Von Mottenflügeln inspirierte schallabsorbierende Tapete nach Durchbruch in Sicht

Experten der University of Bristol haben herausgefunden, dass die Schuppen auf Mottenflügeln auch auf einer künstlichen Oberfläche als hervorragende Schallabsorber wirken.

Die Forscher, die kürzlich entdeckten, dass Mottenflügel akustischen Schutz vor Echoortungsrufen von Fledermäusen bieten, haben untersucht, ob ihre Struktur schallabsorbierende Paneele mit besserer Leistung informieren könnte, wenn sie sich nicht im freien Raum bewegen.

Fledermäuse und Motten sind an einem akustischen Wettrüsten zwischen Raubtier und Beute beteiligt, seit Fledermäuse vor etwa 65 Millionen Jahren die Echoortung entwickelten. Motten stehen unter enormem Raubdruck von Fledermäusen und haben in ihrem Streben nach Überleben eine Fülle von Abwehrmechanismen entwickelt, aber es sind die Schuppen auf einem Mottenflügel, die den Schlüssel zur Transformation der Geräuschunterdrückungstechnologie darstellen.

Prof. Marc Holderied von der Bristol School of Biological Sciences sagte: „Was wir zuerst wissen mussten, war, wie gut diese Mottenschuppen funktionieren würden, wenn sie vor einer akustisch stark reflektierenden Oberfläche wie einer Wand wären.

„Wir mussten auch herausfinden, wie sich die Absorptionsmechanismen ändern könnten, wenn die Schuppen mit dieser Oberfläche interagieren.“

Prof. Holderied und sein Team testeten dies, indem sie kleine Abschnitte von Mottenflügeln auf eine Aluminiumscheibe legten und dann systematisch testeten, wie sich die Ausrichtung des Flügels in Bezug auf den einfallenden Schall und das Entfernen von Schuppenschichten auf die Absorption auswirkte.

Bemerkenswerterweise stellten sie fest, dass sich Mottenflügel als hervorragende Schallabsorber erwiesen, selbst wenn sie auf einem akustischen festen Substrat lagen, wobei die Flügel bis zu 87 % der einfallenden Schallenergie absorbierten. Der Effekt ist ebenfalls breitbandig und omnidirektional und deckt einen großen Bereich von Frequenzen und Schalleinfallswinkeln ab.

„Noch beeindruckender ist, dass die Flügel dies tun, während sie unglaublich dünn sind, wobei die Schuppenschicht nur 1/50 der Dicke der Wellenlänge des Schalls beträgt, den sie absorbieren“, erklärte Hauptautor Dr. Thomas Neil. „Diese außergewöhnliche Leistung qualifiziert den Mottenflügel als eine natürlich vorkommende akustisch absorbierende Metaoberfläche, ein Material mit einzigartigen Eigenschaften und Fähigkeiten, die mit herkömmlichen Materialien nicht hergestellt werden können.“

Das Potenzial zur Herstellung ultradünner schallabsorbierender Paneele hat enorme Auswirkungen auf die Bauakustik. Da Städte immer lauter werden, wächst der Bedarf an effizienten, nicht störenden Schallminderungslösungen. Ebenso könnten diese leichten schallabsorbierenden Paneele enorme Auswirkungen auf die Reisebranche haben, da jede Gewichtseinsparung in Flugzeugen, Autos und Zügen die Effizienz dieser Transportmittel erhöht und den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen reduziert.

Ihre Studie ist veröffentlicht in Verfahren der Royal Society A: Mathematische und physikalische Wissenschaften. Jetzt planen die Wissenschaftler, die Schallabsorptionsleistung zu replizieren, indem sie Prototypen entwerfen und bauen, die auf den Schallabsorptionsmechanismen der Motte basieren. Die Absorption, die sie in Mottenflügelschuppen charakterisiert haben, liegt alle im Ultraschallfrequenzbereich, oberhalb dessen, was Menschen hören können. Ihre nächste Herausforderung besteht darin, eine Struktur zu entwerfen, die bei niedrigeren Frequenzen funktioniert und gleichzeitig die gleiche ultradünne Architektur beibehält, die von der Motte verwendet wird.

Prof. Holderied schloss: „Motten werden die nächste Generation schallabsorbierender Materialien inspirieren. Neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass es eines Tages möglich sein wird, die Wände Ihres Hauses mit ultradünnen schallabsorbierenden Tapeten zu schmücken, wobei ein Design verwendet wird, das die Mechanismen kopiert das gibt Motten eine heimliche akustische Tarnung.“