飞蛾用自己的声音对抗回声定位的蝙蝠

在漆黑的夜晚，蝙蝠会利用声波寻找飞蛾来吃。然而，这些昆虫在蝙蝠面前并非完全没有防御能力。有些飞蛾会利用翅膀发出超声波警告有翼哺乳动物。这一发现发表在 2 月 5 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究中。

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一种名为Yponomeuta （或貂蛾）的蛾属，它们每拍翅一次，后翅上有一块小的脊状膜，发出两次咔哒声。这些蛾没有听觉器官，因此似乎不知道它们在发出这些声音，甚至无法通过肌肉动作控制声音。

此类防御机制可惹恼蝙蝠，帮助飞蛾挫败蝙蝠的攻击，并防止它们成为猎物，即使只是暂时的。破解飞蛾的防御机制，可帮助研究人员更好地理解昆虫发出声音进行自卫的更复杂方面。

在这项研究中，英国布里斯托尔大学的工程师和生物学家团队观察了白鼬蛾后翅上组成波纹斑块的各个脊是如何折断的。这种突然的折断屈曲使后翅旁边的膜振动。然后，声音的强度和方向被放大，就像鼓的外皮或扬声器使声音变大一样。飞蛾的这种发声器官被称为气动弹性鼓膜。

“在白鼬蛾中，突然弯曲的翅膀就像鼓膜边缘的鼓点，刺激翅膀的大部分振动并发出声音，”研究报告的共同作者、机械工程师 Hernaldo Mendoza Nava 在一份声明中说。“因此，这些毫米大小的鼓膜可以产生与人类活跃对话相当的超声波。”

为了研究白鼬蛾气动弹性鼓膜背后的力学原理，研究小组将翅膀形成的生物学概念与工程学的材料原理相结合。生物学和工程学的这种融合帮助研究人员建立了一个详细的计算机模拟，模拟了翅膀的弹跳响应和声音产生，与实际记录的白鼬蛾信号的频率、结构、振幅和方向相匹配。

结构屈曲和声音产生（例如机翼产生的噪音）并不总是一起研究，尽管它们都会相互影响。研究这两个动作如何协同工作可以应用于航空航天领域，工程师们一直在努力使机翼更具空气动力学性能。屈曲和突跳不稳定性被称为非线性弹性响应，通常不遵循空气动力学规则并导致应变。他们通常认为这是工程中应该避免的事情，但这项新研究表明，屈曲和突跳可用于机翼设计。

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“在我们的研究中，我们一直倡导范式转变，并已证明可以战略性地利用屈曲事件来赋予结构智能功能或提高质量效率，”研究合著者兼机械工程师 Alberto Pirrera 在一份声明中表示。“ Yponomeuta 的气动弹性鼓膜体现了有益非线性的概念。自然界再次成为灵感的源泉。”

研究团队希望，本月对气动弹性鼓膜的研究将促进变形结构、声学结构监测和软机器人技术的新发展。