Articles

hvordan hører insekter?

Mennesker og andre pattedyr samler lyder ved hjelp av trommehinnene som vibrerer feltkriketter og disse vibrasjonene overføres gjennom 3 små bein kalt ossikler til en struktur i det indre øret som kalles cochlea, og dette konverterer lydbølger ganske bokstavelig talt til hjernebølger. Men det viser seg at insekter kan lære oss en ting eller to om å føle lyder og til og med vise oss hvordan man bygger super små mikrofoner og høreapparater. Dette er Hjernebarnet Til Professor Daniel Robert som er forsker ved University Of Bristol.Daniel-vel, insekter hører gjennom små små organer, små små ører som også har trommehinder som er strukturert litt annerledes. Det som er interessant om insekter er deres mangfold fordi vi kan finne ører nesten overalt på kroppen-fra vingene til noen sommerfugler, brystet til noen fluer og beina til og med av noen crickets.

Chris – Når du sier at du kan finne små ører der, hvis du ser på de hørselsorganene, hvordan skiller de seg fra ørene mine for eksempel?

Daniel – Først og fremst er De mye mindre. Sneglehuset du har er omtrent en centimeter over. Disse ørene er ned til en halv millimeter eller enda mindre noen ganger. Nå er de også strukturert veldig annerledes. Selv om de gjør den samme jobben for crickets for eksempel, er ørene strukturert på en måte som vi ikke kunne forestille oss før. Chris-Nå snakket vi om disse tre små beinene, ossiklene-hammeren, ambolten og stigbøylen i et menneske. Har insekter også små bein?Daniel-For Oss, for å konvertere den akustiske bølgen som er i luften og skyve den energien inn i cochlea, krever vi den forsterkningen som mellomørebenene genererer, en slags smart 3-delt løftesystem som er ganske komplisert. I insekter finner vi ikke det. I disse spesielle sirisser, det vi finner er en enkel spaken system som gjør sentrifugering, men i mye, mye enklere måte anatomisk. Og det er et unntak, og vi var ganske glade for å finne ut fordi det gir oss en bestemt løsning på det samme problemet med forsterkning, men med et mye enklere system.

Chris – Når du sier et spaksystem, ville dette være litt som å jekke opp en bil. I utgangspunktet legger du en ting under bilhjulet og har et veldig langt håndtak, og du gjør i utgangspunktet jobben mye lettere å gjøre ved å ha et veldig langt håndtak. Insektene gjør disse lav-energi lydbølgene til vibrasjoner i høreapparatet ved å ha denne lignende typen spaksystem.

Daniel – Nøyaktig. Det er en god beskrivelse fordi med en veldig liten kraft i den ene enden av spaken, genererer du veldig stor kraft i den andre enden. Men den store kraften har en lang forskyvning hvis du vil, og den andre siden har en kort forskyvning. Men uansett hva, bilen kommer til å bli løftet. Det samme prinsippet gjelder for å skifte disse vibrasjonene inn i insektets indre øre. Det fungerer for en forferdelig masse frekvenser som er skjønnheten om det. Du kan ha lavere frekvenser og høyere frekvenser. Så der lærer vi mye om hvordan systemene som har utviklet seg i 200 millioner år, kan være svært effektive for å fange lyd på en måte som vi aldri har forestilt oss før.Chris-så målet ditt ville være å ta strukturen til hva en gresshopper bruker til å plukke opp lydbølger og konvertere dem til nervesignaler og kopiere det, slik at du i stedet kunne ha for eksempel en liten mikrofon.

