科學(xué)家將蜘蛛網(wǎng)翻譯成音樂，這絕對令人驚嘆

蜘蛛在很大程度上依靠觸覺來感知周圍的世界。它們的身體和腿上覆蓋著細(xì)小的毛發(fā)和縫隙，可以區(qū)分不同類型的振動。

例如，任何獵物闖入網(wǎng)中都會發(fā)出與另一只蜘蛛求偶或微風(fēng)攪動截然不同的振動喧囂。網(wǎng)的每一股都會產(chǎn)生不同的音調(diào)。

幾年前，科學(xué)家們將蜘蛛網(wǎng)的三維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為音樂，與藝術(shù)家托馬斯·薩拉切諾（Tomás Saraceno）合作，創(chuàng)造了一種名為“蜘蛛網(wǎng)”的互動樂器，名為蜘蛛的畫布.

2021 年，該團(tuán)隊在之前的工作基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和構(gòu)建，增加了一個交互式虛擬現(xiàn)實組件，允許人們進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)并與之互動。

研究小組表示，這項研究不僅可以幫助他們更好地理解蜘蛛網(wǎng)的三維結(jié)構(gòu)，甚至可以幫助我們學(xué)習(xí)蜘蛛的振動語言。

“蜘蛛生活在一個振動的琴弦的環(huán)境中，”工程師馬庫斯·比勒（Markus Buehler）說麻省理工學(xué)院?！八麄兛吹貌惶宄?，所以他們通過振動來感知他們的世界，這些振動具有不同的頻率。

當(dāng)你想到蜘蛛網(wǎng)時，你很可能會想到球體編織者的網(wǎng)：扁平的、圓形的，帶有放射狀輻條，蜘蛛圍繞它構(gòu)建一個螺旋網(wǎng)。然而，大多數(shù)蜘蛛網(wǎng)不是這種，而是以三維形式構(gòu)建的——例如，如片狀網(wǎng)、纏結(jié)網(wǎng)和漏斗網(wǎng)。

為了探索這些網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，研究小組飼養(yǎng)了一只熱帶帳篷網(wǎng)蜘蛛（Cyrtophora citricola 柑橘）在一個長方形的外殼中，并等待它用三維網(wǎng)填充空間。然后，他們使用片狀激光器照亮并創(chuàng)建卷材 2D 橫截面的高清圖像。

然后，一種專門開發(fā)的算法從這些 2D 橫截面拼湊出 Web 的 3D 架構(gòu)。為了將其轉(zhuǎn)化為音樂，將不同的聲音頻率分配給不同的線。由此生成的音符是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以模式播放的。

他們還在旋轉(zhuǎn)時掃描了一張網(wǎng)，將這個過程的每一步都翻譯成音樂。這意味著音符會隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化而變化，聽眾可以聽到網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程;記錄分步過程意味著我們還可以更好地了解蜘蛛如何在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下構(gòu)建 3D 網(wǎng)——例如，這項技能可用于 3D 打印。

蜘蛛的畫布研究人員說，允許觀眾聽到蜘蛛音樂，但虛擬現(xiàn)實，用戶可以自己進(jìn)入并播放網(wǎng)絡(luò)，增加了一個全新的體驗層。

“虛擬現(xiàn)實環(huán)境非常有趣，因為你的耳朵會捕捉到你可能看到但不能立即識別的結(jié)構(gòu)特征。Buehler解釋道.

“通過同時聽到和看到它，你可以真正開始了解蜘蛛生活的環(huán)境。

這種VR環(huán)境具有逼真的網(wǎng)絡(luò)物理特性，使研究人員能夠理解當(dāng)他們弄亂網(wǎng)絡(luò)的某些部分時會發(fā)生什么。拉長一根線，它的音調(diào)就會改變。折斷一根，看看它如何影響它周圍的其他股線。這也可以幫助我們理解蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，以及為什么它們會以這種方式構(gòu)建。

而且，也許最令人著迷的是，這項工作使該團(tuán)隊能夠開發(fā)一種算法來識別蜘蛛網(wǎng)的振動類型，將它們轉(zhuǎn)化為“被困的獵物”，或“正在構(gòu)建的網(wǎng)”，或“另一只蜘蛛帶著多情的意圖到達(dá)”。研究小組說，這是學(xué)習(xí)說蜘蛛的基礎(chǔ)——至少是熱帶帳篷網(wǎng)蜘蛛。

“現(xiàn)在我們正試圖產(chǎn)生合成信號，基本上說蜘蛛的語言。Buehler說.

“如果我們讓它們暴露在某種節(jié)奏或振動模式中，我們能影響它們的行為嗎，我們能開始與它們交流嗎？這些都是非常令人興奮的想法。

該團(tuán)隊在美國化學(xué)學(xué)會2021年春季會議.他們之前的研究發(fā)表在 2018 年英國皇家學(xué)會界面雜志.

本文最初發(fā)表于2021年4月。

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