Rancang Mikrofon 'Bio-inspired', Ilmuwan Pelajari Jaring Laba-Laba

Nationalgeographic.co.id - Kita semua tahu bahwa manusia dan sebagian besar spesies vertebrata lainnya mendengar menggunakan gendang telinga yang mengubah tekanan gelombang suara menjadi sinyal untuk otak. Namun bagaimana dengan hewan yang lebih kecil seperti serangga dan artropoda? Bisakah mereka mendeteksi suara? Dan jika demikian, bagaimana?

Sekarang, studi baru dari Binghamton University mengungkapkan bahwa laba-laba menggunakan jaring mereka sebagai susunan pendengaran yang diperluas untuk menangkap suara. Jaring laba-laba dapat memberi laba-laba peringatan lanjutan tentang mangsa atau pemangsa yang masuk.

Profesor Ron Miles, telah menyelidiki pertanyaan itu selama lebih dari tiga dekade, dalam upaya untuk merevolusi teknologi mikrofon. Miles merupakan peneliti di Departemen Teknik Mesin di Sekolah Tinggi Teknik dan Sains Terapan Thomas J. Watson di Binghamton University.

Laporan penelitian tersebut telah dipublikasikan di Proceedings of the National Academy of Sciences belum lama ini. Makalah tersebut dapat diakses secara daring dengan judul "Outsourced hearing in an orb-weaving spider that uses its web as an auditory sensor."

Diketahui, studi ini merupakan kolaborasi terbaru antara Miles dan Ron Hoy, seorang profesor biologi dari Cornell, dan memiliki implikasi untuk merancang mikrofon bio-inspired yang sangat sensitif untuk digunakan dalam alat bantu dengar dan telepon seluler.

Sehelai sutra laba-laba sangat tipis dan sensitif sehingga dapat mendeteksi pergerakan partikel udara yang bergetar yang membentuk gelombang suara, yang berbeda dengan cara kerja gendang telinga. Penelitian Ron Miles sebelumnya telah mengarah pada penemuan desain mikrofon baru yang didasarkan pada pendengaran pada serangga.

"Laba-laba benar-benar demonstrasi alami bahwa ini adalah cara yang layak untuk merasakan suara menggunakan kekuatan kental di udara pada serat tipis. Jika itu berhasil di alam, mungkin kita harus melihatnya lebih dekat," kata Miles dalam rilis media Binghamton University.

Laba-laba dapat mendeteksi gerakan dan getaran sangat kecil melalui organ sensorik pada cakar tarsal mereka di ujung kaki mereka, yang mereka gunakan untuk menggenggam jaring mereka. Laba-laba penenun bola diketahui membuat jaring besar, menciptakan semacam antena akustik dengan luas permukaan peka suara hingga 10.000 kali lebih besar dari laba-laba itu sendiri.

Dalam studi tersebut, para peneliti menggunakan ruang anechoic Binghamton University, ruang yang sepenuhnya kedap suara di bawah Innovative Technologies Complex. Mengumpulkan laba-laba penenun dari jendela di sekitar kampus, mereka meminta laba-laba memutar jaring di dalam bingkai persegi panjang sehingga mereka dapat menempatkannya di tempat yang mereka inginkan.

Tim memulai dengan menggunakan suara nada murni 3 meter pada tingkat suara yang berbeda untuk melihat apakah laba-laba merespons atau tidak. Anehnya, mereka menemukan laba-laba dapat merespons tingkat suara serendah 68 desibel. Untuk suara yang lebih keras, mereka menemukan lebih banyak jenis perilaku.

Mereka kemudian menempatkan sumber suara pada sudut 45 derajat, untuk melihat apakah laba-laba berperilaku berbeda. Mereka menemukan bahwa laba-laba tidak hanya melokalisasi sumber suara, tetapi mereka dapat memberi tahu arah suara yang masuk dengan akurasi 100 persen.

Untuk lebih memahami mekanisme pendengaran laba-laba, para peneliti menggunakan vibrometri laser dan mengukur lebih dari seribu lokasi di jaring laba-laba alami, dengan laba-laba berada di tengah di bawah bidang suara. Hasilnya menunjukkan bahwa jaring bergerak dengan suara hampir pada efisiensi fisik maksimum di rentang frekuensi ultra lebar.

"Tentu saja, pertanyaan sebenarnya adalah, jika jaring itu bergerak seperti itu, apakah laba-laba mendengar menggunakannya?" kata Miles. "Itu pertanyaan yang sulit untuk dijawab."

Lai menambahkan: "Bahkan mungkin ada telinga tersembunyi di dalam tubuh laba-laba yang tidak kita ketahui."

Tim kemudian menempatkan speaker mini 5 sentimeter dari pusat jaring tempat laba-laba berada, dan 2 milimeter dari bidang jaring, dekat tapi tidak menyentuh jaring. Hal ini memungkinkan suara untuk melakukan perjalanan ke laba-laba baik melalui udara dan melalui jaring. Para peneliti menemukan bahwa gelombang suara dari mini-speaker mati secara signifikan saat bergerak di udara, tetapi menyebar dengan mudah melalui jaring dengan sedikit redaman. Tingkat suara masih sekitar 68 desibel ketika mencapai laba-laba.

Data perilaku menunjukkan bahwa empat dari 12 laba-laba merespons sinyal yang terbawa melalui jaring ini. Reaksi-reaksi itu membuktikan bahwa laba-laba dapat mendengar melalui jaring, dan Lai sangat senang ketika itu terjadi.

"Saya telah mengerjakan penelitian ini selama lima tahun. Itu waktu yang lama, dan senang melihat semua upaya ini akan menjadi sesuatu yang semua orang bisa ketahu," kata Lai.

 Baca Juga: Spesies Laba-Laba Berjaring Raksasa Bekerja Sama Menyergap Mangsa

 Baca Juga: Rahasia Laba-laba Membuat Jaring, Ada Kesamaan Kode di Otak Mereka

 Baca Juga: Kain Ini Terbuat dari Jaring Laba-laba, Produk Tekstil Terlangka Dunia

Para peneliti juga menemukan bahwa, dengan berjongkok dan meregangkan, laba-laba dapat mengubah ketegangan untaian sutra, sehingga menyetelnya untuk mengambil frekuensi yang berbeda. Dengan menggunakan struktur eksternal ini untuk mendengar, laba-laba dapat menyesuaikannya untuk mendengar berbagai jenis suara.

Eksperimen di masa depan dapat menyelidiki bagaimana laba-laba memanfaatkan suara yang dapat mereka deteksi menggunakan jaring mereka. Selain itu, tim ingin menguji apakah jenis laba-laba penenun jaring lainnya juga menggunakan sutra mereka untuk mengalihdayakan pendengaran mereka.

Lai mengaku dia tidak tahu dia akan bekerja dengan laba-laba ketika dia datang ke Binghamton sebagai mahasiswa PhD teknik mesin.

"Saya takut laba-laba sepanjang hidup saya, karena penampilan alien dan kaki berbulu mereka!" katanya sambil tertawa. "Tapi semakin saya bekerja dengan laba-laba, semakin menakjubkan saya menemukan mereka. Saya benar-benar mulai menghargai mereka."