Le caratteristiche dell'udito direzionale di una falena ispira gli scienziati nel progettare sofisticate strutture acustiche passive direzionali
Quando la maggior parte delle persone pensa ai microfoni, pensa a quelli che usano i cantanti o che si potrebbero trovare in una macchina per il karaoke. Tuttavia, non ci si rende conto che ci sono microfoni molto più piccoli intorno a noi. Gli smartphone attuali hanno circa tre o quattro microfoni piccoli. La miniaturizzazione dei microfoni è quindi un desiderio nello sviluppo tecnologico.
Questi microfoni sono strategicamente posizionati per ottenere la direzionalità. Ciò significa che l'obiettivo del microfono è eliminare il rumore indesiderato proveniente da direzioni diverse da quella dell'altoparlante, nonché rilevare e trasmettere il segnale sonoro. Anche per gli utenti di impianti uditivi questa funzionalità è auspicabile. Idealmente, vuoi essere in grado di dire da quale direzione proviene un suono, come fanno le persone con problemi di udito.
Ma trattare con piccole dimensioni e direzionalità presenta problemi. Le persone con problemi di udito possono capire da dove proviene il suono confrontando l'input ricevuto da ciascuna delle nostre orecchie, sedendosi opportunamente ai lati opposti delle nostre teste e quindi ricevendo suoni in momenti leggermente diversi e con intensità diverse. Il cervello può fare i conti e calcolare da quale direzione deve provenire il suono. Il problema è che, per utilizzare questo trucco, sono necessari due microfoni separati, quindi il tempo di arrivo e la differenza di intensità non sono trascurabili, e questo va contro la miniaturizzazione del microfono.
Cosa fare se vuoi un microfono piccolo ma direzionale, allora?
Quando cercano ispirazione per nuove soluzioni, gli scienziati spesso guardano alla natura, dove l'efficienza energetica e la semplicità dei progetti hanno la priorità nell'evoluzione. Gli insetti sono uno di questi esempi che affronta la sfida dell'udito direzionale su piccola scala. I ricercatori hanno scelto di osservare la falena della cera minore, nota per avere un udito direzionale negli anni '80. I maschi emettono un richiamo di accoppiamento che le femmine possono seguire anche quando una delle loro orecchie è forata. Ciò implica che, invece di usare entrambe le orecchie come fanno gli umani, l'udito direzionale di queste falene si ottiene con un solo orecchio.
L'ipotesi di lavoro è che la direzionalità debba essere raggiunta dalla forma asimmetrica e dalle caratteristiche dell'orecchio stesso della falena. Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno progettato un modello che assomiglia all'orecchio della falena e hanno verificato come si comportava quando esposto al suono. Il modello è costituito da una sottile membrana ellittica con due metà di diverso spessore. Per questo, hanno utilizzato una stampante 3D commerciale prontamente disponibile che consente la personalizzazione del design e la fabbricazione di campioni in poche ore. I campioni sono stati quindi posti su una superficie rotante ed è stato studiato il comportamento della membrana in risposta al suono proveniente da diverse direzioni. Si è riscontrato che la membrana si muove di più quando il suono proviene da una direzione piuttosto che da tutte le altre, il che significa che la struttura è quindi passivamente direzionale.
Descrizione foto: Esemplare di falena della cera minore. Immagine per gentile concessione di Birgit E. Rhode (CC BY 4.0). - Credit: Image courtesy of Birgit E. Rhode (CC BY 4.0).
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A moth’s ear inspires directional passive acoustic structures