Millones de años de evolución les dieron a las alas de las polillas una extraña “metaestructura”

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Millones de años de evolución les dieron a las alas de las polillas una extraña “metaestructura”

Comparativa de ecos entre la polilla Antheraea pernyi (arriba) y la mariposa Graphium agamemnon (abajo) / Marc Holderied & Thomas Neil

La evolución otorga a los seres vivos de herramientas maravillosamente complejas. Un equipo de investigadores británicos ha detectado que las alas de las polillas sin orejas poseen una “metaestructura” capaz de absorber el sonido. La valiosa información puede servir para crear nuevos materiales. Los detalles fueron publicados en PNAS.

Los científicos denominan “metamateriales” a las estructuras que diseñamos y que no se encuentran en la naturaleza. Pero, de vez en cuando encontramos algunas de estas estructuras en algún ser vivo. En esos casos se les incluye como “metamateriales algo honorarios”.

Algunos ejemplos de estos escasos metamateriales son la seda de los gusanos de seda, o la iridiscencia de las mariposas. Ahora, el nuevo descubrimiento, es la primera metaestructura acústica jamás descubierta en el mundo real.  

Estrategias de supervivencia

Los investigadores de la Universidad de Bristol modelaron la estructura natural de las alas de dos especies de polillas sin orejas y dos especies de mariposas. De esta manera demostraron que el tamaño y la forma en que las escamas de las polillas están espaciadas 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, al mismo tiempo que proporciona camuflaje acústico de los murciélagos ecolocalizadores. Posibles millones de años de evolución esculpieron las alas de estos insectos para darles esa estrategia de supervivencia.

Las polillas sin orejas que se aventuran a salir por la noche no pueden escuchar los sonidos de alta frecuencia que utilizan muchos murciélagos para localizar a sus presas en la oscuridad. Por eso necesitan estrategias para evitar ser comidas. Bajo esta presión, los insectos han desarrollado una capa única de escamas furtivas, no solo en su tórax y articulaciones, sino también en las alas.

Impresionantes alas

Las escalas 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 que las alas sean demasiado pesadas.

Los investigadores observaron las alas bajo un microscopio electrónico, y encontraron que las escamas crean una capa de menos de 0,3 mm de espesor. Como referencia, las ondas sonoras que utilizan los murciélagos para las ecolocaciones son de aproximadamente 17 mm.

Representación en 3D de la estructura interna de las alas de la polilla sin orejas /
Simon Reichel, Thomas Neil, Zhiyuan Shen & Marc Holderied

Usando tomografía de ultrasonido, los investigadores probaron cómo las alas de dos especies de polillas sin orejas capturaban el sonido. Luego lo compararon 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, no mostraron propiedades de absorción de sonido. Por otro lado, las alas de las polillas tienen escamas con forma y patrón que se ajustan a cada frecuencia de los sonidos de murciélago. Estas escamas fueron capaces de reducir los ecos ultrasónicos y amortiguar el sonido incluso en las frecuencias más bajas.

Aplicación

Otros materiales porosos que logran este nivel de absorción son 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.

Una de las posibles aplicaciones sería un material mucho más delgado con el cual tapizar nuestros hogares u oficinas. Una innovación de este tipo ayudaría mucho a cancelar el sonido en hogares y ciudades.

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