Паучий шелк может помочь в создании мощных микрофонов
У самого лучшего в мире микрофона может быть неожиданный источник: паучий шелк. Пауки плетут паутину, чтобы ловить насекомых, но липкие нити также помогают паукам слышать.
Паучий шелк и обнаружение звука
В отличие от человеческих барабанных перепонок и обычных микрофонов, которые улавливают волны звукового давления, паучий шелк реагирует на изменения скорости частиц воздуха при их движении через звуковое поле.
Этот метод обнаружения скорости звука остается малоизученным по сравнению с методом обнаружения давления, но он обладает большим потенциалом для высокочувствительного обнаружения звука на больших расстояниях.
Широкий диапазон звуковых частот
Изучая, как пауки слушают окружающую среду через паутину, группа исследователей из Бингемтонского университета обнаружила, что паутина соответствует скорости акустических частиц для широкого диапазона звуковых частот.
«Большинство насекомых, способных слышать звук, используют тонкие волоски или антенны, которые не реагируют на звуковое давление», - говорит Рональд Майлз, профессор машиностроения в Бингемтоне. «Вместо этого эти тонкие структуры реагируют на движение воздуха в звуковом поле. Мне стало интересно, как создать устройство, которое также сможет реагировать на движение воздуха под действием звука».
«Мы пробовали различные искусственные волокна, которые были очень тонкими, но они также были очень хрупкими и с ними было трудно работать. Затем доктор Цзянь Чжоу гулял в природном заповеднике нашего кампуса и увидел паутину, развевающуюся на ветру. Он подумал, что паучий шелк - это отличная вещь, которую стоит попробовать».
Как пауки-мостовики обнаруживают свою добычу
Прежде чем создавать такое устройство, команде нужно было доказать, что паутина действительно реагирует на звуковой поток воздуха. Чтобы проверить эту гипотезу, они просто открыли окна своей лаборатории и стали наблюдать за пауками-мостовиками (Larinioides sclopetarius), которые живут на подоконниках.
Мостовые пауки особенно известны своей привязанностью к искусственным сооружениям, где они строят свои большие круглые паутины, чтобы ловить летающих насекомых, таких как мотыльки и мухи.
Исследователи подавали паукам звуки в диапазоне от 1 Гц до 50 кГц и измеряли движение паучьего шелка с помощью лазерного виброметра.
Эксперимент показал, что скорость движения шелка, вызванная звуком, совпадает со скоростью движения частиц в окружающем его воздухе, что подтверждает механизм, который пауки используют для обнаружения своей добычи.
Паучий шелк вдохновляет на создание новых микрофонов
«Поскольку паучий шелк, конечно же, создается пауками, его нецелесообразно включать в миллиарды микрофонов, которые производятся каждый год», - говорит Майлз. «Однако он может многое рассказать нам о механических свойствах микрофонов и вдохновить на создание совершенно новых конструкций».
Таким образом, инновационное использование паучьего шелка для определения скорости звука может проложить путь к созданию более совершенных устройств обнаружения звука, которые превзойдут возможности современных микрофонов, чувствительных к давлению.
