通過研究蜘蛛絲如何響應(yīng)聲音，紐約州立大學(xué)賓厄姆頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一項全新麥克風技術(shù)的專利。

賓厄姆頓大學(xué)杰出工程教授羅恩·邁爾斯 (Ron Miles)以仿生學(xué)為模型， 與當時的博士生、現(xiàn)任機械工程助理教授 周健 (Jian Zhou) 合作，申請了仿生流動麥克風的專利，該專利現(xiàn)已由加拿大企業(yè)商業(yè)化TandemLaunch 公司及其衍生公司 Soundskrit最近也發(fā)布了 Miles 原始概念的模擬和數(shù)字版本。

要理解為什么這項專利是一項革命性的技術(shù)進步，我們必須了解：麥克風是如何工作的?而且，什么才是真正的聲音?

“聲音本質(zhì)上是一種波動。我們通過耳膜聽到聲音。我們的耳朵有小鼓、小表面或鼓膜，由壓力變化驅(qū)動。大氣壓力的微小變化會導(dǎo)致我們的耳膜移動，然后我們的耳朵會檢測到這種運動，”邁爾斯說。“像蚊子、蟋蟀和蠓之類的東西——它們用細小的毛發(fā)來聽聲音，而這些毛發(fā)是由空氣中的運動驅(qū)動的，而空氣中的運動是聲場的一部分。”

這種本質(zhì)的區(qū)別使得仿生學(xué)成為一個如此有趣的研究視角。麥克風的工作原理是獲取聲波并將其轉(zhuǎn)換為電信號。大多數(shù)都是模仿人耳及其感知壓力的能力。然而，還有其他方式“聆聽”，也有許多動物可以模仿。

蜘蛛以一種獨特的方式聆聽， 除了利用它們編織的網(wǎng) 以及身體上的小毛來感知運動。周和邁爾斯首先通過步行開始研究，認識到了這一點。

“[周]在自然保護區(qū)散步，回來后說，‘嘿，微風中飄揚著蜘蛛網(wǎng)。它會隨著風而移動，而且是很堅固的東西。” 然后他從自然保護區(qū)借了一只蜘蛛并將其帶回實驗室，”邁爾斯說。“絲綢對聲音的反應(yīng)非常美妙。它對聲場中空氣的運動做出反應(yīng)，這確實是首創(chuàng)。它的反應(yīng)非常好，就像一個完美的麥克風。它可以以完美的保真度響應(yīng)從 1 赫茲到 50 千赫茲的聲音，比任何麥克風都更寬的頻率范圍和更平坦的頻率響應(yīng)!”

邁爾斯和周認為，從理論上講，這可能意味著使用與蜘蛛網(wǎng)相同的結(jié)構(gòu)特性(利用速度感應(yīng)聲音)的麥克風可以在高頻和低頻下再現(xiàn)具有相同幅度質(zhì)量或“良好保真度”的音頻。他們推斷，使用速度和壓力這兩個分量可能會更完整地描述聲場。

為了測試它，兩人轉(zhuǎn)向賓厄姆頓大學(xué)的隔音消聲室，在那里他們可以控制環(huán)境并防止數(shù)據(jù)收集中斷。

邁爾斯和周很幸運地選擇了蜘蛛絲。盡管其他動物可能也表現(xiàn)出類似的結(jié)果，但絲綢具有特殊的特性，有助于他們測試絲綢并幫助他們得出導(dǎo)致成功獲得專利的結(jié)論。

“[絲綢]不是只在一端支撐的東西，而是兩端都支撐的。我們知道它必須非常輕巧且非常靈活;你不希望它飄走。你必須以某種方式壓住它。在兩端都提供支撐會讓事情變得更容易，”邁爾斯說。“事實是，在自然界中，有無數(shù)的系統(tǒng)以這種方式感知。你必須出去看看它們，然后決定你實際上可以制作哪一個。”

新的、潛在的研究目標可以著眼于如何制造更具懸臂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，就像一根頭發(fā)豎起來一樣。許多動物身上覆蓋著有助于聽力的小毛。其他前進的方向可以研究聲音如何通過水中而不是空氣中的運動傳播。