从耳到工程
现代麦克风如助听器和超声波扫描仪等传感器敏感度极大但他们仍在努力处理背景噪声等问题,可能需要通过下游数字处理消除,或确定声音发源方向。电子工程师Windmi
诱人昆虫
昆虫有约100万种科学知识,昆虫由各种生物组成,并进化出各种听力器官先前昆虫听力研究主要集中于新人群:虫类、板球类、蝗虫类和仙人马类Windmill教授的研究覆盖范围广的其他昆虫,包括飞虫和飞蛾Windmill教授和同事在工作中发现一些非同寻常昆虫, 包括飞蛾和大蜡虫, 听力可达300千赫, 比任何其他动物都高昆虫高频调用-agtiddo调用南美雨林和地球上最响亮动物-水船手通过用阴茎对腹部摩擦产生交配调用
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Windmill教授实验室为说明昆虫听力机制使用数组技术,包括行为观察、显微镜和X射线显像学、3D激光振荡学和电检信号穿透听神经结果转换成三维计算机模型耳机结构,然后用于模拟声响应方式对比实验数据计算机模型使研究者深入理解生物听力如何工作-从机理学和下游神经级信号处理方面都如此-
接力棒传递给工程师、物理家、数学家和素材科学家团队开发基于这些发现的新麦克风(感知声波和超声波工具)和传感器(生成声波和感知声波工具-医院超声波扫描仪使用等工具)
对比实验数据计算机模型使研究人员深入理解生物听力如何工作
通过声音导航
大动物通过时间和振荡差异检测声音源方向时,两耳接收声波,小动物如昆虫,两听机间距离可能太小无法工作小型生物提出了各种创新技术 工程师们正感兴趣
Ormiaochracea是一个小夜飞,用板球产卵因此它需要定位板球宿主 黑暗中,它做 声音板球交配自90年代中期以来,人们知道Ormia双片面膜(ear鼓)分布在前腿底部上,用叉子直接连接在一起。结构组成微小高度敏感锯子,如果声波到达两片薄膜时,强度或定时都与众不同,则岩石状智能系统放大微分声音达二膜,使昆虫检测声音源出方向
Windmill教授实验室使用三维计算机模型和Ormia系统模拟开发微声传感器供助听器使用最近,传感器使用标准微电机系统技术从硅构建 — — 但现在团队进入三维打印领域这使得它们更容易设计复杂三维结构并使用更灵活材料,更密切模拟生物结构机械性能
助听器可侧重于人言频程并淡出其他来源的'噪声'
最近Windmill教授与法国弗朗索瓦拉贝莱斯旅游大学的同事发现小飞蛾Achroiagrisella,小飞蛾,它能单耳判定声音方向性,对特定角度产生声音有最大响应飞蛾使用行为 — — 头部扫描寻找声音源头,并保持自己与声音移动时的相同角度 — — 寻找配配方
阻塞噪声
事实上,蝴蝶和飞蛾中发现最大数的'声学'昆虫约55%的Lepidoptera有暴听器,并多用超声波交配令它们能够按自身种类交配调试,这些飞蛾能够物理地调适耳膜响应以聚焦特定频率声音
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在许多情况下,这种属性可能有用:例如,助听器可侧重于人言频程并淡出其他来源的'噪声'和Lepideoptera一样,我们自己的耳朵和许多动物的耳朵都自动通过反馈系统做-声音性质改变耳朵响应工程麦克风依赖下游数字处理收到的所有音频信号,这可能延迟时间并使用能量并增加麦克风系统总尺寸
Windmill教授团队研究大型黄底线听力系统后开发MEM麦克风,视接收声音而定,可调适对不同频率的敏感度听力辅助器或耳机移植器用户与背景噪声抗争时,多亏Windmill教授的多科团队 和基础生物应用工程综合 昆虫世界惊人适应
Q&A
如何先意识到生物系统 通知工程题的潜力
ibrojective工程, 并引出博士学位 内含纳米级感知我想做点小事 随从我的博士, 并引导我生物研究 昆虫听力系统这使我有机会发现昆虫世界中 有多少不同的听力系统重回工程系学习 但我想继续生物研究 开发工程自然事物是把两者并举
用什么技巧研究小生物
使用各种显微镜技术研究其形态学,包括光学扫描电子显微镜和最近的X光3D显微摄影电物理技术测量神经信号 并协同同僚研究昆虫行为3D显微扫描激光多普勒振荡计测量事物运动方式,即昆虫耳膜运动响应声音方式昆虫听力系统通常只移动小量, 典型纳米或小最后,我们用强计算机建模将这一切绑在一起 探索并解释这些听力系统如何运行
目前你最喜欢或最激动人心的生物发现是什么
ibanal薄膜上发现游波这是我第一次发现 并引领我第一篇生物科学论文海浪出现在耳膜一端, 取向和点停止移动变化视声频而定允许蝗虫辨别不同频率 和人耳内部膜如何工作非常相似蝗虫在耳膜上做这一切这使我意识到 可能有许多趣味昆虫听力系统现象 我们可以用来启发工程
3D打印会对这种研究产生什么影响
主撞击速度研究者设备可设计计算机3D打印后测试并按时或最长数日定性标准硅微构件工作,特别是小实验室和小机构的工作,可延长进程数月3D打印提供研究团队 多迭代同时 标准微系统制造仅提供一但也有一些警告3D打印有许多挑战 因为这技术很难实现标准微系统制作很容易升级产生数以百万计同单元,而通常3D打印则不是
加入跨学科团队有什么好处和挑战
研究者不仅带回不同的技巧和专门知识, 并训练他们思考使用不同的科学方法生物学家可能想探索自然中已经存在的东西, 工程师用来创建东西解决问题加进物理家 数学家和素材科学家 混合能产生非常有趣的思想当然,它可能极具挑战性,因为你必须确保每个人都对其他人在做什么、为什么和如何做有一定理解。经验则大有正面性, 研究者可以使用从他人工作所学的东西