Daniel – Nøyaktig. Vi ønsker å bli inspirert av prosessen som evolusjonen har kommet opp med, og kanskje mer spennende selv, er å låne en prosess fra en gresshopper, en annen prosess fra en flue, en annen fra en sommerfugl, og gjør noe av en kimær – en blanding mellom disse forskjellige prosessene som er gode på forskjellige ting-oppdager lydens retning , oppdager en fin amplitude, er veldig følsom, eller som vi sa før, å kunne presse det til en form for cochlea for å tegne en analyse av lydens forskjellige tonehøyde. Så med det kan vi generere små mikrofoner. Vi håper det vil etterligne det vi har lært av insektens små ører.Chris – Hvorfor tror du insekter har utviklet seg til å bruke dette systemet, og vi utviklet et annet system som det du sier er, viser seg å være mindre bra enn hva insektene har?

Daniel-Det er et veldig vanskelig spørsmål å svare på. Det vi vet om insekter er at de har under huden, omtrent overalt en mekanoreceptor. Det betyr små celler, små nevroner som er følsomme for små vibrasjoner. Så, hva insekter har som en fordel, å ha skjelettet utenfor i motsetning til oss, er at det bare kan tynnere litt av huden deres her, lage en liten spak der borte, de er veldig modulære og de er veldig fleksible i deres anatomi – et annet mangfold. Så som et resultat er det vi observerer i dag en rekke forskjellige løsninger på samme type – hvis du vil-ingeniørproblem som er deteksjon av lyd. Så, våre ører er dypt ned i skallen vår, og de er innebygd i store mengder væske. For insekter er dette ikke tilfelle. De er mye mindre og mye lettere, noe som gjør at de kan være mye mer følsomme og nøyaktige.Chris – Men gitt hvor små De er, betyr dette at de vil reagere veldig bra på høyfrekvente lyder, antar jeg. Men betyr det at hvis du skulle lage en mikrofon, modellere eller basert på insektstrukturen, ville det ha et problem å oppdage lavere frekvens, større bølgelengde lydbølger?Daniel-Insekter er veldig glade for å lytte til høye frekvenser, opptil 150 kilohertz, og påminner deg om at vi stopper ved 15 eller 20 kilohertz som mennesker. Så, insekter er veldig gode-spesielt crickets – ved å måle lydene som kommer fra flaggermus. Så det vi gjør er å trekke ut kunnskapen hvis du vil, og deretter skyve disse dataene inn i en matematisk modell i en datamaskin. Og så starter vi en annen prosess med optimalisering der vi i utgangspunktet spør det systemet vi har ved å modifisere aldri så litt noen biter av systemet som trommehinnen for å svare på lavere frekvenser. Vi prøver å tilpasse det til lavere frekvenser for å gjøre dette kompatibelt med menneskelig stemme, menneskelig hørsel.

Chris-Hvordan bygger du en plastmodell av et insektør?Daniel-Vel, for dette bruker vi nye verktøy som har vært tilgjengelige nå for en liten stund, og som kommer fra nanoteknologi. Noen veldig fancy 3D-skrivere som kan skrive ut svært små strukturer. Så vi brukte det, skalerte det opp litt og bygde det på små organer som er en halv millimeter eller en millimeter over som etterligner formen og formen til disse insektens ører. Og vi gjør den samme testen igjen som vi gjorde med det sanne insektet.Chris-Og Hvis du lykkes, og du kan produsere disse miniatyrmikrofonene, hvilken applikasjon vil du ha for dem, og hvorfor vil de være bedre enn det vi har for øyeblikket?Daniel-vårt håp her er å kunne låne det beste av forskjellige arter, lage en mikrofon som vil fungere litt som et cricketør og deretter innlemme hva fluer gjør med lyd for retningsbestemmelse. Og så på slutten, kanskje ha en mikrofon eller to, eller tre, eller kanskje 10 i en pakke, og legg den i et høreapparat for å kunne gjøre det vi kaller auditiv sceneanalyse. En mikrofon som ville være smart nok, intelligent nok i biomimetisk forstand til å oppdage lyder som kanskje normale mikrofoner med bare en membran ikke klarer å oppdage. Så, vi kommer dit. Vi er ikke helt der ennå, men vi tror at vi har her en løsning inspirert av naturen som kan være nyttig for auditive prosesser faktisk.