专栏名称: 环球科学
《科学美国人》独家授权中文版—《环球科学》杂志—www.huanqiukexue.com
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  环球科学

你敢用活体乐器吗?科学家把蝉制成了扬声器,它们还演奏出了《卡农》(内附视频

环球科学  · 公众号  · 科学  · 2025-05-24 22:00

正文

请到「今天看啥」查看全文


图源网络
雄蝉用一对类似鼓的器官—— 鼓膜(tymbals) 发出标志性的响亮声音。当特定肌肉高速收缩时,带动鼓膜剧烈振动,如同摇滚乐手疯狂击打架子鼓,从而发出咔哒声。蝉的腹部还有个 共鸣室 ,能像小提琴琴身一样放大这些声音,声音最远能传到几十米开外——相当于把人类呐喊声放大到飞机起飞的音量。
利用这个自然机制,东京大学的生物学家西田直人(Naoto Nishida)近期做了一件略带超现实主义色彩的事情: 他把蝉变成了活体乐器 。研究团队从众多品种中,找到了一种体形巨大,鼓膜附近的肌肉相对较少,更容易实现效果的蝉——日本油蝉( Graptopsaltria nigrofuscata )。

油蝉广泛分布于东亚地区,包括日本、朝鲜半岛和中国,通常长55~60毫米,翼展约75毫米。| 池田正樹 - Own work, CC BY-SA 3.0‍

西田直人和同事们 将电极插入了蝉用来发声的鼓膜中 ,通过发送经过校准的电脉冲(从0到1伏),从而制造出昆虫-计算机混合扬声器。在蝉前方1厘米处的麦克风,会记录下它们在电刺激下发出的鸣叫声,与此同时,电路测试仪能测量流过蝉体表的电压。研究人员尝试了不同的电压,以确定产生每个音程的最佳电压,并绘制了波形图。
经过反复试验, 研究团队发现不同蝉发出的声音范围各有不同 :有些蝉能发出高音调的声音,比如 261.6赫兹的高音C;有些则能发出低音调的声音,比如 27.5赫兹的低音A。虽然不算是歌唱大师,但考虑到是电控昆虫,这已经是一项了不起的成就。
接下来,让我们一起听听看,活蝉演奏的《卡农》到底像不像吧! (友情提醒:请调低手机/耳机音量,非战斗人员请迅速撤离!!!)
机器人昆虫听上去像是科幻小说,其实,自20世纪90年代以来,科学家们就对机器人昆虫产生了浓厚的兴趣。当时, 研究人员就开始将微型电极植入蟑螂的触角,并对其进行电击以控制其运动。 他们的想法是将它们用作搜索和救援用途的混合机器人。 我们曾经就写过一篇用“意念控制”,诱导果蝇行动的僵尸大军。
蟑螂是受人讨厌的生物,但它们的生理构造使其成为这类工作的理想之选。它们行动敏捷、体态轻盈,能够穿越复杂的地形,甚至比最先进的仿生机器人表现更佳。再配上先进的电子系统,蟑螂就能被精确远程控制,甚至调整速度。






请到「今天看啥」查看全文