Звукопоглощающие обои, вдохновлённые крыльями бабочек, стали ближе после открытия

Учёные из Бристольского университета обнаружили, что чешуйки на крыльях ночных бабочек (мотыльков) действуют как превосходные поглотители звука, даже будучи размещёнными на искусственной поверхности.

Исследователи, ранее выяснившие, что крылья мотыльков обеспечивают акустическую защиту от эхолокационных сигналов летучих мышей, изучили, может ли их структура стать основой для более эффективных звукопоглощающих панелей в статичном положении.

Летучие мыши и мотыльки вовлечены в акустическую гонку вооружений между хищником и жертвой с тех пор, как мыши развили эхолокацию около 65 миллионов лет назад. Мотыльки испытывают огромное давление со стороны хищников и развили множество защитных механизмов. Ключом к преобразованию шумоподавляющих технологий оказались именно чешуйки на крыльях.

Профессор Марк Холдерид и его команда проверили это, разместив небольшие участки крыльев мотылька на алюминиевом диске, а затем систематически оценив, как ориентация крыла относительно источника звука и удаление слоёв чешуек влияют на поглощение.

Удивительно, но крылья мотыльков оказались отличными поглотителями звука даже на акустически твёрдой подложке, поглощая до 87% входящей звуковой энергии. Эффект является широкополосным и всенаправленным, охватывая широкий диапазон частот и углов падения звука.

"Что ещё более впечатляет, крылья делают это, будучи невероятно тонкими: слой чешуек составляет лишь 1/50 от толщины длины звуковой волны, которую они поглощают", — пояснил ведущий автор доктор Томас Нейл. Эта выдающаяся производительность позволяет классифицировать крыло мотылька как природную акустическую поглощающую метаповерхность — материал с уникальными свойствами, недостижимыми для обычных материалов.

Потенциал создания ультратонких звукопоглощающих панелей имеет огромное значение для строительной акустики. По мере роста шума в городах растёт потребность в эффективных и ненавязчивых решениях. Такие лёгкие панели также могут оказать большое влияние на транспортную отрасль, повышая эффективность и снижая расход топлива и выбросы CO₂ за счёт экономии веса в самолётах, автомобилях и поездах.

Исследование опубликовано в Proceedings of the Royal Society A: Mathematical and Physical Sciences. Сейчас учёные планируют воспроизвести звукопоглощающие свойства, создав прототипы на основе механизмов, используемых мотыльком. Охарактеризованное поглощение происходит в ультразвуковом диапазоне, выше слышимого человеком. Следующая задача — создать структуру, работающую на более низких частотах, сохранив ту же ультратонкую архитектуру.

"Мотыльки вдохновят следующее поколение звукопоглощающих материалов. Новые исследования показывают, что однажды станет возможным покрыть стены вашего дома ультратонкими звукопоглощающими обоями, используя дизайн, копирующий механизмы, обеспечивающие мотылькам акустическую маскировку", — заключил профессор Холдерид.