Sâu bướm “nghe” bằng lông trên cơ thể: Bí ẩn tự nhiên có thể cách mạng hóa công nghệ micrô

Trong một khu vườn yên tĩnh, sâu bướm sừng thuốc lá đang gặm lá thì bỗng khựng lại—nó cảm nhận được kẻ thù từ phía sau là một con ong bắp cày. Điều đặc biệt là loài sâu này không có tai, vậy làm sao chúng phát hiện được nguy hiểm? Một nhóm nghiên cứu liên ngành về sinh học và kỹ thuật đang tìm lời giải, và phát hiện của họ có thể giúp con người thiết kế micrô nhạy hơn, rẻ hơn trong tương lai.

“Hiểu được cơ chế sinh học phức tạp cho phép sinh vật này cảm nhận và tương tác với môi trường sẽ giúp giải mã bí ẩn của thế giới tự nhiên—đồng thời mở ra hướng thiết kế công nghệ micrô mới rẻ hơn.”

Phòng cách âm hoàn toàn: Nơi mọi âm thanh bị “niêm phong”

Để nghiên cứu sự nhạy cảm của sâu bướm, các nhà khoa học không thể làm việc trong phòng thí nghiệm thông thường—chỉ cần một rung động nhỏ từ mặt đất hoặc tường là đủ khiến kết quả sai lệch. Vì vậy, họ sử dụng buồng không dội âm (anechoic chamber), một trong những nơi yên tĩnh nhất Trái Đất.

Buồng này được thiết kế với các lò xo thép chịu lực nâng toàn bộ kết cấu lên, cách ly hoàn toàn với nền đất và mọi rung động bên ngoài. Trong suốt một năm, nhóm nghiên cứu đã đặt từng con sâu lên bệ và phát các rung động với cường độ khác nhau, dùng thiết bị đo gia tốc (accelerometer) để ghi nhận chuyển động chính xác truyền qua bệ.

Kết quả: Khi cường độ rung đủ yếu, sâu bướm ngừng phản ứng—chúng có một ngưỡng cảm nhận rung động rõ ràng. Nhưng khi chuyển sang thử nghiệm với âm thanh truyền qua không khí (thay vì rung động trực tiếp qua bệ), điều bất ngờ xảy ra.

Sâu vẫn phản ứng với âm thanh dù dưới ngưỡng rung

Các nhà khoa học nhận ra rằng sâu bướm tiếp tục phản ứng với âm thanh ngay cả khi cường độ thấp hơn ngưỡng chúng phản ứng với rung động trực tiếp. Điều này chứng tỏ sâu không chỉ cảm nhận rung động qua bệ mà còn thực sự nghe được âm thanh trong không khí.

Vậy “tai” của chúng nằm ở đâu? Hầu hết động vật nghe bằng cơ quan màng nhĩ (tympanal organ)—một màng rung theo áp lực sóng âm. Côn trùng thường có túi khí tương tự. Nhưng sâu bướm không có cấu trúc này, thay vào đó, quan sát dưới kính hiển vi cho thấy những sợi lông đặc biệt trên cơ thể chúng.

Thử nghiệm “cắt lông”: Bằng chứng then chốt

Để kiểm chứng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành loại bỏ lông trên cơ thể sâu—có con bị nhổ toàn bộ, có con chỉ nhổ có chọn lọc từng vùng. Kết quả thật ấn tượng: Phản ứng phòng vệ của sâu giảm mạnh ở nhiều tần số âm thanh khác nhau, tùy thuộc vào vùng lông nào bị loại bỏ.

Dù nghiên cứu chưa được công bố trên tạp chí chuyên ngành, nhóm đang từng bước xác định những sợi lông nào được “chỉnh” để thu nhận các tần số cụ thể.

Ứng dụng: Micrô định hướng lấy cảm hứng từ lông sâu bướm

Micrô thông thường dùng màng để đo áp lực âm thanh. Nếu bắt chước hệ thống lông cực nhạy của sâu bướm, các kỹ sư có thể thiết kế micrô đo vận tốc chuyển động của hạt không khí do sóng âm tạo ra—thay vì chỉ đo áp lực. Lợi ích vượt trội:

• Micrô có thể xác định hướng nguồn âm ngay lập tức
• Trong máy trợ thính, người dùng có thể nhận biết cả âm lượng lẫn hướng âm thanh, cải thiện khả năng giao tiếp trong môi trường ồn
• Chi phí sản xuất có thể giảm nhờ cấu trúc đơn giản, không cần màng phức tạp

Minh họa về buồng cách âm và thí nghiệm

Đối với ngành công nghệ vốn luôn tìm cách thu nhỏ và tối ưu cảm biến, việc mô phỏng một cơ chế tự nhiên đã tiến hóa hàng triệu năm là hướng đi đầy hứa hẹn. Nghiên cứu này nhắc nhở rằng đôi khi những giải pháp công nghệ đột phá nhất lại đến từ những sinh vật nhỏ bé nhất trong khu vườn sau nhà.

Bài viết được dịch và biên tập từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons.