Секреты звука цикад

Цикады — уникальные насекомые, способные издавать громкие звуки. Исследователи из Военно-морского флота США (Naval Undersea Warfare Center, NUWC) несколько лет изучают этот механизм, чтобы решить сложную задачу подводной связи: как создать очень громкий звук с помощью очень маленького тела и минимальных затрат энергии. Результаты были представлены на 21-м Международном конгрессе по акустике (ICA 2013) в Монреале.

Как цикады издают звук

Ключ к звуку — особая анатомия. У цикад есть тимбалы — гофрированные участки экзоскелета на туловище. При деформации тела мышцы заставляют рёбра тимбала прогибаться до состояния потери устойчивости (buckling), а затем резко возвращаться в исходное положение. Этот цикл повторяется для левой и правой стороны с частотой 300–400 раз в секунду.

Звук возникает, когда деформирующееся ребро ударяется о часть тимбала, действующую как гонг. Вибрация быстро затухает, но высокая частота циклов создаёт непрерывный громкий сигнал. Анализ показал, что звук цикады нелинеен: поверхности тимбалов вибрируют не в фазе, и их сложное взаимодействие порождает мощный звук.

Цель исследования

Учёные, включая исследователя Дерка Хьюза, пока не создали точную физическую модель этого процесса. Их цель — воспроизвести механизм для разработки устройств подводного дистанционного зондирования, связи между кораблями и использования в спасательных операциях.

Зачем цикадам шуметь

Самцы издают звуки, чтобы привлечь самок. Те отвечают щелчком крыльев. Несколько лет назад Хьюз и коллеги обнаружили, что по мере приближения к самке самец цикады снижает громкость звука — подобно «соблазнительному шёпоту». В полевых экспериментах учёные смогли обмануть самца, имитируя щелчок самки.