人类观察周围世界的能力是通过我们的感觉器官——眼睛、耳朵、鼻子、皮肤和舌头——实现的,这些器官的效率如此之高,以至于大多数人不会有意识地去思考它们。其他人,比如机械工程杰出教授罗恩·迈尔斯,一直对它们有一种“感觉”。
“从我记事起,我就出于某种奇怪的原因对声音感兴趣。随着我了解的越来越多,我意识到听觉可以说是最重要的感觉,”迈尔斯说。“[失去]视力会让你远离事物,但如果失去听力,你就会远离人。对于我们以及所有动物来说,听觉确实是最重要的交流方式。”
1876 年,亚历山大·格雷厄姆·贝尔 (Alexander Graham Bell) 获得了第一个麦克风的专利。近 150 年后,迈尔斯致力于再次彻底改变听力学——这一次,他转向自然。
迈尔斯在加州大学伯克利分校获得电气工程学士学位,在华盛顿大学获得机械工程硕士和博士学位。自 1989 年以来,他一直在宾厄姆顿大学担任过各种职务。在他杰出的职业生涯中,他还曾在美国宇航局、波音公司和他的母校加州大学伯克利分校任职;他拥有多项专利并发表过学术论文;并获得了许多奖项,包括大学卓越教学奖和研究基金会杰出发明家奖。他的研究范围广泛,涉及各种应用,从消费电子产品、实验室仪器到医疗保健应用,但他感兴趣的领域主要在于声学。
迈尔斯以仿生学为模型,与当时的博士生周健合作完成他的论文项目;两人随后开创了仿生流麦克风并获得了专利,该专利现已由加拿大风险投资公司 TandemLaunch 及其衍生公司Soundskrit商业化,该公司最近还发布了模拟和数字版本的麦克风迈尔斯最初的概念。
然而,要理解为什么这项专利是一项革命性的技术进步,我们必须了解:麦克风是如何工作的?而且,什么才是真正的声音?
“声音本质上是一种波动。我们通过耳膜听到声音。我们的耳朵有小鼓、小表面或鼓膜,由压力变化驱动。大气压力的微小变化会导致我们的耳膜移动,然后我们的耳朵会检测到这种运动,”迈尔斯说。“像蚊子、蟋蟀和蠓之类的东西——它们用细小的毛发来听声音,而这些毛发是由空气中的运动驱动的,而空气中的运动是声场的一部分。”
这种本质的区别使得仿生学成为一个如此有趣的研究视角。麦克风的工作原理是获取声波并将其转换为电信号。大多数都是模仿人耳及其感知压力的能力。然而,还有其他方式“聆听”,也有许多动物可以模仿。
不幸的是,有时与动物一起工作可能会遇到一些障碍——就像迈尔斯在康奈尔大学的合作者将一些雌性蚊子带到宾厄姆顿进行研究一样。
“他们出去了,到处都是。遍布工程科学大楼一楼!这就像七月在[宾厄姆顿大学]自然保护区一样,”他说。“它们咬所有人——太可怕了。这种情况持续了几周。”
不过,其他动物则更容易管理。其中一种——蜘蛛——以一种独特的方式聆听,除了利用它们编织的网以及感知运动的身体上的小毛发。