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| Expertos de la Universidad de Bristol han descubierto que las escamas de las alas de las polillas actúan como excelentes amortiguadores del sonido incluso cuando se colocan sobre una superficie artificial. Crédito: Unsplash |
Desde que los murciélagos desarrollaron la ecolocalización hace 65 millones de años, murciélagos y polillas se han enzarzado en una carrera acústica entre depredador y presa. Los murciélagos son presa de las polillas, por lo que han desarrollado diversas defensas, pero las escamas del ala de una polilla guardan el secreto para alterar la tecnología de cancelación del ruido.
Expertos de la Universidad de Bristol han descubierto que las escamas de las alas de las polillas actúan como excelentes absorbentes del sonido incluso cuando se colocan sobre una superficie artificial. Las alas de las polillas actúan como metamateriales naturales. Funcionan como eficaces absorbentes del sonido gracias a la acción de las numerosas escamas resonantes que decoran la membrana de sus alas.
En este nuevo estudio, los científicos descubrieron que las alas de las polillas son eficientes absorbentes del sonido: pueden reducir potencialmente la reflexión de una superficie acústicamente dura hasta en un 87% en la frecuencia más baja probada (20 kHz), a pesar de una relación entre el grosor y la longitud de onda de hasta 1/50.
El profesor Marc Holderied, de la Facultad de Ciencias Biológicas de Bristol, dijo: "Lo que necesitábamos saber primero era que la superficie de un edificio fuera más gruesa: "Lo que necesitábamos saber primero era el rendimiento de estas escamas de polilla si se encontraban frente a una superficie acústicamente muy reflectante, como una pared".
"También necesitábamos averiguar cómo podrían cambiar los mecanismos de absorción cuando las escamas interactúan con esta superficie".
Los científicos lo comprobaron colocando pequeñas secciones de alas de polilla sobre un disco de aluminio. A continuación, comprobaron sistemáticamente cómo afectaban a la absorción la orientación del ala con respecto al sonido entrante y la eliminación de las capas de escamas. Comprobaron que, incluso cuando están sobre un sustrato acústico sólido, las alas absorben hasta un 87% de la energía sonora entrante. Además, el efecto es de banda ancha y omnidireccional, abarcando varias frecuencias y ángulos de incidencia del sonido.
El autor principal, el Dr. Thomas Neil, dijo: "Lo que es aún más impresionante es que las alas hacen esto mientras son increíblemente delgadas, con la capa de escala siendo sólo 1/50 del espesor de la longitud de onda del sonido que están absorbiendo. Este extraordinario rendimiento califica el ala de la polilla como una metasuperficie de absorción acústica natural, un material con propiedades y capacidades únicas que son imposibles de crear utilizando materiales convencionales."
En las aplicaciones de control del ruido, un absorbente de metasuperficie perfecto tendría las características deseables de no sólo mitigar el sonido no deseado, sino también de ser mucho más delgado que las longitudes de onda de interés. Este rendimiento en sub-longitudes de onda es difícil de conseguir tecnológicamente. Sin embargo, como metamateriales naturales, las alas de las polillas ofrecen funcionalidad como eficientes absorbentes de sonido a través de la acción de las numerosas escamas resonantes que decoran su membrana alar.
Los científicos planean reproducir el rendimiento de absorción del sonido diseñando y construyendo prototipos basados en los mecanismos de absorción del sonido de la polilla. La absorción en las escamas de las alas de las polillas que han identificado se encuentra en la gama de frecuencias ultrasónicas, que está por encima de lo que los humanos pueden oír. Su próxima tarea es crear un marco que pueda funcionar a frecuencias más bajas manteniendo la construcción ultradelgada de la polilla.
El profesor Holderied concluye: "Las polillas inspirarán la próxima generación de materiales absorbentes del sonido.
"Una nueva investigación ha demostrado que un día será posible adornar las paredes de su casa con papel pintado absorbente del sonido ultradelgado, utilizando un diseño que copia los mecanismos que dan a las polillas un camuflaje acústico sigiloso".
Fuentes, créditos y referencias:
Thomas R. Neil, Zhiyuan Shen, et al. Moth wings as sound absorber metasurface. DOI: 10.1098/rspa.2022.0046
Fuente: Universidad de Bristol