Komary od dawna fascynują naukowców ze względu na ich wyjątkowe zdolności sensoryczne. Choć nie mają uszu, ich czułki są niezwykle wrażliwymi narzędziami do wykrywania dźwięków. Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół naukowców z Purdue University pokazują, że struktura czułek tych owadów pozwala im selektywnie rozpoznawać określone częstotliwości dźwięków, np. trzepot skrzydeł potencjalnych partnerów lub dźwięki wydawane przez drapieżniki.
Czytaj też: Nowa metoda walki z komarami. Naukowcy wykorzystali ich słaby punkt
Profesor Pablo Zavattieri, specjalista od inżynierii materiałowej, wraz z zespołem badaczy odtwarza te unikalne struktury w warunkach laboratoryjnych, aby lepiej zrozumieć ich działanie. Dzięki temu uczeni mają nadzieję na opracowanie nowoczesnych czujników akustycznych inspirowanych biologią, które mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach. Szczegóły opisano w czasopiśmie Acta Biomaterialia.
Czułki komarów pomogą stworzyć superczułe sensory
Czułki, nazywane również antenami, to parzyste narządy zmysłowe znajdujące się na głowie owadów. Pełnią kluczową rolę w odbieraniu bodźców ze środowiska, takich jak zapachy, smaki, wibracje, temperatura, a w niektórych przypadkach także dźwięki. W zależności od gatunku, czułki mogą mieć różne kształty, np. nitkowate (motyle), pierzaste (ćmy), ząbkowane (chrząszcze), czy maczugowate (motyle dzienne). Komary mają jedne z najbardziej wyrafinowanych narządów zmysłowych, pozwalające odbierać im dźwięki.
Czytaj też: Nowa metoda wykrywania nowotworów. Owady zamienione w cyborgi
Kluczową rolę odgrywa tutaj narząd Johstona, umiejscowiony w pedicelu (trzonku czułka). To struktura zawierająca liczne neurony mechanosensoryczne, które reagują na określone częstotliwości drgań. Samce komarów są szczególnie wyczulone na dźwięki generowane przez skrzydła samic, co pozwala im odnaleźć partnerki do rozrodu nawet w hałaśliwym otoczeniu. Badania wykazały, że komary mogą odbierać dźwięki w szerszym zakresie częstotliwości, niż wcześniej sądzono. Oznacza to, że ich zdolności słuchowe mogą być jeszcze bardziej zaawansowane, co czyni je unikalnymi wśród owadów.
Prof. Pablo Zavattieri z Purdue University mówi:
Wyciąganie inspiracji z natury i wykorzystywanie jej do zaawansowanych badań naukowych jest podstawą inżynierii od jej początków. Nasza praca to kolejny krok w tym kierunku.
Badacze wykorzystali zaawansowane techniki obrazowania, w tym mikrotomografię komputerową (micro-CT), aby stworzyć szczegółowe modele 3D struktur sensorycznych owadów. Na ich podstawie odkryli, że unikalne ułożenie i morfologia drobnych włosków czuciowych na czułkach komarów umożliwiają im wykrywanie określonych dźwięków z wysoką precyzją. To odkrycie otwiera drogę do stworzenia czujników, które mogłyby dostosowywać swoją czułość do różnych częstotliwości w zależności od potrzeb, podobnie jak robią to komary.
Profesor Zavattieri podkreśla, że wyniki badań mogą przyczynić się do opracowania “inteligentnych” paneli akustycznych, które dostosowują się do otoczenia, podobnie jak komary selektywnie odbierają dźwięki. Takie rozwiązania mogłyby znaleźć zastosowanie w nowoczesnych budynkach, poprawiając jakość izolacji akustycznej w miastach, a nawet w sprzęcie audio – od zaawansowanych słuchawek z aktywną redukcją szumów po materiały umożliwiające “akustyczne maskowanie” w zastosowaniach wojskowych.
Prof. Pablo Zavattieri dodaje:
Wyobraźmy sobie miasto, w którym inteligentne czujniki akustyczne działają jak wielkie uszy, wychwytując istotne dźwięki z otoczenia. Mogłyby one nie tylko pomóc w ratowaniu ludzi w czasie kryzysów, ale także uczynić przestrzeń miejską bardziej komfortową pod względem akustycznym.
Zespół z Purdue University obecnie koncentruje się na odtwarzaniu czułek komarów w technologii druku 3D. Dzięki temu badacze będą mogli testować różne materiały i skalować struktury, aby dostosować je do optymalnego wychwytywania różnych częstotliwości dźwięków. Jeśli badania przyniosą oczekiwane rezultaty, w przyszłości możemy spodziewać się rewolucji w systemach akustycznych – od ratownictwa po technologie konsumenckie.
