布里斯托尔大学(University of Bristol)的专家发现,蛾翅膀上的鳞片即使放在人造表面上,也能起到很好的吸音作用。
研究人员最近发现,飞蛾的翅膀可以对蝙蝠的回声定位呼叫提供声学保护。他们一直在研究,当飞蛾的翅膀不在自由空间移动时,它们的结构是否可以为性能更好的吸音板提供信息。
自从6500万年前蝙蝠进化出回声定位技术以来,蝙蝠和飞蛾就一直参与捕食者和猎物之间的声学军备竞赛。飞蛾面临着蝙蝠的巨大捕食压力,为了生存,它们进化出了过多的防御措施,但飞蛾翅膀上的鳞片是改变噪音消除技术的关键。
布里斯托尔生物科学学院的马克·霍尔德里德教授说:“我们首先需要知道的是,如果这些蛾类鳞片位于声学高反射表面(如墙壁)前方,它们的性能会有多好。我们还需要找出当鳞片与这个表面相互作用时,吸收机制可能会发生怎样的变化。”
霍尔德里德教授和他的团队通过将一小段蛾翅膀放在铝盘上进行测试,然后系统地测试翅膀相对于传入声音的方向以及去除鳞片层对吸收的影响。
值得注意的是,他们发现,事实证明,蛾翅膀是出色的吸声材料,即使是在声学固体基底上,其翅膀也能吸收高达87%的传入声能。该效果也是宽带和全方位的,覆盖了广泛的频率和声音入射角。
首席作者托马斯·尼尔博士解释说,更令人印象深刻的是,翅膀在这样做的同时非常薄,鳞片层的厚度只有它们所吸收声音波长的1/50。这种非凡的性能使飞蛾翅膀成为一种自然形成的吸声超表面,这种材料具有独特的特性和能力,使用传统材料无法创造。
制造超薄吸声板的潜力对建筑声学有着巨大的影响。随着城市的声音越来越大,对高效非侵入性声音缓解解决方案的需求也越来越大。同样,这些轻质吸音板可能会对旅游业产生巨大影响,飞机、汽车和火车的任何重量减轻都会提高这些运输方式的效率,并减少燃料使用和二氧化碳排放。
他们的研究发表在《皇家学会学报A:数学和物理科学》上。现在,科学家们计划通过设计和建造基于蛾类吸声机制的原型来复制这种吸声性能。他们在飞蛾翅膀鳞片上的吸收特征都在超声波频率范围内,高于人类可以听到的频率。他们的下一个挑战是设计一种能够在较低频率下工作的结构,同时保持飞蛾采用的超薄结构。
霍尔德里德教授总结道:“飞蛾将激发下一代吸声材料的灵感。新研究表明,有朝一日,将有可能用超薄吸声墙纸装饰你家的墙壁,使用一种模仿飞蛾隐形吸声伪装机制的设计。”