La naturaleza tiene una forma de avergonzar nuestra mejor tecnología. Durante décadas, los científicos han estado tratando de fabricar el mejor absorbente de sonido: un material cuidadosamente diseñado que puede manejar las ondas acústicas para un movimiento sigiloso o simplemente paz y tranquilidad.
Sin embargo, resulta que esa preciada ‘metaestructura’ ya puede existir en el mundo natural, y se ha estado escondiendo en las alas aleteando de algunas polillas sin orejas.
Las escamas en forma de paleta que modelan algunas alas de polilla son tan eficientes para absorber el sonido, un nuevo estudio afirma que pueden clasificarse como un metamaterial natural. Estructural y conceptualmente, dicen los autores, tienen los mismos atributos centrales.
Los metamateriales normalmente se refieren a estructuras que diseñamos y que no se encuentran en la naturaleza. Aunque de vez en cuando nos sorprende descubrir estructuras biológicas en las que deseamos haber pensado primero, así que inclúyelos como metamateriales algo honorarios.
Es un descubrimiento emocionante dado lo raros que son estos ‘metameterials’ en la naturaleza. Si bien hay algunos ejemplos notables identificados hasta ahora: la seda de los gusanos de seda, la iridiscencia de las mariposas – esta es la primera metaestructura acústica jamás descubierta en el mundo real.
Según los investigadores, es “diferente a todo lo considerado hasta la fecha”.
Al modelar la estructura natural de las alas de dos especies de polillas sin orejas y dos especies de mariposas, los investigadores han demostrado que la forma en que las escamas de las polillas están espaciadas y de tamaño único les da una capa sigilosa cien veces más delgada que las longitudes de onda más largas de sonido que puede absorber.
Esto permite que los insectos permanezcan ligeros y en el aire, al mismo tiempo que proporciona camuflaje acústico de los murcié lagos ecolocalizadores, un logro al que los ingenieros han estado aspirando durante años.
“Nuestro estudio demuestra que las implementaciones funcionales de esto han existido en la naturaleza mucho antes que la ciencia moderna”, los autores concluir.
“Comprender estas estructuras y mecanismos ofrece la posibilidad futura de desarrollar materiales y dispositivos de control de ruido más delgados y ligeros”.
Con toda probabilidad, este metamaterial natural ha sido esculpido por millones de años de evolución, por lo que los científicos no deberían tomárselo demasiado a pecho.
Sin un medio para escuchar las llamadas de alta frecuencia que utilizan muchos murciélagos para localizar a sus presas en la oscuridad, las especies de polillas sin orejas que aún se aventuran a salir por la noche necesitan formas de evitar convertirse en cenas
Bajo formas tan únicas de presión, estos insectos han desarrollado una capa única de escamas furtivas, no solo en su tórax peludo y articulaciones de las alas, como lo ha demostrado una investigación anterior, sino también en las alas de las polillas.
Las escamas de las alas, sin embargo, son mucho más impresionantes. Si bien el cuerpo de las polillas sin orejas parece estar recubierto por un escudo de absorción de sonido de 1,5 milímetros, el grosor de ese nivel pesaría demasiado las alas de la polilla.
Bajo un microscopio electrónico, los investigadores ahora han demostrado que las escamas de las alas de la polilla crean una capa suave de menos de 0,3 mm de espesor. Como referencia, las ondas sonoras que utilizan los murciélagos para las ecolocaciones son de aproximadamente 17 mm.
Usando tomografía de ultrasonido, los investigadores probaron cómo las alas de dos especies de polillas sin orejas capturaban el sonido en comparación con las alas de dos especies de mariposas.
Midiendo el efecto en las alas con y sin escamas, el equipo encontró que las alas de mariposa, que no han evolucionado bajo la presión de los murciélagos, no mostraron propiedades de absorción de sonido. Por otro lado, las alas de las polillas tienen una alfombra suave de escamas con forma y patrón que se ajustan a cada frecuencia de llamada de murciélago.
Estas escalas fueron capaces de reducir los ecos ultrasónicos y amortiguar el sonido incluso en las frecuencias más bajas probadas.
“Esa absorción de banda ancha es muy difícil de lograr en las estructuras ultradelgadas de las alas de las polillas, que es lo que la hace tan notable”. explica Marc Holderied, experto en ecología sensorial de la Universidad de Bristol.
Otros absorbentes porosos que logran este nivel de absorción son mucho más gruesos y tienden a absorber el sonido solo en un rango de frecuencia estrecho.
El equipo espera que el descubrimiento nos ayude a diseñar dispositivos de cancelación de ruido de banda ancha más eficientes que también sean livianos.
“La promesa es uno de los absorbentes de sonido mucho más delgados para nuestros hogares y oficinas, nos acercaríamos a un ‘papel tapiz’ absorbente de sonido mucho más versátil y aceptable en lugar de paneles absorbentes voluminosos”. dice Holderied.
Todo eso de una polilla.
El estudio fue publicado en PNAS.
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