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昆虫はどのように聞くのですか?

人間や他の哺乳類は、振動する鼓膜を使用して音を収集しますフィールドコオロギそして、これらの振動は、蝸牛と呼ばれる内耳の構造に耳小骨と呼ばれる3つの小さな骨を介して伝達され、これは音波を文字通り脳波に変換します。 しかし、昆虫は私たちに音を感知することについて何か二つを教え、超小型マイクや補聴器を構築する方法を示すことさえできるかもしれないこと これはブリストル大学の研究者であるDaniel Robert教授の発案によるものです。

ダニエル-まあ、昆虫は小さな小さな器官、少し違った構造の鼓膜を持っている小さな小さな耳を通して聞きます。 昆虫について興味深いのは、いくつかの蝶の羽、いくつかのハエの胸、さらにはいくつかのコオロギの足から、体のほぼすべての耳を見つけることがでクリス-あなたがそこに小さな耳を見つけることができると言うとき、あなたがそれらの聴覚器官を見れば、例えば私の耳とどのように違うのですか?

ダニエル-まず第一に、彼らははるかに小さいです。

ダニエル-まず第一に、彼らははるかに小さいです。

あなたが持っている蝸牛はおよそセンチメートルです。 これらの耳は、時には半分ミリメートルまたはさらに小さいにダウンしています。 今、彼らはまた、非常に異なる構造です。 彼らは例えばコオロギのもののために同じ仕事をしているにもかかわらず、彼らの耳は、我々は前に想像できなかった方法で構成されています。

クリス-さて、私たちはこれらの三つの小さな骨、耳小骨-ハンマー、アンビル、人間の鐙について話しました。 昆虫にも小さな骨がありますか?

ダニエル-私たちにとって、空気中の音波を変換し、そのエネルギーを蝸牛に押し込むためには、中耳の骨が生成している増幅、かなり複雑な巧妙な3部 昆虫では、我々はそれを見つけることはありません。 これらの特定のコオロギでは、私たちが見つけるのは、遠心分離を行うシンプルなレバーシステムですが、はるかに簡単な方法で解剖学的に。 そして、それは例外のようなものだと私たちはそれが私たちに増幅の同じ問題に特定の解決策を与えるので、見つけるためにかなり興奮していたが、クリス-レバーシステムと言うと、これは車を持ち上げるようなものになります。

クリス-レバーシステムと言うと、これは車を持ち上げるようなものです。

クリス-レバーシステムと言うと 基本的に、あなたは車の車輪の下に一つのことを入れて、非常に長いハンドルを持っている、とあなたは基本的に非常に長いハンドルを持つことに 昆虫は、このような種類のレバーシステムを持つことによって、これらの低エネルギーの音波を聴覚器官の振動に変えています。

ダニエル-正確に。 レバーの一方の端に非常に小さな力があると、もう一方の端に非常に大きな力が発生するため、これは良い説明です。 しかし、あなたが望むならば、大きな力は長い変位を持ち、反対側は短い変位を持っています。 しかし、何があっても、あなたの車は持ち上げられるつもりです。 同じ原理が、これらの振動を昆虫の内耳にシフトさせることにも適用される。 それはそれについての美しさである周波数の非常に多くのために働きます。 あなたは、より低い周波数と高い周波数を持つことができます。 そこで、2億年にわたって進化してきたシステムが、想像もしなかった方法で音をキャプチャするのに非常に効率的であることについて多くのことを学びます。クリス-だから、あなたの目標は、バッタが音の波をピックアップし、神経信号に変換し、それをコピーするために使用するものの構造を取ることです。

