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A Itsy Bitsy Spider inspirou um microfone

Engenheiros e cientistas têm um fascínio duradouro pela seda das aranhas. Semelhante à típica seda de minhoca que produz lençóis confortáveis, mas muito mais resistente, o material inspirou a invenção de lençóis mais leves e respiráveis. armadura corporal e materiais que poderia tornar os componentes do avião mais fortes sem adicionar peso. Os pesquisadores estão até usando exemplos extraídos de teias de aranha para projetar microfones sensíveis que um dia poderão ser usados ​​para tratar perda auditiva e surdez e para melhorar outros dispositivos auditivos.

As aranhas usam suas teias como enormes tímpanos externos. Uma equipe de cientistas da Universidade de Binghamton e da Universidade de Cornell relatou em 2022 que as teias permitem que os aracnídeos detectem sons a 3 metros de distância.

Quando você ouve um som pelo ouvido, o que você realmente está vivenciando é mudanças na pressão do ar que fazer seu tímpano vibrar. É assim que os microfones funcionam: imitando o ouvido humano e vibrando em resposta à pressão.

As teias de aranha têm um propósito semelhante, mas usam um mecanismo diferente.

Em vez de vibrar quando atingidos por uma onda de pressão, como uma baqueta batendo na pele de um tambor, eles se movem com o fluxo de ar sendo deslocado. O ar é um meio fluido “como o mel”, disse Ronald Miles, professor de engenharia mecânica em Binghamton. Os humanos navegam neste ambiente sem notar muita resistência, mas as fibras de seda são atingidas pela velocidade das forças viscosas do ar.

O Dr. Miles não pôde deixar de se perguntar se esse princípio poderia levar a um novo tipo de microfone.

“Os humanos são animais arrogantes”, disse ele. “Eles fabricam dispositivos que funcionam como eles.” Mas ele se perguntou sobre a construção de um dispositivo que se parecesse mais com uma aranha e sentisse “o som com o movimento do ar”.

Ele e seus colegas – incluindo Jian Zhou, também professor de engenharia mecânica em Binghamton, e Junpeng Lai, pesquisador de pós-doutorado – projetaram e construíram um microfone inspirado nos princípios da seda natural da aranha. Eles apresentaram sua pesquisa na quinta-feira no 186ª reunião da Sociedade Acústica da América em Otava.

O dispositivo dos pesquisadores é composto por um eixo em balanço extremamente fino (como um trampolim) feito de silício que responde a pequenas flutuações no fluxo de ar criadas pelo som. Para transformar isso em algo que os humanos possam ouvir, um laser mede os movimentos sutis da haste, como uma aranha decodificando sua teia.

Uma desvantagem dos microfones típicos que detectam pressão, disse Miles, é que torná-los melhores geralmente significa torná-los maiores. Pense nos microfones grossos que você vê em um estúdio de gravação, em comparação com os fones de ouvido finos usados ​​por um palestrante motivacional. Com um microfone inspirado em uma aranha que responde ao fluxo de ar em vez da pressão, disse o Dr. Miles, “você pode torná-lo um pouco menor sem pagar um preço”.

Ajudar as pessoas a ouvir pode ser o próximo passo natural.

Um tanto contraintuitivamente, nossos ouvidos emitem sons quando vibram em resposta à pressão. Com financiamento do National Institutes of Health, a equipe do Dr. Miles desenvolverá uma sonda que mede essas emissões otoacústicas muito silenciosas. Isso poderia ajudar na detecção precoce de problemas auditivos no ouvido de uma criança, por exemplo, e “então eles podem começar o tratamento para isso”, disse o Dr. Miles.

Outra vantagem de detectar o fluxo de ar em vez da pressão para medir o som é que ele pode ser usado para localizar a fonte do som. Isso poderia melhorar os aparelhos auditivos projetados para captar sons provenientes de um local específico em um ambiente barulhento, acrescentou o Dr. Miles.

Anna subindo, um pesquisador de seda de aranha do Karolinska Institutet, na Suécia, que não esteve envolvido no estudo, concordou que a seda da aranha tem potenciais aplicações médicas. É conhecido pela sua resistência, disse ela, mas também é “bem tolerado quando implantado e foi mostrado para permitir a regeneração dos nervos periféricos” em experimentos com animais.

Miles está entusiasmado com o uso de um microfone inspirado na web para detectar infra-som, que está abaixo do alcance da audição humana. Isso pode ser útil para tarefas como rastrear tornados.

“Ser capaz de localizar o som dessas frequências muito baixas é realmente difícil com microfones de pressão”, disse ele. “Com um microfone com sensor de velocidade, você poderia fazer isso com muita facilidade.”

Os microfones inspirados no Spider ainda têm um longo caminho a percorrer antes de estarem prontos para o mainstream. Mas a equipe já possui uma patente e o Dr. Miles está aconselhando uma empresa canadense construindo novos tipos de microfones.

E se a investigação der frutos, talvez os humanos possam finalmente libertar-se dos preconceitos que levam aos dispositivos inspirados nos nossos corpos, dando lugar a mais invenções baseadas na forma como as aranhas e outras criaturas percebem o mundo.

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