La araña Itsy Bitsy inspiró un micrófono

Los ingenieros y científicos sienten una fascinación duradera por la seda de araña. Similar a la típica seda de gusano de seda con la que se fabrican las sábanas cómodas, pero mucho más resistente, el material inspiró la invención de chalecos antibalas más ligeros y transpirables y de materiales que podrían fortalecer los componentes de los aviones sin añadir peso. Los investigadores incluso están utilizando ejemplos de telas de araña para diseñar micrófonos sensibles que algún día podrían usarse para tratar la pérdida auditiva y la sordera y para mejorar otros dispositivos auditivos.

Las arañas usan sus telas como enormes tímpanos externos. Un equipo de científicos de la Universidad de Binghamton y la Universidad de Cornell informó en 2022 que las redes permiten a los arácnidos detectar sonidos a 10 pies de distancia.

Cuando escuchas un sonido a través de tu oído, lo que en realidad estás experimentando son cambios en la presión del aire que hacen que el tímpano vibre. Así funcionan los micrófonos: imitando el oído humano y vibrando en respuesta a la presión.

Las telarañas tienen un propósito similar pero utilizan un mecanismo diferente.

En lugar de vibrar cuando son golpeados por una onda de presión, como una baqueta golpeando el parche de un tambor, se mueven con el flujo de aire cambiante. El aire es un medio fluido “como la miel”, afirmó Ronald Miles, profesor de ingeniería mecánica en Binghamton. Los humanos navegan por este entorno sin notar mucha resistencia, pero las fibras de seda son azotadas por la velocidad de las fuerzas viscosas en el aire.

El Dr. Miles no pudo evitar preguntarse si este principio podría conducir a un nuevo tipo de micrófono.

“Los seres humanos son animales arrogantes”, afirmó. “Fabrican dispositivos que funcionan como ellos”. Pero se preguntó si construir un dispositivo que se pareciera más a una araña y sintiera “el sonido con el movimiento del aire”.

Él y sus colegas, entre ellos Jian Zhou, también profesor de ingeniería mecánica en Binghamton, y Junpeng Lai, investigador postdoctoral, diseñaron y construyeron un micrófono inspirado en los principios de la seda de araña natural. Presentaron su investigación el jueves en la 186ª reunión de la Sociedad Estadounidense de Acústica en Ottawa.

El dispositivo de los investigadores consiste en un eje en voladizo extremadamente delgado (como un trampolín) hecho de silicio que responde a las diminutas fluctuaciones en el flujo de aire creadas por el sonido. Para convertirlo en algo que los humanos puedan sentir, un láser mide los movimientos sutiles de la varilla, como una araña decodificando su tela.

Una desventaja de los típicos micrófonos sensores de presión, dijo el Dr. Miles, es que mejorarlos a menudo significa hacerlos más grandes. Piense en los grandes micrófonos que ve en un estudio de grabación, en comparación con los delgados auriculares que usa un orador motivacional. Con un micrófono inspirado en una araña que responde al flujo de aire en lugar de a la presión, dijo el Dr. Miles, “puedes hacerlo un poco más pequeño sin pagar un precio”.

Ayudar a las personas a sentir podría ser el siguiente paso natural.

De manera algo contradictoria, nuestros oídos emiten sonidos cuando vibran en respuesta a la presión. Con financiación de los Institutos Nacionales de Salud, el equipo del Dr. Miles desarrollará una sonda que mida estas emisiones otoacústicas muy silenciosas. Esto podría ayudar a detectar problemas de audición en el oído de un niño de forma temprana, por ejemplo, y “luego se podrán iniciar tratamientos para este problema”, afirmó el Dr. Miles.

Otra ventaja de detectar el flujo de aire en lugar de la presión para medir el sonido es que puede usarse para localizar la fuente del sonido. Esto podría mejorar los audífonos diseñados para captar sonidos provenientes de una ubicación específica en un ambiente ruidoso, añadió el Dr. Miles.

Anna Rising, investigadora de la seda de araña en el Instituto Karolinska de Suecia, que no participó en el estudio, está de acuerdo en que la seda de araña tiene posibles aplicaciones médicas. Es conocido por su robustez, dijo, pero también es “bien tolerado cuando se implanta y se ha demostrado que permite la regeneración de los nervios periféricos” en experimentos con animales.

El Dr. Miles está entusiasmado de utilizar un micrófono inspirado en la web para detectar infrasonidos, que están por debajo del rango del oído humano. Esto podría resultar útil para tareas como la vigilancia de tornados.

“Poder localizar el sonido de esas frecuencias tan bajas es realmente difícil con micrófonos de presión”, dijo. “Con un micrófono con sensor de velocidad, esto se podría hacer muy fácilmente”.

Los micrófonos inspirados en las arañas todavía tienen un largo camino por recorrer antes de que estén listos para el uso generalizado. Pero el equipo ya tiene una patente y el Dr. Miles está asesorando a una empresa canadiense en la construcción de nuevos tipos de micrófonos.

Y si la investigación da frutos, tal vez los humanos finalmente puedan liberarse de los prejuicios que conducen a dispositivos inspirados en nuestros cuerpos, dando paso a más inventos extraídos de la forma en que las arañas y otras criaturas perciben el mundo.

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