物理科技生物学-PHYICA

蛾子凭借复杂的翅膀设计在进化军备竞赛中MIDD-190领先

生物 2022-03-11 00:03:25

布里斯托大学 柞蚕蛾(上图)和阿伽门农蝴蝶(下图)的合成图像,左边是照片,右边是超声回波图像(断层扫描)

注意飞蛾翅膀的回声(声音图像)比蝴蝶翅膀弱

荣誉:西蒙·雷切尔、托马斯·尼尔、沈致远和马克·霍尔德里德 超薄、高吸水性、特别设计来分散注意力,飞蛾的翅膀可能是开发技术解决方案以在嘈杂的世界中生存的关键

今天在PNAS发表的一项新研究显示,布里斯托大学的研究人员发现了飞蛾翅膀的精确结构,这使得该物种能够在6500万年的进化军备竞赛中躲避其最狡猾的捕食者

布里斯托尔生物科学学院的研究小组利用一系列分析技术,包括空中横截面成像、声学力学和折射测量,发现蛾翅膀上非常薄的鳞片层已经进化出非凡的超声波吸收特性,为对抗回声定位蝙蝠提供了隐形的声学伪装

使该团队的发现更加引人注目的是,他们发现了第一种已知的自然存在的声学超材料

超材料传统上描述的是一种人造复合材料,其物理性能超过了自然界中现有的材料

自然发生的超材料极其罕见,以前在声学世界中从未被描述过

0的伪彩色3D表示

21毫米x 0

长28毫米的阔叶栎蛾的翅膀部分,显示出基部鳞片(橙色)和覆盖鳞片(蓝色和黄色)的结构、多样性和排列

荣誉:西蒙·雷切尔、托马斯·尼尔、沈致远& amp马克·霍尔德里德 今年早些时候,行为声学和感觉生态学专家博士

马克·霍尔德里德和他的合作研究人员报道了失聪的蛾子是如何进化出身体上的超声波吸收鳞片的,这使得它们能够吸收蝙蝠用来探测它们的85%的传入声能

生存的需要意味着蛾子进化出了1

5毫米深的保护屏障,充当多孔吸声体

这样的保护屏障对翅膀不起作用,因为增加的厚度会阻碍飞蛾的飞行能力

声学超材料的一个关键特征是,它们比它们所作用的声音的波长小得多,使得它们比传统构造的吸声器薄得多

在这项最新的研究中,布里斯托尔团队由第一作者Dr

托马斯·尼尔和博士

沈致远揭示了飞蛾在拯救生命方面又进了一步,创造了一种共振吸收体,其厚度是其吸收声音波长的100倍,从而使昆虫能够保持轻盈,同时降低了蝙蝠探测其飞行中翅膀回声的可能性

通过检查超声波断层扫描捕捉到的复杂的声音横截面图像,研究小组发现蛾翅膀已经进化成了一种共振吸收器,可以有效地防止蝙蝠回声定位

这一发现将极大地推动材料科学家、声学专家和声纳工程师设计具有超深亚波长性能的生物吸声体的努力

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21毫米x 0

长28毫米的阔叶栎蛾的翅膀部分,显示出基部鳞片(橙色)和覆盖鳞片(蓝色和黄色)的结构、多样性和排列

荣誉:西蒙·雷切尔、托马斯·尼尔、沈致远& amp马克·霍尔德里德 “最令人惊讶的是,飞蛾翅膀还进化出了一种方法,通过增加另一个惊人的特征,使谐振吸收器吸收所有蝙蝠频率——它们将许多单独调谐到不同频率的谐振器组装成一个吸收器阵列,通过充当声学超材料,共同产生宽带吸收——这是自然界中第一个已知的,”首席研究员Dr

手持

“这种宽带吸收在蛾翅膀的超薄结构中是很难实现的,这也是它如此引人注目的原因

" 这远远超出了目前用于吸收办公环境中声音的经典多孔吸声体所能达到的极限,这种吸声体使用的是大而厚的材料

医生

霍尔德里德补充道:“这种承诺是为我们的家庭和办公室提供更薄的吸声体,我们将更接近于一种更加通用和可接受的吸声体‘墙纸’,而不是笨重的吸声体面板

" 这项最新的研究建立在该团队早期对单个音阶的声学力学的研究基础上,并展示了蛾体上的音阶如何通过更薄的翅膀结构实现更传统的声音吸收,从而提供整个生物体的声音保护

来源:由phyica.com整理转载自PH,转载请保留出处和链接!

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