dzięki nim stworzymy nowy rodzaj mikrofonów

Biomimetyka inspiruje się naturą, by tworzyć nowoczesną technologię. Okazuje się, że może pomóc także w rozwoju akustyki – naukowcy uważają, że niezwykły sposób „słyszenia” przez gąsienice może otworzyć drogę do stworzenia zupełnie nowych urządzeń do nagrywania dźwięku.

„Czy gąsienice cokolwiek słyszą?”

Zespół naukowców z Uniwersytetu Binghamton w Nowym Jorku przeprowadził niezwykły eksperyment, który udowodnił zaskakujące zdolności słuchowe gąsienic z gatunku Manduca sexta. Badania miały miejsce w jednej z najcichszych komór dźwiękowych świata – komorze anechoicznej znajdującej się terenie uczelni.

Eksperyment polegał na wystawieniu gąsienic na działanie dźwięków o różnych częstotliwościach – od 150 Hz do 2000 Hz. Celem było sprawdzenie, czy reagują one na dźwięk przenoszony przez powietrze, czy bazują jedynie na wibracjach powierzchni, na której się znajdują.

Mikroskopijne włoski zamiast uszu

Gąsienice Manduca sexta nie posiadają uszu w tradycyjnym tego słowa znaczeniu. Jednak jak wykazali naukowcy, ich ciało pokryte jest mikroskopijnymi włoskami, które reagują na ruchy powietrza wywołane przez dźwięk. Pełnią one funkcję narządów słuchu.

Skąd to wiadomo? To nieco brutalne – w trakcie eksperymentu usunięto niektóre włoski z tułowia i odwłoka gąsienic. Po tym zabiegu reakcje na dźwięk uległy wyraźnemu osłabieniu, co jednoznacznie wskazało, że to właśnie te włoski odpowiadają za zdolność „słyszenia” u owadów.

Dlaczego gąsienice słyszą tak dobrze? Przygotowują się na nadejście wrogów

Jednym z najciekawszych aspektów odkrycia jest to, że częstotliwość, na którą reagują gąsienice, odpowiada dźwiękom wydawanym przez skrzydła drapieżnych os. Brzęczenie tych owadów mieści się bowiem w zakresie od 100 do 200 Hz.

Zdaniem naukowców gąsienice mogły wykształcić zdolność detekcji tego rodzaju dźwięków jako mechanizm obronny. Nie ma się więc co dziwić, że muszą słyszeć ruch powietrza, a nie drgania powierzchni. Są na niego niemal 100 razy bardziej wrażliwe.

Co mają wspólnego gąsienice i mikrofony przyszłości?

Obecne technologie mikrofonowe opierają się na przetwornikach, które konwertują drgania membran na sygnał elektryczny. Jednak naśladując układ włosków gąsienic można stworzyć systemy, które będą nie tylko bardziej czułe, ale także bardziej selektywne wobec określonych częstotliwości.

W badaniach prowadzonych na Uniwersytecie Binghamton wykazano, że mikrostruktury inspirowane owadzimi włoskami pozwalają na detekcję dźwięku przy znacznie niższym poziomie szumów własnych. To szczególnie ważne w zastosowaniach wymagających precyzji, takich jak medycyna, bezpieczeństwo czy nauka o środowisku.

Inspiracja światem owadów to nie nowość. W Polsce również prowadzone są prace badawcze w tym zakresie. Przykładem są badania nad powłokami inspirowanymi skrzydłami motyli, które wykazują zbliżone właściwości detekcji i modulacji fal dźwiękowych.

Źródło: Acoustical Society of America, Binghamton University, SUNY, IMiF

Nasz autor

Jonasz Przybył

Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.