ダニエル-正確に。 私たちは進化が生み出したプロセスに触発されたいと思っていますそしてもっと興奮しているのはバッタから一つのプロセスを借りてハエから別のプロセスを借りて蝶から別のプロセスを借りてキメラを作りますこれらの異なるプロセスの間でミックスされています音の方向を検出し、素敵な振幅を検出し、非常に敏感であるか、または前に言ったように、それを何らかの形の蝸牛に押し込み、音の異なるピッチの分析を描くことができます。 だから、我々は小さなマイクを生成することができます。 私たちは、それが私たちが昆虫の小さな耳から学んだことをエミュレートすることを願っています。クリス-なぜあなたは昆虫がこのシステムを使用するように進化したと思いますか、そして私たちはあなたが言っていることは、昆虫が持っているもダニエル-それは答えるのが非常に難しい質問です。

ダニエル-それは答えるのが非常に難しい質問です。

たちが昆虫について知っていることは、彼らが彼らの皮膚の下に、ちょうど約どこでも機械受容体を持っているということです。 それは小さな細胞、小さな振動に敏感な小さなニューロンを意味します。 昆虫が利点として持っているのは私たちとは対照的に骨格を外に持つことですここでは皮膚を少し薄くし、そこに小さなレバーを作ることができます。 その結果、今日私たちが観察しているのは、音の検出である同じ種類の工学的問題に対する一連の異なる解決策です。 だから、私たちの耳は私たちの頭蓋骨の奥深くにあり、彼らは膨大な量の液体に埋め込まれています。 昆虫の場合、これはそうではありません。 それらはそれらがはるかに敏感、正確であるようにする大いにより小さく、大いにより軽い。Chris-しかし、彼らがどれほど小さいかを考えると、これは彼らが高周波音に非常によく反応することを意味します、私は推測するでしょう。

Chris-しかし、 しかし、それはあなたがマイクを作るために、モデリングや昆虫の構造に基づいていたことを意味し、それはより低い周波数、より大きな波長の音波を検出する問題を抱えているだろうか?

ダニエル-昆虫は、我々は人間として15または20キロヘルツで停止することを思い出させ、150キロヘルツまで、高周波数に耳を傾けることは非常に満足 だから、昆虫は非常に良いです-特にコオロギ-コウモリから来る音を測定することで。 そこで私たちが行うことは、必要に応じて知識を抽出し、このデータをコンピュータの数学モデルにプッシュすることです。 そして、私たちは、より低い周波数に応答するために鼓膜のようなシステムのいくつかのビットを少し変更することによって、基本的に私たちが持っているそのシステムを求める最適化の別のプロセスを開始します。 私たちは、人間の声、人間の聴覚と互換性を持たせるために、それをより低い周波数に適応させようとしています。クリス-どのようにあなたは昆虫の耳のプラスチックモデルを構築するのですか?

ダニエル-まあ、このために、我々は少しの間、今利用可能であり、ナノテクノロジーから来た新しいツールを使用しています。 非常に小さな構造を印刷することができ、いくつかの非常に派手な3Dプリンタ。 そこで私たちはそれを使って少しスケールアップし、これらの昆虫の耳の形や形を模倣した半ミリメートルまたはミリメートルの小さな器官の上に構築しました。 そして、私たちは真の昆虫と同じように再び同じテストを行います。

クリス-そして、あなたが成功していると、あなたはこれらのミニチュアマイクを生成することができた場合、あなたは彼らのためにどのようなア

ダニエル-ここで私たちの希望は、さまざまな種の最高を借りて、クリケットの耳のように少し動作するマイクを作り、ハエが方向性のために音でやっていることを組み込むことができるようにすることです。 そして最後に、おそらく一つのパッケージにマイクまたは二、三、またはおそらく10を持って、私たちが聴覚シーン分析と呼ぶものを行うことができるよう 一つの膜だけを持つ通常のマイクが検出できない音を検出するために、バイオミメティックな意味で十分に賢い、十分にインテリジェントなマイク。 だから、私たちはそこに着いています。 私たちはまだそこにはいませんが、自然に触発された解決策があり、実際に聴覚プロセスに役立つ可能性があると考えています。