№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Для защиты от летучих мышей мотыльки обзавелись шумоподавляющими крыльями

Мотылек Antheraea pernyi

Ученые говорят, что это свойство можно использовать для создания шумоподавляющих материалов.

Ученые из Бристольского университета обнаружили, что уникальные чешуйки на крыльях мотыльков способны поглощать до 87 процентов звуковых волн извне. Это позволяет мотылькам защищаться от летучих мышей, которые используют во время своего передвижения эхолокационные сигналы.

В будущем мы, возможно, сможем повторить эту шумоподавляющую текстуру крыльев и использовать такое покрытие на внешней стороне зданий, чтобы приглушить транспортный шум.

«Мотыльки станут источником вдохновения для следующего поколения звукопоглощающих материалов. Новое исследование показало, что в один прекрасный день можно будет украсить стены вашего дома ультратонкими звукопоглощающими обоями, используя дизайн, который копирует механизмы, обеспечивающие скрытую акустическую маскировку мотыльков», – Марк Холдерид, соавтор исследования.

Летучие мыши развили способность «видеть» в темноте с помощью эхолокации около 65 миллионов лет назад. При эхолокации животное издает звук, который отражается от близлежащих объектов, что позволяет ему представлять картинку окружения даже при слабом освещении – и эффективно охотиться. 

Поскольку мотыльки входят в рацион летучих мышей, этим насекомым пришлось положиться на эволюцию и на протяжении многих лет искать наиболее надежный способ выжить и не попасться в зубы рукокрылым хищникам. В 2020 году британские ученые обнаружили, что чешуйки на крыльях мотыльков работают как звукопоглотители, делая их практическим невидимыми для ночного охотника.

После этого исследователи задались вопросом: есть ли возможность использовать строение этих крыльев в разработке звукопоглощающих панелей?

Крупный план крыла мотылька с чешуйкой на поверхности

«В первую очередь нам нужно было узнать, насколько хорошо эти чешуйки мотыльков будут работать, если они будут находиться перед акустически сильно отражающей поверхностью, такой как стена. Нам также нужно было выяснить, как могут измениться механизмы поглощения, когда чешуйки взаимодействуют с этой поверхностью», – Марк Холдерид.

Ученые прикрепили небольшие кусочки крыльев мотылька к алюминиевому диску, прежде чем систематически проверить их звукопоглощающую способность. Они вычислили, как на поглощение звука влияет ориентация и количество чешуек крыла по отношению к входящему звуку.

Было обнаружено, что крылья поглощали до 87 процентов поступающей звуковой энергии. Эффект шумоподавления оказался широкополосным и всенаправленным, охватывая широкий диапазон частот и углов падения звука.

«Еще более впечатляет то, что крылья способны на все это, будучи невероятно тонкими, а слой чешуек составляет всего 1/50 толщины длины волны звука, который они поглощают. Эти экстраординарные характеристики квалифицируют крыло мотылька как естественную звукопоглощающую метаповерхность, материал с уникальными свойствами и возможностями, которые невозможно создать с использованием обычных материалов», – Томас Нил, ведущий автор исследования.

По словам ученых, это открытие позволяет задуматься о создании ультратонких звукопоглощающих панелей для внешней стороны зданий.

Шумовое загрязнение является второй по значимости экологической причиной проблем со здоровьем после воздействия качества воздуха. Оно способствует потере слуха, высокому кровяному давлению, сердечным заболеваниям, нарушениям сна и стрессу. По мере того, как города становятся все громче параллельно с глобальным ростом населения, растет и потребность в эффективных и ненавязчивых решениях по звукоизоляции.

Дальнейшие исследования бристольских ученых будут включать создание прототипов материалов с текстурой, основанной на звукопоглощающих механизмах крыльев мотылька. Звукопоглощение этих крыльев, которое они описали, находится в диапазоне ультразвуковых частот и выше того, что может слышать человек, а самая низкая частота составляет 20 кГц.

Теперь задача состоит в том, чтобы разработать структуру, которая будет работать на более низких частотах, сохраняя при этом ту же ультратонкую структуру, как и у крылатых ночных беглецов.