Любите ли вы пауков?
Вспомните свою последнюю реакцию на незваного восьминогого гостя, мирно плетущего свои сети где-нибудь за комодом.
Не думаю, что это был восторг.
Однако ваше отношение к ним возможно изменится.
Ведь волокно этого маленького хищника может стать причиной технологического прорыва в области направленных микрофонов.
Его структура позволит добиться лучшего восприятия звуков на всех частотах.
Недавнее исследование паучьего шёлка, проведённое профессором Роном Майлзом и аспирантом Цзянь Чжоу, показало, что его применение в микрофоне слухового аппарата может стать решением проблемы фоновых шумов.
Результаты данного эксперимента были опубликованы Национальной академией наук США в 2017 году.
Исследователи долгое время занимались изучением способности слышать у маленьких, не имеющих барабанных перепонок представителей фауны. Они наблюдали за пауками, комарами и сверчками в течение многих лет. Конечной целью их работы было заимствование базового способа распознавать звуки и перенос данной модели на микрофон слухового аппарата.
Проблема слуховых аппаратов в условиях окружающего шума
Пожалуй, одной из самых распространённых жалоб пользователей слуховых аппаратов является сложность распознания речи при фоновом шуме. Это становится особенно затруднительным, когда окружающие человека «помехи» состоят из других голосов. С подобным явлением сталкиваются в любых местах массового скопления людей: вечеринка, ресторан, городской праздник и т.п.
Человеческая речь – сочетание звуков разных частот. Ухо здорового человека улавливает акустические сигналы в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц. Гласные звуки, такие как «о», расположены на низких частотах (250-1000 Гц). А вот согласные вроде «с», «х» и «ф» находятся на более высоком участке (1500-6000 Гц).
Технология направленного микрофона сегодня помогает пользователям слуховых аппаратов проще распознавать речь. Она требует наличия двух микрофонов, каждый из которых особым образом располагается в двух слуховых аппаратах. Это необходимо для корректного измерения разницы частот и синхронизации звука. Дополнительная начинка требует дополнительного пространства в устройстве, что, естественно, сказывается на его размере. Поэтому подобная технология используется в аппаратах типа BTE и более крупных представителях этой медицинской техники. Однако даже направленные микрофоны пока не особо эффективны в работе со звуками низких частот.
Решение, подсмотренное у природы
Создатели «паутинного» микрофона признаются, что идея создать устройство, распознающее звуки подобно тому, как это делают, пауки не нова. Даже были попытки создать нечто подобно в прошлом. Однако они не увенчались успехом.
Дело в том, что пауки распознают звуки при помощи крошечных волосков, расположенных на всех восьми ногах. И попытки создать микрофон, работающий по тому же принципу, не увенчивались успехом в силу большой тяжести искусственных волосков датчика микрофона. Учёным необходим был действительно тонкий материал, способный хорошо реагировать на мельчайшие изменения воздушного потока.
Изначально Майлз экспериментировал с искусственными волокнами толщиной до 20 нанометров. Их жесткость не позволяла сохранять устойчивость, и было принято решение закрепить оба конца между двумя точками, подобно тому, как натягивают бельевую верёвку. Но как оказалось искусственным материалам не хватало прочности для выполнения поставленных задач.
Решение пришло случайно, как это бывает со многими научными открытиями. Аспирант Чжоу, прогуливаясь по заповеднику кампуса, обратил внимание, что паутина способна выдерживать очень сильный ветер. При том, что диаметр её волокна идеально подходит для применения в микрофоне. А характеристики материала позволяют улавливать звуки от 3 Гц до 50 000 Гц.
Что нас ждёт?
Конечно, в лаборатории Майлза и Чжоу сейчас живет множество пауков, плетущих паутину, которую исследователи используют в своих экспериментах. Однако не стоит возлагать надежды на покупку слухового аппарата с подобной технологией в ближайшем будущем. Пройдёт ещё очень много времени, прежде чем эта технология найдёт повсеместное применение.
Одно дело создать концепцию и экспериментальный образец и совсем другое применить технологию в конкретном устройстве. Самой очевидной проблемой сейчас является размер микрофона. Габариты не позволяют уместить его в компактный слуховой аппарат. Работы по миниатюризации данной технологии ведутся, но для их завершения может потребоваться много лет.