飛蛾的翅膀是天然無形的聲學(xué)超級(jí)材料
英國國家科學(xué)院院刊最近報(bào)道,英國研究人員發(fā)現(xiàn)了飛蛾翅膀的確切結(jié)構(gòu),這使得該物種得以逃脫6千5百萬年前進(jìn)化軍備競(jìng)賽中最麻煩的掠食者。
布里斯托大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的研究小組利用一系列分析技術(shù),包括機(jī)載橫截面成像技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)和折射測(cè)量技術(shù),發(fā)現(xiàn)飛蛾翅膀上的極薄的鱗片層已經(jīng)進(jìn)化出了非同尋常的超聲吸收特性,為躲避蝙蝠回聲探測(cè)提供了一種無形的聲學(xué)偽裝。
更引人注目的是,研究人員發(fā)現(xiàn)了第一種已知的自然產(chǎn)生的聲學(xué)超聲材料。傳統(tǒng)上,超聲材料被描述為一種人工合成材料,其物理性質(zhì)比自然界中的材料要多。天然超聲材料非常罕見,在聲學(xué)領(lǐng)域從未被描述過。
今年早些時(shí)候,行為聲學(xué)和感官生態(tài)學(xué)專家馬克·霍爾德博士和他的合作研究人員報(bào)告說,聾蛾可以在體內(nèi)形成超聲吸收尺度,讓它們吸收85%蝙蝠用來探測(cè)它們的聲音能量。
生存的需要意味著飛蛾將進(jìn)化出1.5毫米深的保護(hù)屏障,可用作多孔吸聲器。然而,這種保護(hù)屏障并不適用于飛蛾的翅膀,因?yàn)槌岚虻暮穸茸璧K了飛蛾的飛行能力。聲學(xué)超聲材料的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是,它們比作用在它們上的聲波波長(zhǎng)小得多,比傳統(tǒng)的吸聲器要薄得多。
布里斯托大學(xué)(UniversityofBristow)的一項(xiàng)新研究通過檢查超聲波斷層成像捕捉到的聲音的復(fù)雜橫截面圖像,發(fā)現(xiàn)飛蛾已經(jīng)采取了進(jìn)一步的救生措施,它創(chuàng)造了一種比吸收的聲波波長(zhǎng)厚100倍的共振吸收器,使得昆蟲在飛行中不太可能探測(cè)到飛行中的機(jī)翼回聲,同時(shí)保持輕盈。
最令人驚訝的是,飛蛾還發(fā)明了一種方法,通過增加另一個(gè)驚人的特性,使共振吸收器吸收所有蝙蝠的頻率--它們將許多不同頻率的諧振器分別組裝成一系列吸收器,從而制造出可用作聲學(xué)超級(jí)材料的寬帶吸聲器。這是自然界第一種已知的聲學(xué)超級(jí)材料。
飛蛾翼的超薄結(jié)構(gòu)所獲得的寬帶吸收性能很難達(dá)到,其色度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前傳統(tǒng)的多孔吸聲器在辦公環(huán)境中吸收聲音的極限。設(shè)想是科學(xué)家可以為家用和辦公用超薄麥克風(fēng)設(shè)計(jì)"壁紙",以取代目前使用的笨重消聲器板。
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