Las polillas atacan en una carrera armamentista evolutiva con un sofisticado diseño de alas
Ultrafinas, superabsorbentes y extraordinariamente diseñadas para desviar la atención, las alas de las polillas podrían ser la clave para desarrollar soluciones tecnológicas para sobrevivir en un mundo ruidoso.
Como se revela en un nuevo estudio publicado hoy en PNAS, investigadores del Universidad de bristol han descubierto la construcción precisa de alas de polilla que han permitido a la especie evadir a su depredador más problemático en una carrera armamentista evolutiva de 65 millones de años.
Usando una variedad de técnicas analíticas, que incluyen imágenes transversales en el aire, mecánica acústica y refractometría, el equipo de la Facultad de Ciencias Biológicas de Bristol descubrió que la capa de escamas muy delgada en las alas de la polilla ha desarrollado propiedades extraordinarias de absorción de ultrasonido que proporcionan un camuflaje acústico sigiloso. contra los murciélagos ecolocalizadores.
Lo que hace que el descubrimiento del equipo sea aún más notable es que han identificado el primer metamaterial acústico conocido de origen natural. Un metamaterial describe tradicionalmente un material compuesto artificial diseñado para mostrar propiedades físicas que superan las disponibles en la naturaleza. Los metamateriales naturales son extremadamente raros y nunca antes se habían descrito en el mundo de la acústica.
A principios de este año, el Dr. Marc Holderied, experto en acústica conductual y ecología sensorial, y sus co-investigadores informaron cómo las polillas sordas habían desarrollado escamas absorbentes de ultrasonido en sus cuerpos que les permitían absorber el 85 por ciento de la energía sonora entrante que los murciélagos usan para detectarlos.
La necesidad de sobrevivir significó que las polillas desarrollaron una barrera protectora de escala de 1,5 mm de profundidad que actúa como un absorbente de sonido poroso. Sin embargo, tal barrera protectora no funcionaría en las alas, donde el aumento de grosor obstaculizaría la capacidad de las polillas para volar. Una característica clave de los metamateriales acústicos es que son mucho más pequeños que la longitud de onda del sonido sobre el que actúan, lo que les permite ser mucho más delgados que los absorbentes de sonido construidos tradicionalmente.
En este último estudio, el equipo de Bristol, dirigido por los primeros coautores, el Dr. Thomas Neil y el Dr. Zhiyuan Shen, revela que las polillas han dado un paso más allá para salvar vidas, creando un absorbente resonante que es 100 veces más delgado que la longitud de onda del el sonido que absorbe, lo que permite a los insectos mantener su ligereza al tiempo que reduce la posibilidad de que los murciélagos detecten los ecos de sus alas en vuelo.
Al examinar las sofisticadas imágenes transversales de sonido capturadas mediante tomografía de ultrasonido, el equipo descubrió que las alas de la polilla han evolucionado para producir un absorbente resonante que es una protección eficaz contra los murciélagos ecolocalizadores. Los hallazgos podrían reforzar significativamente los esfuerzos de los científicos de materiales, acústicos e ingenieros de sonar para diseñar absorbedores de sonido bioinspirados con un rendimiento excepcional de sublongitud de onda profunda.
“Lo más sorprendente es que las alas de polilla también desarrollaron una forma de hacer que un absorbente resonante absorba todas las frecuencias de los murciélagos, al agregar otra característica sorprendente: ensamblan muchos de estos resonadores sintonizados individualmente a diferentes frecuencias en una serie de absorbentes, que juntos crean una absorción de banda ancha al actuar como metamaterial acústico, el primero conocido en la naturaleza ”, dijo el investigador principal, el Dr. Holderied. «Una absorción de banda ancha de este tipo es muy difícil de lograr en las estructuras ultradelgadas de las alas de las polillas, que es lo que la hace tan notable».
Esto va mucho más allá de los límites alcanzables con los absorbentes porosos clásicos del tipo que se utiliza actualmente para absorber el sonido en entornos de oficina que utilizan materiales grandes y gruesos.
El Dr. Holderied agregó: «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».
Este último estudio se basa en el trabajo anterior del equipo sobre la acústica-mecánica de las escamas individuales y muestra cómo la absorción de sonido más tradicional por las escamas en los cuerpos de las polillas se puede lograr con estructuras mucho más delgadas en las alas para brindar protección acústica a todo el organismo.
Referencia: «Las alas de polilla son metamateriales acústicos» por Thomas R. Neil, Zhiyuan Shen, Daniel Robert, Bruce W. Drinkwater y Marc W. Holderied, 23 de noviembre de 2020, Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Este estudio fue apoyado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC, BB / N009991 / 1), el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC, EP / T002654 / 1) y la fuente de luz Diamond (MT17616).
Estos últimos hallazgos se basan en estudios previos del equipo de Bristol publicados en el Journal of the Royal Society en febrero de 2020. Con más de 68.000 visitas, el artículo, escamas torácicas de polillas como recubrimiento sigiloso contra el biosonar de murciélagos, es el artículo más descargado. en la revista Royal Society Interface.