Microfone revolucionário é inspirado na teia de aranha

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2023

Praticamente todos os microfones são inspirados no tímpano humano. As aranhas ouvem de modo diferente.
[Imagem: photofarmer/CC BY 2.0]

Microfone biomimético

Estudando como as aranhas ouvem - mais especificamente como a seda da aranha reage ao som - pesquisadores criaram um tipo totalmente novo de microfone, um microfone que não funciona pelo conhecido princípio de membrana dos nossos tímpanos.

"O som é essencialmente uma flutuação. Nós ouvimos o som por causa dos nossos tímpanos. Nossos ouvidos têm pequenos tambores, pequenas superfícies ou tímpanos, membranas que são acionadas por mudanças de pressão. Pequenas mudanças na pressão atmosférica fazem com que nossos tímpanos se movam, e então nossos ouvidos detectam esse movimento. Coisas como mosquitos, grilos e mosquitos, eles ouvem usando pequenos fios de cabelo, e esses cabelos são impulsionados pelo movimento no ar que faz parte do campo sonoro," explica o professor Ron Miles, da Universidade de Binghamton, nos EUA, que desenvolveu o microfone biomimético com seu colega Jian Zhou.

É essa diferença essencial que torna a biomimética uma perspectiva tão interessante. Os microfones funcionam captando uma onda sonora e transformando-a em um sinal elétrico; a maioria é modelada a partir do ouvido humano e da sua capacidade de sentir pressão. No entanto, existem outras maneiras de ouvir e muitos animais para imitar.

As aranhas ouvem de uma maneira única, usando as teias que tecem, além dos pequenos pelos do corpo que detectam o movimento. Ao observar isto, os dois pesquisadores coletaram uma aranha e pedaços de sua teia na natureza e levaram tudo ao laboratório para estudar o processo a fundo.

"A seda respondeu ao som lindamente. E respondeu ao movimento do ar no campo sonoro, o que foi realmente uma novidade. Ela respondeu tão bem que agiu como um microfone perfeito. Ela poderia responder ao som com perfeita fidelidade em toda a faixa de 1 hertz a 50 quilohertz, uma faixa de frequência muito mais ampla, com uma resposta de frequência mais plana, do que qualquer microfone!" contou Miles.

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O novo microfone funciona igualmente bem em uma ampla faixa de frequências.
[Imagem: Zhou/Miles - 10.1073/pnas.1710559114]

Sentindo o campo de som

Mas microfones precisam ser "micro", e teias de aranha são enormes para esse padrão. Então os dois pesquisadores decidiram entender o processo para tentar reproduzi-lo em dispositivos menores.

"Em vez de algo que é apoiado apenas em uma extremidade, a seda é apoiada em ambas as extremidades. Sabíamos que tinha que ser algo muito leve e muito flexível; você não quer que ela flutue. Você tem que segurá-la de alguma forma. Apoiá-lo em cada extremidade tornou tudo mais fácil," disse Miles. "A verdade é que, na natureza, existem inúmeros sistemas que sentem dessa forma. E você tem que sair e observá-los e decidir qual deles você pode realmente fazer."

Nanoestruturas em forma de vigas em balanço são fáceis de fabricar e usadas em várias tecnologias, mas o material também é importante. Então o jeito foi usar a própria seda de aranha, que já havia demonstrado sua capacidade de reagir ao campo sonoro, o movimento das partículas vibrantes do ar que constituem uma onda sonora - o que é diferente do funcionamento dos tímpanos.

"Revestimos a seda da aranha com ouro e a colocamos em um campo magnético para obter um sinal eletrônico," disse Miles. "Na verdade, é uma maneira bastante simples de criar um microfone extremamente eficaz que tenha melhores capacidades direcionais em uma ampla faixa de frequências."

Telefones celulares e aparelhos auditivos terão muito a ganhar com a nova tecnologia biomimética.
[Imagem: Zhou et al. - 10.1073/pnas.2122789119]

Microfone de celular tão bom quanto de estúdio

O novo microfone reproduz áudio com a mesma qualidade de amplitude - ou "boa fidelidade" - em frequências altas e baixas, o que abre caminho para o projeto de microfones bioinspirados extremamente sensíveis para uso em aparelhos auditivos e telefones celulares, por exemplo.

Segundo os pesquisadores, quer se destine aos consumidores, aos cuidados de saúde ou à pesquisa básica, o trabalho poderá transformar profundamente a forma como ouvimos e levar a avanços tecnológicos radicais.

"Se você tiver outra maneira de fabricar o microfone que nem sentisse pressão, isso introduz uma nova abordagem de projeto. Você simplesmente joga fora seu projeto antigo e começa com um novo princípio; Ele terá restrições diferentes. E pode ser muito mais fácil atender a alguns requisitos de projeto e mais prático para fazer um microfone com um som realmente bom," disse Miles. "Talvez, nesse caso, torná-lo bem pequeno não seja um problema. Um microfone de celular será tão bom quanto um microfone de estúdio de gravação."

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