麻省理工学院科学家通过将它翻译成音乐来研究蜘蛛网结构

编织其复杂网的蜘蛛有点像一个歌曲的人，至少在MIT材料工程师Markus Buehler的眼中，其研究涉及将腹板结构翻译成音乐旋律。与他的合作者一起，他为人类设计了一种方式，为＆＃34;输入＆＃34; 3D蜘蛛网通过虚拟现实设置在视觉和验证中探索其结构。 Buehler在美国化学学会（ACS）的谈话中描述了正在进行的项目，本周在谈话中（Virtual）会议（ACS）。

工作可能有一天导致自己的蜘蛛初始沟通和＃34;语言＆＃34;网振动，例如当它们在建造腹板时伸展一股丝绸时或者当股线响应于风的阵风或被捕获的猎物的存在时。 ＆＃34;蜘蛛住在振动弦的环境中，＆＃34; Buehler在在线新闻发布会上表示。 ＆＃34;他们不太良好地看到，所以他们通过振动来感知他们的世界，这具有不同的频率。＆＃34;

在几年前报道之前，Buehler举办了一支麻省理工学院科学家团队，将蜘蛛丝线中的蛋白质的分子结构映射到音乐理论上以生产＆＃34;声音＆＃34;丝绸的希望建立一种创建设计师蛋白的激进新方法。音乐组成（间距，范围，动力学，节奏）的分层元素类似于蛋白质结构的分层元素。就像音乐如何具有有限数量的音符和和弦，并使用不同的组合来组合音乐，蛋白质具有有限数量的构建块（20个氨基酸），可以以任何数量的方式结合，以创造具有独特性质的新型蛋白质结构。

这项工作启发了一个Sunification Art展览，＆＃34;蜘蛛＆＃39;帆布，＆＃34;在2018年的巴黎。艺术家Tomas Saraceno与麻省理工学院工程师合作，创建一个由Cyrtophora Citricola蜘蛛网的互动式竖琴仪器，每个股线在＆＃34; web＆＃34;调整为不同的音符。要创建竖琴，团队将蜘蛛网与激光器扫描，以捕获2D横截面，然后重建具有计算机算法的3D网络。接下来，它们为网络股线分配了特定频率，以作为音符。将这些注释用在网上的各种模式中，您可以生成旋律。

＆＃34;声音非常复杂，他们不像传统上调乐器一样，因为当然蜘蛛不使用我们在音乐创作中进行的相同调谐系统，＆＃34; Buehler说。 ＆＃34;相反，蜘蛛已经将网页调整为自己的概念，了解如何调整为最佳传感器，是最佳的猎物捕捉装置。它的声音 - 不寻常，但相当漂亮。＆＃34;

2019年，Buehler＆＃39;队伍随后开发了一种更先进的制度，使音乐的音乐脱离蛋白质结构 - 然后将其转化回来创建新的蛋白质从未见过本质上。它们基于其自然共振频率分配了每个氨基酸的基调 - 实际上更多类似于弦，因为氨基酸在几个重叠频率下振动。分子的不同3D结构确定了每个音调的持续时间。

由于存在20个氨基酸，这产生了20色调。该团队还开发了一个免费的Android应用程序，称为氨基酸合成器，因此用户可以创建自己的蛋白质和＃34;组合物＆＃34;来自氨基酸的声音。去年，Buehler＆＃39; S实验室施加了相同的方法来模拟负责的尖峰蛋白的振动性能，这些刺激率为新型冠状病毒SARS-COV-2的高传染率。

Buehler＆＃39;在ACS会议上的介绍主要集中在虚拟现实环境上，允许用户通过其结构进入虚拟蜘蛛网并漫步的想法是，通过组合既可以拿起更有趣的结构特征愿景和听证会，因为它给用户了一个更丰富的蜘蛛网的感觉体验。

据Buehler说，虽然大多数人都熟悉二维蜘蛛网，但大多数蜘蛛实际上都构建了三维蜘蛛网，并且是那些他最感兴趣的结构探索声音。他认为蜘蛛是＆＃34;自主3D打印机，＆＃34;与人类的3D打印过程不同，构造其没有任何支持脚手架的网。 ＆＃34;所以我们有一种物料，蜘蛛在实时创造或旋转，能量消耗非常低，在三维空间中创造了这些非常复杂的结构，＆＃34; Buehler说。

一些麻省理工学院实验涉及扫描蜘蛛网，因为它正在建造，将每个阶段转化为音乐，因此该团队可以以可听形式研究该过程。 ＆＃34;我们可以为每个施工状态创建一个竖琴，因此您可以开始看看蜘蛛竖琴在施工过程中的实际变化，几乎像活乐器，＆＃34; Buehler说。研究人员还能够实际地研究幅材和＃39; S声音如何变化，响应于不同的机械力，例如拉伸特定的股线并增加张力直至股线断裂，产生捕捉声音。

最终目标是学习创造类似的合成蜘蛛和其他模仿蜘蛛的结构。 ＆＃34;我们＆＃39;有兴趣改变我们如何考虑材料的整体范式，＆＃34; Buehler说。 ＆＃34;蜘蛛能够通过振动来感知网的完整性。如果它＆＃39损坏，他们可以修复它。它们与他们构建的结构有一个完全不同的关系;它们实际上是其中的一部分。＆＃34;他想象未来的人造结构，如桥梁，设计有类似的内置维修机制。 ＆＃34;你会建立一些东西，等待它打破，但不断修复它，＆＃34;他说。 ＆＃34;它将成为一种生物体。＆＃34;

蜘蛛使用它们的腹板来捕获猎物，但它们也使用它们通过各个股线的振动来收集感官信息，并且作为通信手段，敲击网以产生振动模式。在其他实验中，Buehler等人。例如，随着蜘蛛对不同的活动进行了各种网络振动：例如，构建其网或发送求爱信号。它们设计了一种特殊的机器学习算法，以区分各种声音，因为频率几乎所有声音都能成为人耳朵。

＆＃34;现在我们尝试生成合成信号，基本上讲蜘蛛的语言，＆＃34; Buehler说。 ＆＃34;如果我们将它们暴露于某些节奏或振动模式，我们是否可以影响他们所做的事情，我们可以开始与他们沟通吗？那些真是令人兴奋的想法。＆＃34;