martes, junio 25

La araña Itsy Bitsy inspiró un micrófono

Los ingenieros y científicos están fascinados por la seda de araña. Similar a la típica seda de gusano que hace sábanas cómodas, pero mucho más resistente, este material inspiró la invención de chalecos antibalas más ligeros y transpirables y de materiales que podrían hacer que los componentes de los aviones sean más duraderos sin añadir peso. Los investigadores incluso están utilizando ejemplos de telas de araña para diseñar micrófonos sensibles que algún día podrían usarse para tratar la pérdida auditiva y la sordera y para mejorar otros dispositivos auditivos.

Las arañas utilizan sus telas como enormes tímpanos externos. Un equipo de científicos de la Universidad de Binghamton y la Universidad de Cornell informó en 2022 que las redes permiten a los arácnidos detectar sonidos a una distancia de hasta 10 pies.

Cuando escuchas un sonido en tu oído, en realidad sientes cambios en la presión del aire que hacen que tu tímpano vibre. Así funcionan los micrófonos: imitando el oído humano y vibrando en respuesta a la presión.

Las telarañas tienen un propósito similar pero utilizan un mecanismo diferente.

En lugar de vibrar cuando son golpeados por una ola de presión, como un palo golpeando el parche de un tambor, se mueven con el flujo de aire desplazado. El aire es un medio fluido “como la miel”, afirmó Ronald Miles, profesor de ingeniería mecánica en Binghamton. Los humanos navegan por este entorno sin notar mucha resistencia, pero las fibras de seda son sacudidas por la velocidad de las fuerzas viscosas en el aire.

El Dr. Miles no pudo evitar preguntarse si este principio podría conducir a un nuevo tipo de micrófono.

“Los humanos son animales arrogantes”, dijo. “Fabrican dispositivos que funcionan como ellos”. Pero se preguntó sobre la posibilidad de construir un dispositivo que se pareciera más a una araña y detectara “el sonido con el movimiento del aire”.

Él y sus colegas, entre ellos Jian Zhou, también profesor de ingeniería mecánica en Binghamton, y Junpeng Lai, investigador postdoctoral, diseñaron y construyeron un micrófono inspirado en los principios de la seda de araña natural. Presentaron su investigación el jueves en la 186ª reunión de la Sociedad Estadounidense de Acústica en Ottawa.

El dispositivo de los investigadores consiste en un eje voladizo extremadamente delgado (como un trampolín) hecho de silicio que responde a pequeñas fluctuaciones en el flujo de aire creadas por el sonido. Para convertir esto en algo que los humanos puedan oír, un láser mide los movimientos sutiles de la varilla, como una araña decodificando su tela.

Una desventaja de los micrófonos tradicionales con detección de presión, dice el Dr. Miles, es que mejorarlos a menudo significa hacerlos más grandes. Piense en los grandes micrófonos que ve en un estudio de grabación, en comparación con los delgados auriculares que usa un orador motivacional. Con un micrófono inspirado en una araña que responde al flujo de aire en lugar de a la presión, dijo el Dr. Miles, “puedes hacerlo un poco más pequeño sin pagar un precio”.

Ayudar a las personas a oír podría ser el siguiente paso natural.

De manera algo contradictoria, nuestros oídos emiten sonidos cuando vibran en respuesta a la presión. Con financiación de los Institutos Nacionales de Salud, el equipo del Dr. Miles desarrollará una sonda que mida estas emisiones otoacústicas muy silenciosas. Esto podría ayudar a detectar problemas de audición en el oído de un bebé antes, por ejemplo, y “luego podrán comenzar los tratamientos”, dijo el Dr. Miles.

Otra ventaja de detectar el flujo de aire en lugar de la presión para medir el sonido es que se puede utilizar para localizar la fuente del sonido. Esto podría mejorar los audífonos diseñados para captar sonidos provenientes de una ubicación específica en un ambiente ruidoso, añadió el Dr. Miles.

Anna Rising, investigadora de la seda de araña en el Instituto Karolinska de Suecia, que no participó en el estudio, estuvo de acuerdo en que la seda de araña tiene posibles aplicaciones médicas. Es conocido por su resistencia, dijo, pero también es “bien tolerado cuando se implanta y se ha demostrado que permite la regeneración de los nervios periféricos” en experimentos con animales.

El Dr. Miles está entusiasmado con el uso de un micrófono inspirado en la web para detectar infrasonidos, que están por debajo del rango auditivo humano. Esto podría resultar útil para tareas como el seguimiento de tornados.

“Es muy difícil localizar el sonido de estas frecuencias tan bajas con micrófonos de presión”, afirmó. “Con un micrófono con sensor de velocidad, esto se podría hacer muy fácilmente”.

Los micrófonos inspirados en las arañas todavía tienen un largo camino por recorrer antes de que estén listos para un uso generalizado. Pero el equipo ya tiene una patente y el Dr. Miles asesora a una empresa canadiense que fabrica nuevos tipos de micrófonos.

Y si la investigación da frutos, tal vez los humanos finalmente puedan liberarse de los prejuicios que conducen a dispositivos inspirados en nuestros cuerpos, dando paso a más inventos extraídos de la forma en que las arañas y otras criaturas perciben el mundo.