Хотели создать в лаборатории, но нашли в природе

Лопастеобразные чешуйки, украшающие крылья некоторых молей, настолько эффективны в поглощении звуков, что их можно считать натуральным метаматериалом, хотя обычно так называют структуры, созданные в лабораториях и не присутствующие в природе. Несмотря на то, что периодически царство животных подкидывает нам то, что, как считалось, было придумано людьми, например, шелк у шелкопрядов или иризация у бабочек, такие открытия все еще случаются крайне редко. Тем более уникально открытие акустического метаматериала – ничего подобного ранее еще не встречалось.

Воспроизводя строение крыльев двух видов молей и двух видов бабочек, исследователи выяснили, что уникальное расположение и размер чешуек на крыльях обеспечивает своим хозяевам малозаметность при перемещении. Причем это покрытие – в сотни раз тоньше самой длинной волны звука, которое оно способно поглотить. Это позволяет насекомым оставаться легкими и перемещаться по воздуху и обеспечивает акустическую защиту от эхолокации летучих мышей.

По всей вероятности, этот природный метаматериал развивался на протяжении миллионов лет эволюции, поэтому ученым не стоит расстраиваться, что не они придумали его первыми. Поскольку безухие моли не могут уловить высокочастотные сигналы, с помощью которых летучие мыши охотятся на свою добычу, им пришлось «придумать» другой способ, чтобы не стать легким ужином. В столь непростых условиях давления моли смогли «изобрести» уникальное покрытие, позволяющее им передвигаться абсолютно бесшумно.

Учитывая, что все тело безухой моли покрыто шумопоглощающей «броней» толщиной в 1,5 мм, можно было бы предположить, что такой вес для крыльев будет абсолютно неподъемным. Однако с помощью электронного микроскопа исследователи выяснили, что толщина мягкого чешуйчатого покрытия – менее 0,3 мм (для сравнения – длина звуковой волны, которую летучие мыши используют для эхолокации, равна примерно 17 мм). Более того, форма и расположение чешуек подстроены под любую частоту сигналов хищников: они способны поглощать ультразвуковые сигналы и заглушать звук даже на самих низких частотах.

«Такого широкополосного поглощения очень сложно достичь в ультратонких структурах наподобие крыльев моли, и это делает их особенно уникальными», – комментирует Марк Холдерид, специалист по сенсорной экологии из Бристольского университета.

Другие пористые поглотители, достигающие схожего уровня звукопоглощения, намного толще и заглушают звуки только узкого диапазона частот. Ученые надеются, что открытие поможет в разработке более эффективных широкополосных поглотителей, которые будут столь же легковесными.

«Представьте себе, что для обеспечения шумоизоляции в квартире, ее будет достаточно обклеить обычными обоями, а не громоздкими шумопоглощающими панелями», – говорит Холдерид.