研究人员正在解开蚊子触角的秘密，揭示这些昆虫如何精确地探测声音。通过模仿它们的结构，科学家们希望能够彻底改变灾难响应，创造出生物启发传感器，在混乱的环境中探测到微弱的求救信号。
普渡大学教授 Pablo Zavattieri 手持 3D 打印的蚊子头。 他的团队正在再造蚊子的触角，以便更好地研究它们对振动的敏感性，从而改进自然灾害的监测和检测方式。 图片来源：普渡大学照片/Drew Stone
世界上最不受欢迎的昆虫之一可能是实现灾难响应突破的关键。
普渡大学的一个研究小组正在研究蚊子的触角，以了解它们探测振动的能力。 科学家们希望通过重现这些结构，改进监测和探测地震和海啸等自然灾害的方法。
这项由普渡大学教授巴勃罗-扎瓦蒂埃里（Pablo Zavattieri）和西梅纳-贝纳尔（Ximena Bernal）领导的研究发表在《生物材料学报》（Acta Biomaterialia）上。
普渡大学工程学院土木工程杰里-恩格尔哈特和林达-恩格尔哈特教授 Zavattieri 说："我们仍处于早期阶段，但我们非常乐观，至少我们会学到很多东西。从大自然中汲取灵感并利用它来推动科学研究，从一开始就是工程学的核心特征。"
尽管蚊子没有传统的耳朵，但它们依靠触角在听觉环境中穿梭，在自己翅膀拍打的背景噪音中捕捉关键的声音。
这张 CT 扫描图是雄蚊触角结构特征的特写。 普渡大学的研究人员正在研究这些特征，观察它们能否为声学传感器的设计提供参考。 图片来源：普渡大学图片/Phani Saketh Dasika
通过分析蚊子触角的特征--特别是感觉毛的排列和形态--土木与建筑工程博士生和团队研究员法尼-萨凯斯-达西卡（MSCE '23）说，他们已经对这些适应性如何提高听觉灵敏度和对环境线索的选择性反应有了深刻的认识。
达西卡说："我们利用先进的微计算机断层扫描成像技术创建了用于有限元分析的高保真 CAD 模型，发现蚊子触角的结构特征能够实现物种和性别特异性声学目标检测，甚至在非目标信号（如自身的振翅声）中也是如此。我们的研究结果还表明，蚊子触角能够探测的频率范围比以前想象的要广，尽管并非所有频率都能被积极利用。"
研究小组的发现为确定蚊子的触角能否为声学传感器的设计提供参考提供了关键信息。
普渡大学理学院生物科学教授贝纳尔说："通过模拟和对比种类的蚊子在使用声音时的不同反应，如听到配偶的声音或偷听青蛙的声音，我们能够分辨出调节听觉灵敏度和调谐的特征。了解这些结构的工作原理是受它们灵敏的触角启发开发声学传感器的第一步。"
普渡大学教授西梅娜-贝纳尔（Ximena Bernal）研究天敌如何塑造动物交流系统，重点研究偷听青蛙的蚊子。 图片来源：普渡大学照片/Alisha Willett
Zavattieri说，就社会影响而言，从蚊子的触角中获得的启示还可以为智能降噪材料的开发提供参考。 这些材料可能包含微流体通道或可调金属材料，可用于制造建筑物隔音板、降噪耳机，甚至声学隐形装置。想象一下，在城市环境中配备类似'大耳朵'的生物启发传感器，能够在喧嚣的城市生活中分辨出特定的声音。在发生地震或其他灾难等危机时，这些传感器将变得非常宝贵，它们能迅速探测到微弱的求救信号，并引导救援人员前往需要帮助的地方。
Zavattieri 说，研究小组目前的工作重点是通过 3D 打印再造天线，使用不同的材料和不同的尺寸进行频率测试。
编译自/ScitechDaily
