تقنية

لقد ألهمت لعبة Itsy Bitsy Spider الميكروفون


المهندسون والعلماء لديهم انبهار دائم بحرير العنكبوت. على غرار الحرير الدودي النموذجي الذي يُصنع من ملاءات الأسرة المريحة، ولكنه أكثر صلابة، فقد ألهمت هذه المادة اختراع دروع للجسم أخف وزنًا وأكثر تنفسًا ومواد يمكن أن تجعل مكونات الطائرة أقوى دون إضافة وزن. بل إن الباحثين يستخدمون أمثلة مستمدة من شبكات العنكبوت لتصميم ميكروفونات حساسة يمكن استخدامها يومًا ما لعلاج فقدان السمع والصمم ولتحسين أجهزة الاستماع الأخرى.

تستخدم العناكب شبكاتها مثل طبلة الأذن الخارجية الضخمة. أفاد فريق من العلماء من جامعة بينجهامتون وجامعة كورنيل في عام 2022 أن الشبكات تسمح للعناكب باكتشاف الصوت من مسافة 10 أقدام.

عندما تسمع صوتًا عبر أذنك، فإن ما تشعر به حقًا هو تغيرات في ضغط الهواء تؤدي إلى اهتزاز طبلة الأذن. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الميكروفونات: من خلال محاكاة الأذن البشرية والاهتزاز استجابة للضغط.

تخدم شبكات العنكبوت غرضًا مشابهًا ولكنها تستخدم آلية مختلفة.

فبدلاً من الاهتزاز عند التعرض لموجة من الضغط مثل اصطدام العصا برأس الطبلة، فإنها تتحرك مع إزاحة تدفق الهواء. وقال رونالد مايلز، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة بينغهامتون، إن الهواء عبارة عن وسط سائل “مثل العسل”. يتنقل البشر في هذه البيئة دون أن يلاحظوا مقاومة كبيرة، لكن ألياف الحرير تتطاير بفعل سرعة قوى اللزوجة في الهواء.

لم يستطع الدكتور مايلز إلا أن يتساءل عما إذا كان هذا المبدأ يمكن أن يؤدي إلى نوع جديد من الميكروفونات.

وأضاف: “البشر نوع من الحيوانات المتعجرفة”. “إنهم يصنعون الأجهزة التي تعمل بنفس الطريقة التي يعملون بها.” لكنه تساءل عن بناء جهاز يشبه العنكبوت ويستشعر “الصوت مع حركة الهواء”.

قام هو وزملاؤه – بما في ذلك جيان تشو، وهو أيضًا أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة بينجهامتون، وجونبينج لاي، باحث ما بعد الدكتوراه – بتصميم وبناء ميكروفون مستوحى من مبادئ حرير العنكبوت الطبيعي. وقد قدموا أبحاثهم يوم الخميس في الاجتماع رقم 186 للجمعية الصوتية الأمريكية في أوتاوا.

يتكون جهاز الباحثين من عمود ناتئ رفيع للغاية (مثل لوح الغوص) مصنوع من السيليكون الذي يستجيب للتقلبات الدقيقة في تدفق الهواء الناتج عن الصوت. ولتحويل ذلك إلى شيء يمكن للبشر سماعه، يقيس الليزر حركات العمود الدقيقة، مثل فك العنكبوت لشبكته.

قال الدكتور مايلز إن عيب الميكروفونات النموذجية التي تستشعر الضغط هو أن جعلها أفضل يعني في كثير من الأحيان جعلها أكبر. فكر في الميكروفونات الكبيرة التي تراها في استوديو التسجيل، مقارنة بسماعات الرأس الطويلة التي يستخدمها المتحدث التحفيزي. باستخدام ميكروفون مستوحى من العنكبوت يستجيب لتدفق الهواء بدلاً من الضغط، قال الدكتور مايلز: «يمكنك جعله أصغر قليلاً دون دفع ثمن».

قد تكون مساعدة الناس على السمع هي الخطوة الطبيعية التالية.

وعلى نحو يتعارض مع الحدس إلى حد ما، تصدر آذاننا أصواتًا عندما تهتز استجابة للضغط. وبتمويل من المعاهد الوطنية للصحة، سيقوم فريق الدكتور مايلز بتطوير مسبار يقيس هذه الانبعاثات الصوتية الهادئة للغاية. وقال الدكتور مايلز إن ذلك يمكن أن يساعد في الكشف المبكر عن مشاكل السمع في أذن الرضيع، على سبيل المثال، و”بعد ذلك يمكنهم البدء في علاجها”.

ميزة أخرى لاستشعار تدفق الهواء بدلاً من الضغط لقياس الصوت هي أنه يمكن استخدامه لتحديد مصدر الصوت. وأضاف الدكتور مايلز أن هذا يمكن أن يحسن أدوات السمع المصممة لالتقاط الأصوات القادمة من مكان معين في بيئة صاخبة.

ووافقت آنا رايزينج، الباحثة في حرير العنكبوت في معهد كارولينسكا في السويد والتي لم تشارك في الدراسة، على أن حرير العنكبوت له تطبيقات طبية محتملة. وقالت إنها معروفة بصلابتها، ولكنها أيضًا “تتحمل جيدًا عند زرعها، وقد ثبت أنها تمكن من تجديد الأعصاب الطرفية” في التجارب على الحيوانات.

الدكتور مايلز متحمس لاستخدام ميكروفون مستوحى من الويب للكشف عن الموجات فوق الصوتية، والتي تكون أقل من نطاق السمع البشري. قد يكون ذلك مفيدًا لمهام مثل تتبع الأعاصير.

وقال: “إن القدرة على تحديد موقع صوت تلك الترددات المنخفضة للغاية أمر صعب للغاية باستخدام الميكروفونات التي تعمل بالضغط”. “باستخدام ميكروفون يستشعر السرعة، يمكنك القيام بذلك بسهولة شديدة.”

أمام الميكروفونات المستوحاة من العنكبوت طريق طويل لتقطعه قبل أن تصبح جاهزة للاستخدام السائد. لكن الفريق لديه بالفعل براءة اختراع، ويقدم الدكتور مايلز المشورة لشركة كندية في بناء أنواع جديدة من الميكروفونات.

وإذا أتى البحث بثماره، فربما يتحرر البشر أخيرًا من التحيزات التي تؤدي إلى أجهزة مستوحاة من أجسادنا، مما يفسح المجال لمزيد من الاختراعات المستمدة من كيفية رؤية العناكب والمخلوقات الأخرى للعالم.



المصدر

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى