Ученим вдалося перетворити павутину на музику

Павуки значною мірою покладаються на дотик, щоб відчувати навколишній світ. Їхні тіла та ноги вкриті крихітними волосками та щілинами, які можуть розрізняти різні види вібрації. Будь-яка здобич, що потрапляє в павутину, видає вібраційний шум, який зовсім інший, ніж інший павук, що приходить до неї, або, наприклад, подих вітерця. Кожна нитка павутини створює різний тон.

Кілька років тому вчені перевели тривимірну структуру павутини в музику, працюючи з художником Томасом Сарасено над створенням інтерактивного музичного інструменту під назвою Spider’s Canvas.

У 2021 році команда вдосконалила та розвинула цю попередню роботу, додавши інтерактивний компонент віртуальної реальності, щоб дозволити людям входити в Інтернет і взаємодіяти з ним. За словами вчених, це дослідження не тільки допоможе їм краще зрозуміти тривимірну архітектуру павутини, але навіть може допомогти нам вивчити вібраційну мову павуків.

«Павук живе в середовищі вібруючих струн», — сказав інженер Маркус Бюлер з MIT. «Вони погано бачать, тому відчувають свій світ через вібрації, які мають різні частоти».

Коли ви думаєте про павутину, ви, швидше за все, думаєте про павутину кулі: плоска, кругла, з радіальними спицями, навколо яких павук будує спіральну мережу. Однак більшість павутинних павутин не є такими, а побудовані в трьох вимірах, як, наприклад, листові павутини, сплутані павутини та воронкоподібні павутини.

Щоб дослідити структуру цих видів павутини, команда помістила тропічного павука-шатра (Cyrtophora citricola) у прямокутний корпус і чекала, поки він заповнить простір тривимірною павутиною. Потім вони використали листовий лазер для освітлення та створення зображень високої чіткості двовимірних поперечних перерізів павутини.

Потім спеціально розроблений алгоритм зібрав 3D-архітектуру мережі з цих 2D-перерізів. Щоб перетворити це на музику, різні звукові частоти були розподілені для різних ниток. Згенеровані таким чином ноти відтворювалися за шаблонами на основі структури мережі.

Вони також сканували павутину під час її обертання, перетворюючи кожен крок процесу на музику. Це означає, що ноти змінюються разом зі зміною структури павутини, і слухач може почути процес побудови павутини; наявність запису про покроковий процес означає, що ми також можемо краще зрозуміти, як павуки будують 3D-павутину без допоміжних структур – навичка, яку можна використовувати, наприклад, для 3D-друку.

«Середовище віртуальної реальності справді інтригує, оскільки ваші вуха вловлюють структурні особливості, які ви можете побачити, але не відразу розпізнати», — пояснив Бюлер. «Почувши це і побачивши це одночасно, ви дійсно зможете зрозуміти середовище, в якому живе павук».

Це VR-середовище з реалістичною веб-фізикою дає дослідникам змогу зрозуміти, що відбувається, коли вони також возяться з частинами Інтернету. Розтягніть пасмо, і її тон зміниться. Зламайте один і подивіться, як це вплине на інші пасма навколо нього. Це також може допомогти нам зрозуміти архітектуру павутини та чому вони побудовані саме так.

І, що, мабуть, найбільш захоплююче, ця робота дозволила команді розробити алгоритм визначення типів вібрацій павутини, переводячи їх у «здобич у пастці», «павутину будують», або «інший павук прибув із любовними намірами»». За словами вчених, це є основою для того, щоб навчитися розмовляти павуків – принаймні, тропічних павуків-наметів.

«Тепер ми намагаємося генерувати синтетичні сигнали, щоб в основному розмовляти мовою павука», — сказав Бюлер. «Якщо ми піддамо їх певним патернам ритмів або вібрацій, чи зможемо ми вплинути на те, що вони роблять, і чи зможемо ми почати з ними спілкуватися? Це справді захоплюючі ідеї».