蛾子用皮毛吸收超声波来躲蝙蝠

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-11-14

蛾子的“隐身皮毛”或许能帮助人们打造更好的吸音材料。

蛾子用皮毛吸收超声波来躲蝙蝠

图:Courtesy: Thomas Neil

英国科学家发现有些蛾的皮毛可以吸收高达85%的超声波。研究人员表示,这种皮毛起到了“隐形涂层”的作用,为蛾子提供声学伪装,帮它们在蝙蝠的超声波探测中隐藏起来。

蝙蝠喜欢吃蛾子,它们会用声呐技术,即回声定位法,来进行捕猎。在这场狩猎竞赛中,有的蛾子已经进化出了耳朵,能听到蝙蝠的超声波,然后躲开。而事实证明,还有一群蛾子则在声学伪装的层面上进化出了一种更被动的防御方式。

从耳聋的两种蛾子——马达加斯加牛蛾(bullseye moth)和圆翅天蚕蛾(promethea silkmoth),到不在蝙蝠菜单上的两种蝴蝶,该研究的主要作者Thomas Neil及其来自布里斯托大学的同事们用声学层析技术分析比较了它们的吸声特性。

毛茸茸的胸

在蝙蝠回声定位的频率范围内,研究小组发现蛾子胸部的毛皮吸收了多达85%的超声波,以此起到伪装的作用。而相比之下,大多数蝴蝶只吸收了20%左右的超声波。

“我们测试了20-160 kHz范围内的超声波吸收率,这个范围涵盖了大多数蝙蝠用来捕猎的频率。大多数是20-60kHz,少数的频率更高,”Neil解释道,“我们发现在整个频率范围内,超声波的吸收率都是一致的,并没有因为频率不同而导致吸收率发生变化。”

研究人员还发现,如果把蛾子胸前的皮毛剔除,蛾子被蝙蝠探测到的几率提高了38%。Neil表示,这是因为“体积检测”发生了变化。

体积检测

Neil表示:“用一只皮毛完好无损的蛾子和一只皮毛被剔除掉的蛾子,我们能够计算出蝙蝠的有效检测距离的变化。这样的多角度分析能让我们计算出蝙蝠能检测到蛾子的范围的体积,即一个有效捕猎的3D空间。”

当研究人员在检查昆虫时,他们发现蛾子身上的皮毛比蝴蝶更厚、也更密。Neil表示蛾子皮毛的结构的布局与大麻、红麻等可用于隔音的天然纤维相似,只是规模要小得多。这些天然纤维可以用作多孔的吸声材料,当声波进到材料内的空腔时,就会将声波消散开。

“我们做了一些试验,以便观察蛾子的毛是否具有多孔吸声的性能,结果发现实验预测和实际测量一致。”Neil说:“蛾子皮毛的孔足够多,能让声波穿透,而非反射回蝙蝠那边导致露馅。”

显著的生存优势

研究人员认为,作为一种轻质的多孔吸声体,蛾子胸部的皮毛在所有与生态学有关的超声波频率上均能做到声波隐身,进行声学上的伪装,这给它们提供了显著的生存优势。

他们还发现作为一个宽波段和多向的超声吸收器,蛾子皮毛的性能与目前的多孔吸声泡沫相当,这表明它可以促进超薄吸声器和其它噪声控制装置的研制与发展。


蝌蚪五线谱编译自physicsworld,译者 狗格格,转载须授权 

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