Los murciélagos insectívoros utilizan tonos ultrasónicos para encontrar a sus presas: emiten tonos que van de 18 a más de 150 kHz (los humanos pueden registrar hasta 20 kHz), y escuchan los ecos que regresan para localizar y caracterizar a sus presas. Los murciélagos analizan los cambios en la modulación de amplitud del eco para localizar a los insectos. El movimiento de las alas de los insectos durante el vuelo provoca un cambio en el eco, por lo que cada vez que un insecto bate sus alas está revelando su ubicación a los depredadores.
En términos de biología evolutiva, las polillas y los murciélagos participan en una carrera armamentista evolutiva. Para defenderse de la táctica de localización de los murciélagos, las polillas han evolucionado un órgano timpánico que les permite oír los llamados ultrasónicos de los murciélagos y provocar un comportamiento de escape o una respuesta acústica. Nuestro equipo está interesado en analizar los efectos de las respuestas conductuales que las polillas muestran en reacción a las señales de localización de los murciélagos.
Nuestra investigación se lleva a cabo en el bosque tropical de Ecuador, donde puede haber 110 especies de murciélagos y cientos de especies de polillas en el mismo lugar. Para explorar la relación entre murciélagos y polillas, hemos tenido que comprar y construir varios micrófonos y altavoces de ultrasonido diferentes. Y debido a que nuestros experimentos implican reproducciones y registran el eco que regresa, debemos trabajar en un entorno no reverberante para algunos análisis y en un entorno altamente reverberante para otros.
Cada año vamos al campo, ensamblamos nuestro túnel de vuelo y comenzamos nuestra noche de trabajo. Una vez que hemos atrapado nuestras polillas, comienza el verdadero trabajo. Las polillas se colocan dentro del túnel para restringir el vuelo, de modo que podamos hacer videos de alta velocidad mientras responden a una reproducción de tonos ultrasónicos y llamadas de murciélagos. El túnel de vuelo está cableado con micrófonos de ultrasonido para registrar el eco que regresa de la polilla, o en otras palabras, la señal que un murciélago percibiría.
Para obtener datos precisos, hemos tenido que diseñar y construir una cámara de reverberación a pequeña escala para realizar experimentos con alas de polilla. Nuestro diseño se basó en un diseño anterior (Zeng et al., 2011; Ntelezos et al., 2017) donde utilizaron difusores de raíz primitiva modificados por Cox y D’Antonio que se basan en la frecuencia con la que vamos a trabajar, consistiendo en pozos de la misma anchura y diferentes profundidades.
El ultrasonido es complicado de manejar; ni siquiera nos damos cuenta de que incluso las llaves sonando en nuestros bolsillos, los detectores de movimiento para encender luces e incluso algunas luces en sí, producen ultrasonido. Así que, para trabajar en un entorno libre de ruido, tuvimos que construir una cámara anecoica en la que colocar nuestra cámara de reverberación. El diseño de cámara dentro de cámara también proporciona aislamiento eléctrico ya que las conexiones eléctricas locales no siempre están debidamente aisladas.
Descubrimos que las polillas presentan una respuesta de sobresalto acústico cuando se les presentan llamadas de murciélagos: cambian la posición de su cuerpo y alas y hacen una pausa en vuelo por un momento. Esta reacción provoca una reducción de la modulación de amplitud en el eco que regresa. Por un momento, la polilla puede ocultarse, acústicamente, de los murciélagos insectívoros hambrientos.
Curiosamente, tras un examen más detallado de los videos, notamos que cuando las polillas exhiben esta respuesta también giran sus alas. Este comportamiento plantea dos preguntas: ¿por qué las polillas giran sus alas y juegan las alas un papel en la reducción de la modulación acústica?
Estamos en el proceso de experimentar y analizar las alas de varias especies diferentes de polillas. Hasta ahora, vemos que, de hecho, las alas de las polillas están absorbiendo ultrasonido y que la frecuencia principal a la que se disminuye la amplitud parece ser diferente entre especies. También hemos comenzado a investigar la anatomía de las alas; es asombroso ver la estructura de las escamas bajo un microscopio: se asemejan a la espuma acústica utilizada en salas anecoicas. Esto puede ser parte de una estrategia anti-murciélago que las polillas han evolucionado para evitar ser detectadas y, lo que es más importante para las polillas, ser comidas por murciélagos.
Los difusores pueden ser utilizados para neutralizar ecos. Pueden ser particularmente útiles porque reflejan las ondas sonoras en muchas direcciones para crear un campo difuso, evitando ecos sin reducir la energía sonora.
Los difusores de raíz primitiva utilizados en esta cámara consisten en una serie de pozos de igual ancho y diferentes profundidades, y fueron diseñados utilizando una secuencia de teoría de números basada en raíces primitivas derivadas de la frecuencia objetivo.
La cámara de reverberación utiliza dos tipos de difusores: difusores empíricos que no son más que semiesferas de vidrio, y difusores de raíz primitiva modificados. La cámara también alberga un micrófono de ultrasonido y dos altavoces de ultrasonido. Carlos Ramos, de la Universidad de las Américas en Quito, es el ingeniero acústico encargado de ejecutar el código para producir nuestra señal y asegurarse de que nuestros componentes acústicos técnicos funcionen sin problemas.
Los resultados también han abierto una emocionante segunda línea de investigación basada en el análisis de las cualidades de absorción de ultrasonido de las alas de las polillas. Continuamos trabajando con nuestra hipótesis de que las escamas de las alas son las estructuras que juegan un papel activo en la absorción de ultrasonido.
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