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飞蛾的翅膀是天然无形的声学超级材料

2020-12-01 10:09   来源: 互联网

英国国家科学院院刊最近报道,英国研究人员发现了飞蛾翅膀的确切结构,这使得该物种得以逃脱6千5百万年前进化军备竞赛中最麻烦的掠食者。


布里斯托大学生物科学学院的研究小组利用一系列分析技术,包括机载横截面成像技术、声学技术和折射测量技术,发现飞蛾翅膀上的极薄的鳞片层已经进化出了非同寻常的超声吸收特性,为躲避蝙蝠回声探测提供了一种无形的声学伪装。


更引人注目的是,研究人员发现了第一种已知的自然产生的声学超声材料。传统上,超声材料被描述为一种人工合成材料,其物理性质比自然界中的材料要多。天然超声材料非常罕见,在声学领域从未被描述过。


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今年早些时候,行为声学和感官生态学专家马克·霍尔德博士和他的合作研究人员报告说,聋蛾可以在体内形成超声吸收尺度,让它们吸收85%蝙蝠用来探测它们的声音能量。


生存的需要意味着飞蛾将进化出1.5毫米深的保护屏障,可用作多孔吸声器。然而,这种保护屏障并不适用于飞蛾的翅膀,因为翅膀的厚度阻碍了飞蛾的飞行能力。声学超声材料的一个关键特点是,它们比作用在它们上的声波波长小得多,比传统的吸声器要薄得多。


布里斯托大学(UniversityofBristow)的一项新研究通过检查超声波断层成像捕捉到的声音的复杂横截面图像,发现飞蛾已经采取了进一步的救生措施,它创造了一种比吸收的声波波长厚100倍的共振吸收器,使得昆虫在飞行中不太可能探测到飞行中的机翼回声,同时保持轻盈。


最令人惊讶的是,飞蛾还发明了一种方法,通过增加另一个惊人的特性,使共振吸收器吸收所有蝙蝠的频率--它们将许多不同频率的谐振器分别组装成一系列吸收器,从而制造出可用作声学超级材料的宽带吸声器。这是自然界第一种已知的声学超级材料。


飞蛾翼的超薄结构所获得的宽带吸收性能很难达到,其色度远远超过目前传统的多孔吸声器在办公环境中吸收声音的极限。设想是科学家可以为家用和办公用超薄麦克风设计"壁纸",以取代目前使用的笨重消声器板。

责任编辑:无量渡口
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