На крыльях мотылька есть редкая «метаструктура», которую ученые пытались создать в лаборатории

У природы есть способ посрамить наши лучшие технологии. На протяжении десятилетий ученые пытались создать идеальный звукопоглотитель — тщательно разработанный материал, который может управлять акустическими волнами для незаметного движения или создания тишины.

Однако оказывается, что эта заветная «метаструктура» может уже существовать в мире природы, и она пряталась в трепещущих крыльях каких-то безухих бабочек.

В новом исследовании утверждается, что чешуйки в форме лопастей, которыми украшены крылья некоторых бабочек, настолько эффективно поглощают звук, что их можно отнести к метаматериалам природного происхождения. По словам авторов, структурно и концептуально они имеют одни и те же основные атрибуты.

Метаматериалы обычно относятся к конструкциям, которые мы проектируем, которые невозможно найти в природе. Хотя время от времени мы удивляемся, обнаруживая биологические структуры, которые нам хотелось бы придумать в первую очередь.

Это захватывающее открытие, учитывая, насколько редки эти «метаметериалы» в природе. Хотя к настоящему времени обнаружено несколько замечательных примеров — шелк тутовых шелкопрядов, переливчатость бабочек — это первая акустическая метаструктура, когда-либо обнаруженная в реальном мире.

Моделируя естественную структуру крыльев двух видов мотыльков, исследователи показали, что чешуйки моли уникально расположены и различаются по размеру, что дает им невидимое покрытие, которое в сто раз тоньше, чем длина самой длинной звуковой волны.

Это позволяет насекомым обеспечивать акустический камуфляж от эхолокационных летучих мышей — достижение, к которому инженеры стремились годами.

«Наше исследование показывает, что функциональные реализации этого существовали в природе задолго до современной науки», — заключают авторы.

«Понимание этих структур и механизмов открывает в будущем возможность разработки более тонких и легких материалов и устройств для снижения шума».

По всей видимости, этот природный метаматериал был создан миллионами лет эволюции.

Используя ультразвуковую томографию, исследователи проверили, как крылья двух видов мотыльков улавливают звук по сравнению с крыльями двух видов бабочек.

Эти чешуйки на кончиках крыльев смогли уменьшить ультразвуковое эхо и заглушить звук даже на самых низких протестированных частотах.

Команда надеется, что это открытие поможет нам разработать более эффективные устройства с широкополосным шумоподавлением.

Исследование было опубликовано в PNAS.

Источники: Фото: Фотография крыла моли (слева) и ультразвуковое эхо (справа). (Марк Холдерид и Томас Нил)