Одно из самых нелюбимых созданий природы вполне может открыть прорыв в реагировании на стихийные бедствия. Многопрофильная исследовательская группа Университета Пердью воссоздает усики комаров, чтобы лучше изучить их чувствительность к вибрациям. Если исследование окажется плодотворным, оно может привести к улучшению мониторинга и обнаружения стихийных бедствий, таких как землетрясения и цунами.

Эту работу провели исследовательские группы под руководством профессоров Университета Пердью Пабло Заваттьери и Химены Бернал. Результаты исследования опубликованы в журнале Acta Biomaterialia.

«Мы все ещё находимся на ранних стадиях, но мы настроены весьма оптимистично и, по крайней мере, многому научимся», — сказал Заваттьери, профессор гражданского строительства имени Джерри М. и Линды Т. Энгельхардт в Инженерном колледже Пердью. «Черпать вдохновение из природы и использовать его для продвижения научных исследований было основной чертой инженерии с самого начала».

Несмотря на отсутствие традиционных ушей, комары полагаются на свои усики, чтобы ориентироваться в слуховом ландшафте, улавливая важные звуки на фоне шума собственных взмахов крыльев.

Кандидат наук в области гражданского строительства и научный сотрудник группы Фани Сакет Дасика заявила, что благодаря анализу особенностей усиков комаров, в частности расположения и морфологии сенсорных волосков, они уже получили глубокие знания о том, как эти адаптации усиливают слуховую чувствительность и избирательную реакцию на сигналы окружающей среды.

«Используя передовые микро-КТ-визуализации для создания высокоточных CAD-моделей для конечно-элементного анализа , мы обнаружили, что архитектурные особенности усиков комаров позволяют обнаруживать акустические цели, специфичные для вида и пола, даже на фоне нецелевых сигналов, таких как их собственные взмахи крыльев», — сказал Дасика. «Наши результаты также предполагают, что усики комаров способны обнаруживать более широкий диапазон частот, чем считалось ранее, хотя не все из них могут активно использоваться».

Результаты исследования группы предоставили ключевую информацию для определения того, могут ли усики комара помочь в разработке акустических датчиков.

«Моделируя и сопоставляя реакцию антенн разных видов комаров, использующих звук для разных целей, слушающих своих сородичей или подслушивающих лягушек, мы смогли выделить особенности, модулирующие чувствительность и настройку слуха», — сказал Бернал, профессор биологических наук в Научном колледже Пердью. «Понимание того, как работают эти структуры, является первым шагом к разработке акустических датчиков, вдохновленных их чувствительными антеннами».

С точки зрения общественного воздействия, знания об антеннах комаров также могут помочь в разработке умных шумоподавляющих материалов, сказал Заваттьери. Эти материалы, потенциально включающие микрофлюидные каналы или настраиваемые метаматериалы, могут быть использованы для создания звукоизоляционных панелей для зданий, шумоподавляющих наушников или даже акустических маскирующих устройств.

«Представьте себе городскую среду, оснащенную биосенсорами, похожими на «большие уши», способными различать определенные звуки среди шума и суеты городской жизни», — сказал Заваттьери. «Во время кризиса, например, землетрясений или других катастроф, эти датчики становятся бесценными, быстро обнаруживая слабые сигналы бедствия и направляя спасательные работы тем, кто в них нуждается».

Заваттьери сообщил, что в настоящее время команда сосредоточена на воссоздании антенн с помощью 3D-печати, используя различные материалы и размеры для тестирования частот.

Мастер пера, обрабатывает новостную ленту.