Що може почути комаха? Як не дивно, досить багато. Хоча вони малі й прості, їхні слухові системи дуже ефективні. Наприклад, з мембраною лише 2 міліметри в поперечнику пустельна сарана може розкладати частоти, які можна порівняти з людськими можливостями. Розуміючи, як комахи сприймають звук, і використовуючи технологію 3D-друку для створення спеціальних матеріалів, можна розробити мініатюрні мікрофони, натхненні біотехнологіями.
Ендрю Рейд з Університету Стратклайда у Великобританії представив свою роботу зі створення таких мікрофонів, які можуть автономно збирати акустичні дані з невеликим енергоспоживанням. Його презентація «Неприродний слух — 3D-друк функціональних полімерів як шлях до мікрофонного дизайну, натхненного біотехнологіями», відбулася в середу, 10 травня, в рамках 184-ї зустрічі Акустичного товариства Америки.
«Вуха комах є ідеальними шаблонами для зниження витрат на енергію та передачу даних, зменшення розміру датчиків і усунення обробки даних», — сказав Рейд.
Команда Рейда черпає натхнення з вух комах різними способами. На хімічному та структурному рівнях дослідники використовують технологію 3D-друку для виготовлення спеціальних матеріалів, які імітують мембрани комах. Ці синтетичні мембрани є високочутливими та ефективними акустичними датчиками. Без 3D-друку традиційним кремнієвим мікрофонам бракує необхідної гнучкості та налаштування.
«На зображеннях наш мікрофон виглядає як будь-який інший мікрофон. Механічний елемент — це проста діафрагма, можливо, трохи незвичайної еліпсоїдної або прямокутної форми», — сказав Рейд. «Цікаві деталі відбуваються на мікромасштабі з невеликими варіаціями товщини та пористості, і на наномасштабі з варіаціями властивостей матеріалу, таких як податливість і щільність матеріалу».
Більше, ніж просто матеріал, весь процес збору даних натхненний біологічними системами. На відміну від традиційних мікрофонів, які збирають низку інформації, ці мікрофони призначені для виявлення певного сигналу. Цей спрощений процес схожий на те, як нервові закінчення виявляють і передають сигнали. Спеціалізація датчика дозволяє йому швидко розпізнавати тригери, не споживаючи багато енергії та не потребуючи нагляду.
Сенсори, створені за біологічним принципом, з їх невеликим розміром, автономною функцією та низьким енергоспоживанням ідеально підходять для застосувань, які є небезпечними або важкодоступними, включаючи місця, вбудовані в конструкції або всередині тіла людини.
Технології 3D-друку, натхненні біотехнологіями, можна застосувати для вирішення багатьох інших завдань, включаючи роботу над органоїдами гематоенцефалічного бар’єра або ультразвуковий структурний моніторинг.