Vědci z MIT přeložili strukturu pavučiny do hudby – sledujte a poslouchejte

Pavouci jsou zkušení stavitelé, kteří odborně tkají vlákna hedvábí do složitých 3D pásů, které slouží jako pavoučí domov a loviště. Pokud by lidé mohli vstoupit do světa pavouka, mohli by se dozvědět více o tvorbě webu, chování pavouka a dalších. Vědci dnes uvádějí, že přeložili architekturu webu do hudby, která by mohla mít aplikace od lepších 3D tiskáren po interakce mezi žánry a jinými hudebními skladbami.

„Pavouk žije v prostředí vibrujících strun,“ říká Markus Buehler, hlavní řešitel projektu, který práci prezentuje. „Nevidí dobře, takže cítí svůj svět prostřednictvím vibrací různých frekvencí.“ K těmto vibracím dochází, například když pavouk při stavbě protahuje hedvábnou nit, nebo když vítr nebo zachycená muška pohybuje sítí.

Bühler, který se vždy zajímal o hudbu, přemýšlel, zda dokáže z přírodních materiálů, jako jsou pavučiny, vytáhnout rytmy a melodie jiného než lidského původu. „Sítě mohou být novým zdrojem hudební inspirace, která se velmi liší od obvyklé lidské zkušenosti,“ říká. Navíc experimentováním s webem pomocí sluchu a zraku Buhler a jeho kolegové z Massachusetts Institute of Technology (S), Spolu se spolupracovníkem Tomásem Saracenem ve Studiu Tomás Saraceno doufají, že získají nový pohled na 3D architekturu a budování sítí.

S ohledem na tyto cíle vědci naskenovali přirozenou pavučinu pomocí laseru, aby zachytili 2D průřezy, a poté pomocí počítačových algoritmů rekonstruovali 3D web. Tým přidělil webovým řetězcům různé zvukové frekvence a vytvořil „noty“, které se seskupily do vzorů založených na 3D webové architektuře, aby generovaly melodie. Poté vědci vytvořili kytarový nástroj a hráli hudbu pavoučí sítě na mnoha živých vystoupeních po celém světě.

Tým také vytvořil nastavení virtuální reality, které lidem umožňuje vizuální i zvukový „přístup“ k webu. „Prostředí virtuální reality je opravdu zajímavé, protože vaše uši zachytí strukturální prvky, které byste mohli vidět, ale ne okamžitě je rozpoznat,“ říká Buehler. „Když to uslyšíte a uvidíte současně, můžete skutečně začít chápat prostředí, ve kterém pavouk žije.“

Aby získali přehled o tom, jak pavouci vytvářejí weby, vědci skenovali web během procesu stavby a převáděli každou fázi na hudbu s různými zvuky. „Naše zvuky podobné kytarám vytvářejí během procesu změnu, která odráží způsob, jakým pavouk vytváří web,“ říká Buehler. „Takže můžeme prozkoumat chronologii toho, jak byl web vytvořen ve formě audioknihy.“ Tato podrobná znalost toho, jak pavouk vytváří web, může pomoci vytvořit 3D tiskárny „spider mimic“, které vytvářejí složitou mikroelektroniku. „Pavoučí metoda„ tisku “webu je skvělá, protože se nepoužívají žádné podkladové materiály, jak je to v současných metodách 3D tisku často požadováno,“ říká.

V dalších experimentech vědci objevili, jak se zvuk webu mění, když je vystaven různým mechanickým silám, jako je napínání. „V prostředí virtuální reality můžeme začít web oddělovat, a když to uděláme, změní se napětí strun a zvuk, který produkují. V určitém okamžiku se struny rozbijí a vytvoří pop.“

Tým má také zájem naučit se komunikovat s pavouky v jejich vlastním jazyce. Zaznamenali vibrace webu, které vznikají, když pavouci provádějí různé činnosti, například budování webu, komunikaci s jinými pavouky nebo vysílání signálů námluv. Ačkoli frekvence zněly podobně jako lidské ucho, algoritmus strojového učení správně klasifikoval zvuky do různých činností. „Nyní se snažíme generovat syntetické signály, abychom mluvili primárně v pavoučí řeči,“ říká Buehler. „Pokud je vystavíme určitým vzorům rytmů nebo vibrací, můžeme ovlivnit to, co dělají, a můžeme s nimi začít komunikovat? Jsou to opravdu vzrušující myšlenky.“

Vědci dnes (12. dubna 2021) představili své výsledky na jarním zasedání Americké chemické společnosti (ACS). Jaro 2021 se koná online od 5. do 30. dubna. Živé relace se budou konat od 5. do 16. dubna a obsah na vyžádání a sítě budou fungovat do 30. dubna. Setkání obsahuje téměř 9 000 prezentací na širokou škálu vědeckých témat.

Vědci uznávají podporu a financování z Centra umění, vědy a technologie MIT; Národní institut zdraví; Úřad námořního výzkumu. Studio Thomase Saracena; Národní vědecká nadace; Mathworks Engineering Fellowship; A armádní výzkumný úřad.