飞蛾在隐形声披风中躲避蝙蝠声纳

2020-11-29 11:55:37

飞蛾可以用它们的声音伪装的翅膀从喂养蝙蝠的声纳中躲藏起来。他们进化出的隐身适应性是附着在它们的翼膜上的一系列鳞片的结果,这些鳞片吸收了狩猎蝙蝠发出的超声波频率,并且是自然界中发现的第一种声学超材料。

布里斯托大学的一个研究小组发现,蝙蝠发出的声波击中了两种蛾类上的叉子状鳞片,导致它们弯曲和扭曲,从而耗散了能量。英国布里斯托大学的声学生物学家马克·霍尔德里德(Marc Holderied)解释说:“较少的声音会反射回蝙蝠,从而使飞蛾从蝙蝠的声纳屏上消失或部分消失。”

该策略与他的团队在今年早些时候报道的策略不同,后者在飞蛾身上的皮毛平均吸收69%的超声能量。霍尔德里德解释说:“我们证明,人体毛皮与我们在建筑物中使用的传统吸音器没有太大区别。”

机翼需要更薄的材料和不同的策略。刻度尺小于一毫米长,厚度只有几百微米,并且每个刻度都在特定的频率下产生共振。加在一起,成千上万个单独调整的音阶至少吸收三个八度的声音。 Holderied表示:“每个谐振器都以各自的频率吸收,但是它们以相互影响并共同充当超材料的方式排列,从而产生宽带吸收。”

每个刻度的精细结构都非常出色。 Holderied解释说:“它们在纳米级上高度结构化,顶部和底部都有强烈穿孔的波纹状顶层和底层,它们相互连接。”

声音斗篷的工作频率在20kHz至160kHz之间,在蝙蝠扫描猎物的范围内的较低频率下表现最佳。峰值吸收发生在78kHz,吸收了72%的声音。

被动隐身翼鳞有两种,中国的图萨尔蛾(Antheraea pernyi)和非洲大的Dactyloceras lucina。选择它们是因为它们没有耳朵可以听到蝙蝠的接近,在过去的五千万年中,这种适应已经在昆虫中进化了许多次。 Holdereid将新兴的隐形财产描述为“绝对令人惊叹”,并且依赖于工程师才刚刚开始探索的原理。

曼彻斯特索尔福德大学的声学工程师特雷弗·考克斯(Trevor Cox)说:“在人工技术中,我还没有看到过类似的东西。” ‘在整个频率范围内正常工作是一大挑战。一种方法是使用多孔吸收,因此使用矿棉等材料,但这需要大量材料。’

考克斯解释说:“如果要吸收较低的频率并使用较少的材料,则必须使用共振。”飞机和汽车的空间和重量非常宝贵,因此人们正在寻找更轻的吸声材料。考克斯说:“在汽油或柴油绕行的汽车中,有大量的吸声材料。” “获得更轻的材料非常重要。”

Holderied表示,有可能使材料“吸收声音的效率比我们在家中和办公室使用的材料高10倍”。他补充说,考虑吸音壁纸,而不是面板。