هوائيات البعوض تلهم تقنية جديدة للكشف عن الزلازل والتسونامي

هناك عدد قليل من المخلوقات على الأرض يكرهها الجميع مثل البعوض. فبعيدًا عن طنينها المتواصل ولدغاتها المزعجة، يمكن أن تكون هذه الحشرات الصغيرة خطيرة للغاية لأنها أيضًا ناقلة للعدوى الفيروسية والبكتيرية والطفيلية المهددة للحياة، وأبرزها الملاريا وحمى الضنك.

تشير البيانات إلى أن الأمراض التي ينقلها البعوض تودي بحياة أكثر من مليون شخص في جميع أنحاء العالم كل عام. ومع ذلك، بينما يركز معظم الناس على إبعاد هذه الآفات ذات النبرة العالية المستمرة عن منازلهم، يعتقد العلماء من جامعة بيردو بولاية إنديانا أنها قد تحمل المفتاح لتطوير اكتشاف الكوارث الطبيعية.

يقول بابلو زافاتيري، الحاصل على درجة الدكتوراه، وأستاذ الهندسة المدنية في جامعة بيرديو وأحد مؤلفي الدراسة: "ما زلنا في المراحل المبكرة، لكننا متفائلون إلى حد كبير بأننا سنتعلم الكثير على الأقل". "لقد كان الاستلهام من الطبيعة واستخدامها لتطوير البحث العلمي سمة أساسية للهندسة منذ البداية".

الغوص في البحث
تفتقر البعوض إلى آذان تقليدية وتستخدم بدلاً من ذلك هوائياتها للكشف عن الصوت، مما يسمح لها بالتركيز على الإشارات المهمة حتى وسط ضوضاء خفقات أجنحتها. إن سمعها حساس بشكل ملحوظ، وانتقائي للغاية للترددات، ومعزز بشبكة معقدة من الخلايا العصبية السمعية الصادرة".


"من خلال تحليل ترتيب وشكل الشعيرات الحسية على قرون الاستشعار الخاصة بهم، يعتقد فاني ساكيث داسيكا، مرشح الدكتوراه في الهندسة المدنية والبناء وأحد مؤلفي الدراسة، أن هذه التكيفات تعمل على تحسين حساسية السمع وتساعد البعوض على تمييز الأصوات الرئيسية في بيئتها."



وباستخدام التصوير المقطعي المحوسب المتقدم لإنشاء نماذج CAD عالية الدقة لتحليل العناصر المحدودة، وجدنا أن السمات المعمارية لهوائيات البعوض تمكن من اكتشاف الأهداف الصوتية الخاصة بالأنواع والجنس، حتى في وسط الإشارات غير المستهدفة مثل خفقات أجنحتها،" كما يوضح داسيكا.

"تشير نتائجنا أيضًا إلى أن هوائيات البعوض قادرة على اكتشاف نطاق أوسع من الترددات مما كان يُعتقد سابقًا، على الرغم من أنه قد لا يتم استخدام كل هذه الترددات بشكل نشط."

حشرات صغيرة، تأثير كبير
بينما يعمل الفريق على إعادة إنشاء هوائيات البعوض من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال تجربة مواد وأحجام مختلفة لاختبار التردد، يعتقدون أن نتائجهم توفر رؤى قيمة حول كيفية إلهام هذه الهياكل لتطوير أجهزة استشعار صوتية متقدمة.

وتضيف Ximena Bernal، الحاصلة على درجة الدكتوراه، وأستاذة العلوم البيولوجية في كلية العلوم بجامعة بيرديو وأحد مؤلفي الدراسة في بيان صحفي: "من خلال نمذجة ومقارنة استجابة هوائي أنواع البعوض باستخدام الصوت لأغراض مختلفة، أو الاستماع إلى الأزواج أو التنصت على الضفادع، تمكنا من فصل الميزات التي تعدل حساسية السمع والضبط".

 "إن فهم كيفية عمل هذه الهياكل هو الخطوة الأولى نحو تطوير أجهزة استشعار صوتية مستوحاة من هوائياتها الحساسة."


وفي الوقت نفسه، يقترح زافاتيري أن هوائيات البعوض قد تكون أيضًا مصدر إلهام لإنشاء مواد ذكية لإلغاء الضوضاء. وقد تؤدي هذه المواد، التي قد تتضمن قنوات ميكروفلويدية أو مواد ميتامواد قابلة للضبط، إلى ابتكارات مثل ألواح عزل الصوت للمباني، أو سماعات الرأس التي تعمل على إلغاء الضوضاء، أو حتى أجهزة التمويه الصوتي.

"تخيلوا بيئات حضرية مجهزة بأجهزة استشعار مستوحاة من الكائنات الحية، تشبه "الآذان الكبيرة"، القادرة على تمييز أصوات معينة وسط صخب الحياة في المدينة"، يخلص زافاتيري.

"في أوقات الأزمات - مثل الزلازل أو الكوارث الأخرى - تصبح هذه المستشعرات لا تقدر بثمن، حيث تكتشف بسرعة الإشارات الخافتة للضيق وتوجه جهود ا
لإنقاذ لمن هم في حاجة إليها.""

المصدر