La naturaleza no deja de sorprendernos y de imponerse incluso a nuestra mejor tecnología. Se ha descubierto que las polillas han desarrollado una metaestructura que absorbe el sonido y puede evitar la geolocalización de los murciélagos, un modo de evitar ser comido por estos mamíferos voladores.

Durante décadas, los científicos han estado tratando de fabricar el mejor absorbente de sonido: un material cuidadosamente diseñado que puede manejar las ondas acústicas para un movimiento sigiloso o simplemente paz y tranquilidad.

Sin embargo, resulta que esa preciada «metaestructura» ya puede existir en el mundo natural, y se ha estado escondiendo en las alas aleteando de algunas polillas sin orejas.

Las escamas en forma de paleta que modelan algunas alas de polilla son tan eficientes para absorber el sonido, y un nuevo estudio afirma que pueden clasificarse como un metamaterial natural. Estructural y conceptualmente, dicen los autores, tienen los mismos atributos centrales.

Polilla común. Crédito: Raphi See / Unsplash

Los metamateriales normalmente se refieren a estructuras que diseñamos y que no se encuentran en la naturaleza. Aunque de vez en cuando nos sorprende descubrir estructuras biológicas en las que deseamos haber pensado primero, pero la naturaleza se adelanta algunas veces.

Ese es un descubrimiento emocionante dado lo raros que son estos «metameteriales» en la naturaleza. Si bien se han identificado algunos ejemplos notables hasta ahora (la seda de los gusanos de seda, la iridiscencia de las mariposas), esta es la primera metaestructura acústica jamás descubierta en el mundo real.

Según los investigadores, es «diferente a todo lo considerado hasta la fecha».

Al modelar la estructura natural de las alas de dos especies de polillas sin orejas y dos especies de mariposas, los investigadores han demostrado que la forma en que las escamas de las polillas están espaciadas y de tamaño único les da una capa sigilosa cien veces más delgada que las longitudes de onda más largas de sonido que puede absorber.

Esto permite que los insectos permanezcan ligeros y en el aire, a la vez que proporciona camuflaje acústico de los murciélagos ecolocalizadores, un logro al que los ingenieros han estado aspirando durante años.

Los autores escribieron en su estudio:

“Nuestro estudio demuestra que las implementaciones funcionales de esto han existido en la naturaleza mucho antes de la ciencia moderna. Comprender estas estructuras y mecanismos ofrece la posibilidad futura de desarrollar materiales y dispositivos de control de ruido más delgados y ligeros”.

Con toda probabilidad, este metamaterial natural ha sido esculpido por millones de años de evolución, por lo que los científicos no deberían tomarlo demasiado a pecho.

Sin un medio para escuchar las llamadas de alta frecuencia que utilizan muchos murciélagos para localizar a sus presas en la oscuridad, las especies de polillas sin orejas que aún se aventuran a salir por la noche necesitan formas de evitar convertirse en cenas.

Bajo formas tan únicas de presión, estos insectos han desarrollado una capa única de escamas furtivas, no solo en su tórax peludo y articulaciones de las alas, como lo ha demostrado una investigación anterior, sino también en las alas de las polillas.

Las escamas de las alas, sin embargo, son mucho más impresionantes. Si bien el cuerpo de las polillas sin orejas parece estar recubierto por un escudo de absorción de sonido de 1.5 milímetros, el grosor de ese nivel haría demasiada pesadas las alas de la polilla.

Bajo un microscopio electrónico, los investigadores han demostrado que las escamas de las alas de la polilla crean una capa suave de menos de 0.3 mm de espesor. Como referencia, las ondas sonoras que utilizan los murciélagos para las ecolocalizaciones son de aproximadamente 17 mm.

Representación 3D en falso color de una sección del ala de 0.21 mm x 0.28 mm de la polilla Lasiocampa quercus que muestra la estructura, diversidad y disposición de las escamas de la base (naranja) y de la cubierta (azul y amarillo). Crédito: Simon Reichel, Thomas Neil, Zhiyuan Shen y Marc Holderied.

Utilizando tomografía de ultrasonido, los investigadores probaron cómo las alas de dos especies de polillas sin orejas capturaban el sonido en comparación con las alas de dos especies de mariposas.

Midiendo el efecto en las alas con y sin escamas, el equipo encontró que las alas de mariposa, que no han evolucionado bajo la presión de los murciélagos, no mostraron propiedades de absorción de sonido. Por otro lado, las alas de las polillas tienen una cubierta suave de escamas con forma y patrón que se ajustan a cada frecuencia de llamada de murciélago.

Estas escalas fueron capaces de reducir los ecos ultrasónicos y amortiguar el sonido incluso en las frecuencias más bajas probadas.

Marc Holderied, experto en ecología sensorial de la University of Bristol, dijo en un comunicado:

“Una absorción de banda ancha de este tipo es muy difícil de lograr en las estructuras ultradelgadas de las alas de las polillas, que es lo que la hace tan notable”.

Otros absorbentes porosos que alcanzan este nivel de absorción son mucho más gruesos y tienden a absorber el sonido solo en un rango de frecuencia estrecho.

El equipo espera que el descubrimiento nos ayude a diseñar dispositivos de cancelación de ruido de banda ancha más eficientes que también sean livianos.

Holderied dijo:

“La promesa es uno de los absorbentes de sonido mucho más delgados para nuestros hogares y oficinas, nos acercaríamos a un ‘papel tapiz’ absorbente de sonido mucho más versátil y aceptable en lugar de paneles absorbentes voluminosos”.

Y todo este conocimiento fue obtenido gracias una polilla.

El estudio fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Vía: Bristol University / Science Alert