나방을 모방한 새로운 음향 수신기 개발될까?

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지향성 청력

숲 속을 걷다가 곰의 으르렁거리는 소리를 들었다면 누구라도 가능한 한 빨리 소리가 어디에서 나는지 정확히 알아내 반대 방향으로 향하고 싶을 것입니다. “지향성 청력은 지구상의 생명체에게 중요합니다. 우리는 그 소리가 어디에서 왔는지도 알고 싶어 하죠.”라고 Glasgow에 있는 Strathclyde 대학의 전기전자공학과 박사과정생 Lara Díaz-García는 말합니다. "예를 들어, 동물들은 발정기의 파트너를 찾거나 먹잇감의 소리가 나는 위치를 추적하고 싶을 것입니다."

연구원들은 생물학의 관점에서 뿐만 아니라 소리의 방향을 결정하는 간단하면서도 효과적인 방법을 제공할 수 있는 마이크 및 보청기와 같은 생체에서 영감을 받은 제품을 만들기 위해 지향성 청력을 공부하고 있습니다. Díaz-García의 박사 논문은 특히 수수께끼 같은 청력 시스템을 가진 작은 밀랍 나방인 Achroia grisella의 미스터리를 푸는 것을 목표로 합니다.

나방은 어떻게 소리의 지향성을 구분할까

큰 동물은 소리가 한쪽 귀에 도달하는 시간과 다른 쪽 귀에 도달하는 데 걸리는 시간의 차이를 구별할 수 있을 만큼 귀가 충분히 떨어져 있습니다. 그들의 두뇌는 이를 통해 소리가 나는 방향을 추정할 수 있습니다. 그러나 곤충과 같은 작은 동물의 귀는 너무 가깝기 때문에 이렇게 작은 동물은 소리 방향성을 처리하는 데 있어 다른 방법에 의존해야 합니다. 특히 Achroia grisella 나방 종의 귀는 불과 600 마이크로미터 밖에 떨어져 있지 않습니다. 

Díaz-García는 밀랍 나방이 소리를 처리하는 방법에 대해 다양한 이론이 제안되었다고 말합니다. "정말 수수께끼 같은 요소는 한쪽 귀를 쓰지 못하는 한 암컷이 여전히 짝짓기 소리를 추적할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 귀 자체의 형태가 나방에게 방향성 청각을 부여한다는 가설로 이어졌습니다."라고 Díaz-García는 말합니다. Díaz-García는 그녀의 박사 논문에서 이 이론을 테스트하려고 했습니다. 그녀는 시뮬레이션을 사용하여 단순화된 모델에서 시작하여 점점 복잡해지는 나방 귀의 구조를 재창조했습니다.

“우리의 첫 번째 모델은 나방 귀에서 아주 멀리 떨어져 있고 방향성이 전혀 없는 단순한 원형 판이었습니다. 그런 다음 다른 두께의 두 섹션과 뉴런 연결을 설명하기 위해 추가된 질량이 있는 타원형 플레이트에 도달할 때까지 요소를 추가했습니다.”라고 그녀는 설명합니다. 그런 다음 연구팀은 시뮬레이션된 귀의 3D 프린팅 모델을 만들고 테스트하여 그 결과를 IEEE 센서 저널에 발표하였습니다. 연구팀은 일반적으로 뉴런이 부착되는 귀 부분에서 소리가 귀 뒤에서 올 때보다 귀 앞에서 올 때 소리가 더 강하게 포착된다는 것을 발견했습니다. 실제로 귀의 구조는 동물이 소리의 방향성을 결정하는 데 도움을 주어 새로운 생체 모방 기술의 문을 여는 것으로 보입니다.

 

연구의 시사점 및 응용 분야

Díaz-García는 "이 연구의 주요 이점은 오늘날 우리가 볼 수 있는 대부분의 지향성 음향 센서와 달리 특정 특성의 한 요소만으로 방향성을 달성할 수 있다는 점입니다. 설명합니다. 그녀는 궁극적으로 현재까지 개발한 수동 구조를 다양한 제품에 유용할 수 있는 압전 장치로 바꾸는 데 관심이 있다고 말했습니다. Díaz-García는 "지향성 마이크는 주변 소음을 차단하여 화자에게만 집중하고자 하는 스마트폰 기술에서 매우 유용하게 사용될 수 있습니다."라고 말합니다. “보청기에도 적합합니다. 미래에 이 나방의 귀에서 영감을 받은 보청기가 개발된다면 좋겠네요.”

 

* 원본 기사: https://spectrum.ieee.org/biomemetics-moth-ear-microphone