Biomimética: Oídos de mosca

Frontera

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El titular de este artículo no hace referencia a una parte de un maleficio medieval ni a un conjuro para convocar demonios. Tampoco parece probable que Kurt Neumann se plantease en 1958, cuando dirigió La Mosca, que algún día pudiéramos parecernos a ellas más que por error y, sin embargo, estamos ante una de las últimas copias humanas de la evolución natural.

La biomimética puede ayudar al ser humano a superar algunas dificultades. Una de las más recientes aportaciones en este campo tiene que ver, precisamente, con la audición. Su protagonista es un tipo de mosca cuya supervivencia depende, literalmente, del milímetro y medio de separación que hay entre cada uno de sus elementos naturales de audición.

Esa separación entre oídos supone una diferencia de tiempo, extremadamente pequeña, entre la llegada de un sonido a uno y otro; es lo que se llama diferencia de tiempo interaural.

En los seres humanos, las diferencias de tiempo, fase y espectro de un sonido nos permiten hacernos una idea de dónde se encuentra el objeto que lo produce: delante, detrás, a la derecha, a la izquierda, a qué distancia o altura, incluso la velocidad que desarrolla.

Exactamente lo mismo le ocurre a la mosca parasitoide Ormia ochracea, sólo que ella tiene una dificultad añadida. El escaso espacio entre “oídos” hace que la diferencia entre la llegada del sonido a sus receptores sea apenas perceptible. De hecho, Michael L. Kuntzman and Neal A. Hall, señalan que “esa distancia es mucho menor que la longitud de onda de una onda de sonido de 5 kHz en el aire”.

A pesar de ello, la supervivencia de esta especie es la prueba de que sus oídos funcionan muy bien, para desgracia de los grillos. Cuando los grillos de campo macho entonan sus chirridos de apareamiento, las preñadas hembras de Ormia ochracea les localizan e inician un ataque especial. Se posan encima de ellos y depositan en su lomo algunos huevos de los que se desarrollarán larvas…que se acabarán comiendo al grillo desde dentro.

Dejando aparte los aspectos más escatológicos del tema, Kuntzman y Hall han tomado a esta mosca como inspiración para desarrollar un aparato auditivo que copia el mecanismo vibratorio que permite a la Ormia ochracea amplificar el tiempo y el nivel interaural del sonido para localizar al huésped de sus larvas.

Este oído artificial pretende copiar casi hasta el tamaño del original natural. Los investigadores de la universidad de Texas han presentado un prototipo de silicio micro-mecanizado que tan sólo mide 2,5 milímetros de ancho basado en materiales piezoeléctricos, que convierten la tensión mecánica en señales eléctricas.

La piezoelectricidad es una propiedad de algunos cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica haciendo que aparezcan en su superficie diferencias de potencial y cargas eléctricas, o al contrario: pueden deformarse al ser sometidos a un campo eléctrico.

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Para replicar la audición de la mosca el dispositivo lleva instalada una viga flexible y utiliza varios puertos u orificios de detección piezoeléctricos, compuestos por un electrodo de platino, para transducir, es decir, para transformar la presión, o la dilatación, en una señal eléctrica.

La distribución del mecanismo de detección presenta una estructura superpuesta que permite detectar dos modos de vibración. En el primero, llamado oscilante, la viga rota, mientras que en el segundo los extremos de la viga vibran, como si se tratase de un “aleteo”.

De esta manera se han podido obtener, de forma simultánea, dos modos de vibración ortogonales en la estructura de detección, permitiendo así la medición sincrónica de la presión sonora y del gradiente de presión, es decir, medir a un mismo tiempo la flexión y la rotación de la viga, lo que a su vez ha permitido replicar el sistema de audición de la mosca.

Este nuevo dispositivo podría servir para construir nuevas generaciones de audífonos que hagan la vida más fácil a las personas con deficiencias auditivas, aunque también se buscan ya aplicaciones militares. De hecho, los propios autores indican en su publicación, en Applied Physics Letters, que su trabajo está apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA).

Referencia:

Michael L. Kuntzman and Neal A. Hall. Sound source localization inspired by the ears of the Ormia ochracea. Appl. Phys. Lett. 105, 033701 (2014); http://dx.doi.org/10.1063/1.4887370

Esta anotación ha sido realizada por Javier San Martín, (@SanMartinFJ) (@ACTIVATUNEURONA) y es una colaboración de Activa Tu Neurona con el Cuaderno de Cultura Científica.

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