飞蛾的翅膀——天然的吸音超材料学术资讯

左图是姬透目天蚕蛾（上）和统帅青凤蝶（下）的合成图像，右图是超声波回声的声学图像。可见蛾的翅膀比蝴蝶翅膀的回声弱。

栎枯叶蛾翅膀横断面的伪彩3D图像，基鳞片为橙色，覆盖鳞片为蓝色和黄色。

英国布里斯托大学的研究人员发现，在长达6500万年的进化“军备竞赛”中，飞蛾的翅膀进化成了天然的超材料。它能够在保持轻盈的同时吸收超声波，从而躲避利用超声波回声定位的捕食者——蝙蝠。

这一发现将帮助材料科学家、声学家和声纳工程师设计具有超深亚波长性能的仿生吸声器。相关论文于当地时间11月23日在《美国国家科学院院刊》杂志中发表。

值得注意的是，研究人员已经确定，这是第一种已知的天然超材料。传统的超材料通常是指物理性能超过现有自然材料的人工复合材料。自然产生的超材料极其罕见，过去在声学世界中从未被描述过。

今年早时，行为声学和感觉生态专家Marc Holderied博士等曾报告，飞蛾进化出了1.5毫米厚的鳞片保护层作为多孔吸声器，能够吸收传入声音能量的85%来躲避蝙蝠捕食。然而，这种保护层会增加翅膀厚度，影响飞蛾的飞行能力。

在新研究中，研究小组发现，飞蛾翅膀上的鳞片保护层已经进化成了超薄“共振吸收器”，它的厚度比吸收声波长度小100倍，这样，飞蛾就可以在保持轻盈的同时，有效地躲避蝙蝠的回声定位。

“最令人惊讶的是, 飞蛾翅膀的‘共振器’可以吸收所有蝙蝠频率，它们将调谐到不同频率的多个谐振器组装，形成一组吸收器，作为声学超材料共同实现宽带吸收。这种宽带吸收对于超薄翅膀而言是很难实现的，因此特别引人注目，”首席研究员Holderied博士说，“根据这项研究，将来我们也许可以制造出更轻薄、用途更广的吸音‘墙纸’，并将其应用于家中及办公室中。”

科界原创

编译：花花

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《美国国家科学院院刊》

期刊编号：0027-8424

原文链接：

https://phys.org/news/2020-11-moths-evolutionary-arms-sophisticated-wing.html