據(jù)《美國國家科學(xué)院院刊》近日報道，英國研究人員發(fā)現(xiàn)了飛蛾翅膀的精確構(gòu)造，正是這種構(gòu)造使該物種能夠逃脫6500萬年前的“進化軍備競賽”中最麻煩的捕食者。
布里斯托大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的研究小組使用包括機載橫截面成像、聲學(xué)力學(xué)和折光儀在內(nèi)的一系列分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)蛾翼上非常薄的鱗片層已經(jīng)演化出非凡的超聲吸收特性，從而為躲避蝙蝠的回聲探測提供了隱形的聲學(xué)偽裝。
更加引人注目的發(fā)現(xiàn)是，研究人員確定了首個已知的天然發(fā)生的聲學(xué)超材料。傳統(tǒng)上，超材料被描述為一種人造復(fù)合材料，該材料經(jīng)過工程設(shè)計以顯示出超過自然界中可用的物理性能。天然存在的超材料非常稀少，在聲學(xué)領(lǐng)域從未有過描述。
今年早些時候，行為聲學(xué)和感官生態(tài)學(xué)專家馬克·霍爾德里德博士及其合作研究人員報告說，聾蛾在身體上可發(fā)展出超聲波吸收鱗片，從而使它們能夠吸收蝙蝠用來檢測它們的傳入聲能的85%。
生存的需要意味著飛蛾會進化出1.5毫米深的鱗片防護屏障，該屏障可用作多孔吸聲材料。但是，這種保護性屏障不能在蛾翼上起作用，因為蛾翼的厚度增加會阻礙飛蛾的飛行能力。聲學(xué)超材料的一個關(guān)鍵特征是，它們要比作用于其上的聲音的波長小得多，從而使其比傳統(tǒng)構(gòu)造的吸聲器薄得多。
通過檢查使用超聲波斷層攝影術(shù)捕獲的聲音的復(fù)雜橫截面圖像，布里斯托大學(xué)的最新研究發(fā)現(xiàn)，飛蛾進一步邁出了挽救生命的一步，創(chuàng)造出了一種共振吸收器，其厚度要比吸收的聲音波長薄100倍，從而使昆蟲在保持輕盈的同時，減少蝙蝠探測到其飛行中翅膀回聲的可能性。
最令人驚訝的是，蛾翼還通過添加另一個驚人的功能，發(fā)展出一種使共振吸收器吸收所有蝙蝠頻率的方法——它們將許多單獨調(diào)諧到不同頻率的共振器組裝成一系列吸收器，從而共同創(chuàng)建出可作為聲學(xué)超材料的寬帶吸收器。這是自然界中第一種已知的聲學(xué)超材料。
蛾翼超薄結(jié)構(gòu)所獲得的寬帶吸收性能很難實現(xiàn)，其出色性在于遠遠超出了目前用于辦公室環(huán)境吸收聲音的傳統(tǒng)多孔吸收器所能達到的極限。由此帶來的愿景是，科學(xué)家或可據(jù)此設(shè)計出用于家庭和辦公室的超薄吸聲器“墻紙”，以替代目前使用的笨重的吸聲器面板。
