大家都知道,蜘蛛用丝织网,蜘蛛网是一种由蛋白质制成的天然纤维。而现在,蜘蛛吐出的结实、有弹性、有黏性的丝绸激发了研究人员的灵感。

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图 | 一个蜘蛛网的横截面图像(以不同颜色显示)被组合成三维图像,并被转成音乐(来源:Isabelle Su&Markus Buehler)

当你想到蜘蛛网时,你最有可能想到的是球状编织者的网:扁平、圆形、有径向辐条,蜘蛛围绕这些辐条构建一个螺旋形的网。然而,大多数蜘蛛网不是这种类型的,而是以三维方式构建的 ——例如片状网、纠结网和漏斗网等。

为了探索这些类型的网的结构,研究小组将一只热带帐篷网蜘蛛安置在一个长方形的围栏里,并等待它用一个三维的网来填充空间。然后,他们使用片状激光照射并创建网络的二维截面的高清晰度图像。

如果将这些弦作为振动物体来建模,会怎么样?最近,有科学家表示,他们用蜘蛛网创造了音乐。他们将蜘蛛网的结构转化为音乐,这可能会应用到改善 3D 打印机、跨物种交流、激发音乐创作等领域。

蜘蛛的视力不好:它们通过不同频率的振动来感知世界,蜘蛛的身体和腿上覆盖着细小的毛发和缝隙,可以区分不同种类的振动。

当蜘蛛在织网的过程中拉伸丝线,或者猎物误入网中所发出的振动声,与另一只蜘蛛的或微风的搅动声截然不同,一张网的每根线都会产生不同的音调。

麻省理工学院(MIT)的研究者们长期以来对音乐感兴趣,想知道是否能从蜘蛛网中提取节奏和旋律。他们认为这可能是音乐灵感的一个新来源。

此外,通过听觉和视觉来体验蜘蛛网,希望能对蜘蛛网的三维结构和构造有新的认识。

为此,科学家们用激光扫描了一张天然的蜘蛛网。通过计算机算法,他们重建了蛛网的三维网络。

然后,他们将不同频率的声音分配给各条蜘蛛网,创造出 “音符”,并根据蜘蛛网的三维结构将其组合成图案,以产生旋律。研究小组将这些频率转移到人耳可听到的声音范围内,并选择赋予它们类似于竖琴的音色。

通过创造一个类似竖琴的乐器,科学家们在世界各地的一些现场表演中演奏了蜘蛛网音乐。

几年前,他们将蜘蛛网的三维结构转化为音乐,并与阿根廷艺术家托马斯·萨雷斯诺(Tomás Saraceno)合作创造了一种互动乐器,名为 “蜘蛛画布”。

现在,该团队在之前的工作基础上进行了完善和发展,并增加了一个互动的虚拟现实组件,使人们能够进入网中并与之互动。

研究者表示说,我们做了一个虚拟现实设置,让人们从视觉和听觉上 “进入” 这张蜘蛛网。虚拟现实环境真的很耐人寻味,因为你的耳朵会捕捉到你可能看到但不能立即识别的结构特征。通过听和看,你可以真正开始了解蜘蛛生活的环境。

通过在建造过程中扫描一张蜘蛛网,将每个阶段转化为不同声音的音乐,获得了对蜘蛛如何织网的理解。

类似竖琴的乐器在这个过程中发出的声音会发生变化,反映了蜘蛛建网的方式。因此,可以用听觉的形式探索蜘蛛网是如何被构建的时间顺序。

图 | 通过VR探索蛛网(来源:YouTube截图)

在深入了解了蜘蛛是如何结网的之后,这种关于蜘蛛如何织网的知识,可能有助于设计出构建复杂微电子的 “模仿蜘蛛” 的 3D 打印机。

蜘蛛 “打印” 蛛网的方式是了不起的,因为没有使用支撑材料,而目前的 3D 打印方法通常需要这种材料。

科学家们还探索了当蜘蛛网暴露在不同的机械力下时,网的声音如何变化,例如拉伸。他们发现,当在 VR 环境中把网拉开时,弦的张力和它们产生的声音会发生变化。在某些时候,弦断了,它们会发出啪啪的声音。

该团队还对学习如何用蜘蛛的语言从而与蜘蛛交流感兴趣。在蜘蛛网的范围内,丝线以一种或另一种频率振动,这取决于它们的长度和张力,与吉他的弦不一样。

他们记录了蜘蛛进行不同活动时产生的网的振动,如建网、与其他蜘蛛交流或发送求爱信号。尽管这些频率在人耳中听起来很相似,但一种机器学习算法将这些声音正确地划分为不同的活动。

研究者正在试图产生合成信号,来表达蜘蛛的语言。“如果我们把它们暴露在特定的节奏或振动中,我们是否可以影响它们的行为,并且我们是否可以开始与它们交流?这些都是迷人的想法”。也许有一天,人类可以和蜘蛛聊聊天,可以一起演奏一首歌,一起演奏。

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参考:

https://www.vice.com/en/article/v7e43y/scientists-turned-spiderwebs-into-music-and-its-hauntingly-beautiful

https://arstechnica.com/science/2021/04/mit-scientists-study-spider-web-structure-by-translating-it-into-music/

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