科学家获得受蜘蛛丝启发的新型麦克风专利

导读 通过研究蜘蛛丝如何响应声音,纽约州立大学宾厄姆顿大学的研究人员开发了一项全新麦克风技术的专利。宾厄姆顿大学杰出工程教授罗恩·迈尔斯...

通过研究蜘蛛丝如何响应声音,纽约州立大学宾厄姆顿大学的研究人员开发了一项全新麦克风技术的专利。

宾厄姆顿大学杰出工程教授罗恩·迈尔斯 (Ron Miles)以仿生学为模型, 与当时的博士生、现任机械工程助理教授 周健 (Jian Zhou) 合作,申请了仿生流动麦克风的专利,该专利现已由加拿大企业商业化TandemLaunch 公司及其衍生公司 Soundskrit最近也发布了 Miles 原始概念的模拟和数字版本。

要理解为什么这项专利是一项革命性的技术进步,我们必须了解:麦克风是如何工作的?而且,什么才是真正的声音?

“声音本质上是一种波动。我们通过耳膜听到声音。我们的耳朵有小鼓、小表面或鼓膜,由压力变化驱动。大气压力的微小变化会导致我们的耳膜移动,然后我们的耳朵会检测到这种运动,”迈尔斯说。“像蚊子、蟋蟀和蠓之类的东西——它们用细小的毛发来听声音,而这些毛发是由空气中的运动驱动的,而空气中的运动是声场的一部分。”

这种本质的区别使得仿生学成为一个如此有趣的研究视角。麦克风的工作原理是获取声波并将其转换为电信号。大多数都是模仿人耳及其感知压力的能力。然而,还有其他方式“聆听”,也有许多动物可以模仿。

蜘蛛以一种独特的方式聆听, 除了利用它们编织的网 以及身体上的小毛来感知运动。周和迈尔斯首先通过步行开始研究,认识到了这一点。

“[周]在自然保护区散步,回来后说,‘嘿,微风中飘扬着蜘蛛网。它会随着风而移动,而且是很坚固的东西。” 然后他从自然保护区借了一只蜘蛛并将其带回实验室,”迈尔斯说。“丝绸对声音的反应非常美妙。它对声场中空气的运动做出反应,这确实是首创。它的反应非常好,就像一个完美的麦克风。它可以以完美的保真度响应从 1 赫兹到 50 千赫兹的声音,比任何麦克风都更宽的频率范围和更平坦的频率响应!”

迈尔斯和周认为,从理论上讲,这可能意味着使用与蜘蛛网相同的结构特性(利用速度感应声音)的麦克风可以在高频和低频下再现具有相同幅度质量或“良好保真度”的音频。他们推断,使用速度和压力这两个分量可能会更完整地描述声场。

为了测试它,两人转向宾厄姆顿大学的隔音消声室,在那里他们可以控制环境并防止数据收集中断。

迈尔斯和周很幸运地选择了蜘蛛丝。尽管其他动物可能也表现出类似的结果,但丝绸具有特殊的特性,有助于他们测试丝绸并帮助他们得出导致成功获得专利的结论。

“[丝绸]不是只在一端支撑的东西,而是两端都支撑的。我们知道它必须非常轻巧且非常灵活;你不希望它飘走。你必须以某种方式压住它。在两端都提供支撑会让事情变得更容易,”迈尔斯说。“事实是,在自然界中,有无数的系统以这种方式感知。你必须出去看看它们,然后决定你实际上可以制作哪一个。”

新的、潜在的研究目标可以着眼于如何制造更具悬臂结构的结构,就像一根头发竖起来一样。许多动物身上覆盖着有助于听力的小毛。其他前进的方向可以研究声音如何通过水中而不是空气中的运动传播。

免责声明:本文由用户上传,如有侵权请联系删除!

猜你喜欢

最新文章

<