Carta fonoassorbente ispirata alle ali di falena

Gli esperti dell'Università di Bristol hanno scoperto che le squame sulle ali di falena fungono da eccellenti fonoassorbenti anche se posizionate su una superficie artificiale.

Nelle applicazioni di controllo del rumore, un perfetto assorbitore di metasuperficie avrebbe le caratteristiche desiderabili non solo di mitigare il suono indesiderato, ma anche di essere molto più sottile delle lunghezze d'onda di interesse. Tali prestazioni a una lunghezza d'onda profonda sono difficili da ottenere tecnologicamente, ma le ali di falena, in quanto metamateriali naturali, offrono funzionalità come efficienti fonoassorbenti attraverso l'azione delle numerose squame risonanti che decorano la loro membrana alare.

In uno studio, pubblicato su Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, (1) i ricercatori, che hanno recentemente scoperto che le ali di falena (Antheraea pernyi) offrono protezione acustica dai richiami di ecolocalizzazione dei pipistrelli, hanno studiato se la loro struttura potrebbe informare i pannelli fonoassorbenti più performanti, quando non si muovono nello spazio libero.

Pipistrelli e falene sono stati coinvolti in una corsa agli armamenti acustici tra predatore e preda sin da quando i pipistrelli hanno sviluppato l'ecolocalizzazione circa 65 milioni di anni fa. Le falene sono sottoposte a un'enorme pressione predatoria da parte dei pipistrelli e hanno sviluppato una pletora di difese nella loro lotta per la sopravvivenza, ma sono le squame, su un'ala di falena, che detengono la chiave per trasformare la tecnologia di cancellazione del rumore.

Il dottor Marc W Holderied, (2) docente presso la School of Biological Sciences di Bristol, ha dichiarato: «Quello che dovevamo sapere prima era quanto bene si sarebbero comportate queste squame di falena se si trovassero di fronte a una superficie acusticamente altamente riflettente, come un muro. Dovevamo anche scoprire come i meccanismi di assorbimento potrebbero cambiare quando le squame interagiscono con questa superficie».

Il Professor Holderied e il suo team lo hanno sperimentato posizionando piccole sezioni di ali di falena su un disco di alluminio, quindi hanno testato sistematicamente come l'orientamento dell'ala rispetto al suono in entrata e la rimozione degli strati di squame influisse sull'assorbimento.

Sorprendentemente, hanno scoperto che le ali di falena si sono rivelate eccellenti fonoassorbenti, anche quando si trovano sopra un solido substrato acustico, con le ali che assorbono fino all'87% dell'energia sonora in entrata. L'effetto è anche a banda larga e omnidirezionale, coprendo un'ampia gamma di frequenze e angoli di incidenza del suono.

«Ciò che è ancora più impressionante è che le ali lo fanno pur essendo incredibilmente sottili, con lo strato di scala che è solo 1/50 dello spessore della lunghezza d'onda del suono che stanno assorbendo», ha spiegato l'autore principale, il dottor Thomas Neil. (3) «Questa straordinaria prestazione qualifica l'ala di falena come una metasuperficie assorbente acustica naturale, un materiale che ha proprietà e capacità uniche, che non è possibile creare utilizzando materiali convenzionali».

Il potenziale per creare pannelli fonoassorbenti ultrasottili ha enormi implicazioni nell'acustica degli edifici. Man mano che le città diventano più rumorose, cresce la necessità di soluzioni di attenuazione del suono efficienti e non invasive. Allo stesso modo, questi pannelli fonoassorbenti leggeri potrebbero avere un enorme impatto sull'industria dei viaggi, con qualsiasi risparmio di peso su aerei, automobili e treni che aumenta l'efficienza in questi modi di trasporto, riducendo il consumo di carburante e le emissioni di CO₂.

Ora gli scienziati intendono replicare le prestazioni fonoassorbenti progettando e costruendo prototipi basati sui meccanismi fonoassorbenti della falena. L'assorbimento che hanno caratterizzato nelle squame delle ali di falena è tutto nella gamma di frequenza degli ultrasuoni, al di sopra di quella che gli esseri umani possono sentire. La loro prossima sfida è progettare una struttura che funzioni a frequenze più basse pur mantenendo la stessa architettura ultrasottile impiegata dalla falena.

Il Professor Holderied ha concluso: «Le tarme ispireranno la prossima generazione di materiali fonoassorbenti. Una nuova ricerca ha dimostrato che un giorno sarà possibile abbellire le pareti di casa con carta da parati fonoassorbente ultrasottile, utilizzando un design che copia i meccanismi che danno alle tarme un camuffamento acustico invisibile».

Riferimenti:

(1) Moth wings as sound absorber metasurface

(2) Marc W Holderied

(3) Thomas Neil

Descrizione foto: Antheraea pernyi. - Credit: University of Bristol.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Moth wing-inspired sound absorbing wallpaper in sight after breakthrough