کشف یک فراماده جاذب صدا در طبیعت - مجله مستانه

پژوهشگران انگلیسی در آنالیز جدید خود توانسته اند نوعی فراماده در طبیعت بیابند که می تواند صدا را جذب کند. طبیعت گاهی راه چاره هایی دارد که بهترین فناوری ها را نیز شرمسار می نماید. دهه هاست که دانشمندان کوشش می نمایند تا یک جاذب صدا ارائه دهند؛ ماده ای که به دقت مهندسی شده است تا بتواند امواج آکوستیک را برای برقراری آرامش و سکوت مدیریت کند.

پژوهشگران دانشگاه بریستول (University of Bristol) انگلستان به تازگی دریافته اند که ممکن است چنین فراساختاری در حال حاضر در طبیعت و در بال حشرات موسوم به بید (Moth) بدون گوش وجود داشته باشد.

پولک های پارو شکل بعضی از بیدها، کارآیی زیادی در جذب صدا دارند و می توان آن ها را به عنوان فرامواد طبیعی طبقه بندی کرد.

فراماده معمولا به ساختاری گفته می گردد که انسان آن را مهندسی می نماید و نمی توان آن را در طبیعت یافت. اگرچه گاهی امکان کشف ساختار های بیولوژیکی فراهم می گردد که آرزوی آن ها را داشته ایم و ما را شگفت زده نموده اند.

این یک کشف هیجان انگیز است که نشان می دهد چقدر این فرامواد در طبیعت نادر هستند. نمونه های کمی از این فرامواد نادر در طبیعت وجود دارند که از میان آن ها می توان به ابریشم کرم های ابریشم اشاره نمود. پولک روی بال بیدها، نخستین فراماده آکوستیک است که تا به امروز در طبیعت کشف شده است.

پژوهشگران با مدل سازی ساختار طبیعی بال های دو گونه بید بدون گوش و دو گونه پروانه را مدل سازی کردند و نشان دادند که چگونه اندازه و فضا های خالی میان پولک های بال پروانه به صورت منحصر به فردی شکل می گیرد و پوششی مخفی را به وجود می آورد که صد برابر باریک تر از طولانی ترین طول موج های صدایی است که می تواند جذب کند.

این قابلیت، به حشرات امکان می دهد تا سبک باشند و در هوا باقی بمانند و از خطر خفاش ها نیز در امان باشند. این موفقیتی است که مهندسان سال ها در آرزوی رسیدن به آن بودند.

به گفته پژوهشگران، آنالیز ها نشان می دهند که پیاده سازی کاربردی این ایده، پیش از علم مدرن در طبیعت وجود داشته است. درک این ساختار ها و مکانیسم ها، امکان ابداع مواد و ابزار باریک تر و سبک تری را برای کنترل صدا فراهم می نماید.

این فراماده طبیعی به احتمال زیاد، محصول میلیون ها سال تکامل است؛ بنابراین دانشمندان نباید زیاد سخت بگیرند.

از آنجا که خفاش ها وسیله ای برای شنیدن صدا های فرکانس بالا ندارند، عادت دارند که موقعیت طعمه خود را در تاریکی پیدا نمایند. طعمه هایی مانند بید های بدون گوش که شب ها بیرون می آیند، باید راه هایی داشته باشند که به شام خفاش ها تبدیل نشوند.

این حشرات تحت چنین فشارهایی، پوشش منحصر به فردی از پولک های مخفی را تکامل داده اند که نه تنها روی قفسه سینه و مفاصل بال آن ها وجود دارد، بلکه روی بال های آن ها نیز قرار گرفته است.

پژوهشگران با یاری یک میکروسکوپ الکترونی نشان داده اند که پولک های روی بال بیدها، یک پوشش نرم با ضخامت کمتر از 0/3 میلی متر ایجاد می نمایند. طول موج مورد استفاده خفاش ها برای موقعیت یابی، تقریبا 17 میلی متر است.

پژوهشگران به آنالیز بال های بید بدون گوش و پروانه پرداختند و اثر صدا را بر بال های با پولک و بدون پولک آنالیز کردند. آن ها دریافتند که بال پروانه، هیچ تکاملی تحت فشار خفاش ها نداشته است و ویژگی های جذب صدا را ندارد.

از سوی دیگر، بال های پروانه، پوششی نرم از پولک هایی دارای شکل و الگو را شامل می گردد که برای هر فرکانس صدای خفاش قابل تنظیم شدن است.

پولک ها توانستند اکو های مافوق صوت را کاهش دهند و حتی به کاهش دادن صدا در پایین ترین فرکانس های آزمایش شده بپردازند.

جاذب های متخلخل دیگری که این میزان از جذب را دارند، بسیار ضخیم تر هستند و فقط در محدوده باریکی از فرکانس به جذب صدا می پردازند.

پژوهشگران امیدوارند که این کشف بتواند به ابداع ابزار های موثرتری برای از بین بردن صدا یاری کند که سبک وزن هستند. این پژوهش، در مجله PNAS به چاپ رسید.