p O notável mecanismo pelo qual as minúsculas orelhas dos gafanhotos podem ouvir e distinguir entre diferentes tons foi descoberto por pesquisadores da Universidade de Bristol. p Compreender como as características em nanoescala do tímpano do inseto processam mecanicamente o som pode abrir possibilidades práticas para a fabricação de processamento de sinal embutido em microfones extremamente pequenos.

p Ao contrário de uma membrana de microfone, o tímpano do gafanhoto é uma estrutura complicada que é usada para processar a informação contida em um som que chega. A fim de sobreviver, o gafanhoto precisa ser capaz de distinguir entre os sons amigáveis ​​de outros gafanhotos em seu enxame e os sons de um morcego caçador se aproximando. Esses sons diferem em sua composição tonal:os sons dos gafanhotos são roucos e barulhentos, enquanto as chamadas de ecolocalização dos morcegos têm frequências nitidamente mais altas.

p Usando um conjunto de feixes de laser brilhando no gafanhoto, O Dr. Rob Malkin, da Escola de Ciências Biológicas de Bristol, e seus colegas foram capazes de observar os efeitos das ondas sonoras que chegam no tímpano. Eles descobriram que o tímpano do gafanhoto se comportava de uma maneira muito incomum, bem diferente de uma membrana de microfone ou dos tímpanos de outros animais.

p Os pesquisadores confirmaram pela primeira vez um resultado que a equipe de Bristol observou há alguns anos, ou seja, o tímpano gera ondas concêntricas de vibrações que diminuem como um tsunami à medida que viajam de um lado a outro da membrana. O novo, uma análise detalhada mostra que as ondas do tímpano causadas por sons de baixa frequência viajam completamente através da membrana, onde células nervosas sensíveis a baixa frequência se fixam à membrana. Notavelmente, ondas de alta frequência viajam apenas metade dessa distância, e pare no ponto de fixação dos neurônios de alta frequência.

p Usando dados e modelagem de computador, Dr. Malkin, um engenheiro aeroespacial trabalhando em pesquisa de sensores bioinspirados, quantificou esse comportamento mecânico. Ele disse:"Rapidamente se tornou evidente que a distribuição da energia vibracional era estranha ... bem diferente do que os materiais normais fazem quando as ondas viajam através deles."

p Os pesquisadores descobriram então um efeito surpreendente:a densidade de energia contida na onda progressiva foi amplificada conforme a onda viajava através do tímpano. A equipe mediu isso, à medida que as ondas de alta frequência convergem em um ponto, a amplificação pode ser tão alta quanto 56, 000 vezes. Essa localização de energia é notável porque é puramente mecânica; nesta fase, apenas o material habilmente arranjado dentro da membrana do tímpano faz o trabalho.

p Para entender como esse efeito é possível em uma estrutura tão pequena, a equipe usou uma combinação de modelagem matemática com medições em nanoescala e visualização estrutural. Eles empregaram um feixe de íons focalizado no Centro de Análise de Interface de Bristol para obter conhecimento das características estruturais do tímpano do gafanhoto e, em seguida, alimentaram essas informações em modelos analíticos, a fim de desvendar as contribuições dos diferentes atributos do tímpano. Assim, eles estabeleceram que uma combinação particular de atributos gera o fenômeno; geometria, tensão, rigidez e distribuição de massa transformam o tímpano da gafanhoto em um pequeno dispositivo de processamento mecânico.

p Professor Daniel Robert, que liderou a equipe de pesquisa e é financiado pela Royal Society, disse:"Outros animais, incluindo mamíferos como nós, analisar diferenças tonais usando mecanismos muito refinados na cóclea. Ouvir nesses animais é um processo de três etapas, desde a captura de som com um tímpano até a amplificação de vibrações através dos ossos do ouvido médio e, em seguida, sua transmissão para o analisador de frequência coclear. Os gafanhotos não desfrutam do luxo de um ambiente tão complicado, grande e biologicamente caro para construir aparelhos. Em vez disso, seus ouvidos evoluíram para ser muito mais simples com a captura de som, amplificação local e análise de frequência, todas ocorrendo dentro de uma estrutura. "

p O Dr. Malkin acrescentou:"Este é um feito de miniaturização e simplificação; agora precisamos fazer um sensor semelhante e testá-lo."