Une recherche sur la soie d’araignée a conduit à un nouveau type de microphone

La capacité humaine à percevoir le monde qui nous entoure est rendue possible par nos organes sensoriels – yeux, oreilles, nez, peau et langue – qui sont si efficaces que la plupart des gens n’y pensent pas consciemment. Toutefois pour le professeur de génie mécanique Ron Miles, ils ont toujours eu un « sens » pour lui.

« J’ai toujours été intéressé par le son pour une raison étrange depuis que je me souviens. Plus j’en apprends, plus je réalise que l’ouïe pourrait être considérée comme le sens le plus important », a déclaré Ron Miles. « Perdre la vision vous éloigne des choses, mais l’ouïe, si vous la perdez, vous éloigne des gens. L’ouïe est vraiment la méthode de communication la plus importante pour nous – et pour tous les animaux. »

Le biomimétisme dans la technologie auditive

En 1876, Alexander Graham Bell a breveté le premier microphone. Près de 150 ans plus tard, Miles travaille à révolutionner à nouveau l’audiologie – cette fois, en se tournant vers la nature. En utilisant le biomimétisme comme modèle, Miles a travaillé avec l’étudiant en doctorat Jian Zhou sur son projet de thèse.

Le duo a ensuite été à l’origine et a breveté le microphone à flux bio-inspiré – le brevet qui a maintenant été commercialisé par la société de capital-risque canadienne TandemLaunch et sa filiale Soundskrit, qui a également récemment lancé une version analogique et numérique du concept original de Miles.

Comprendre le fonctionnement des microphones et le son

« Le son est essentiellement une fluctuation. Nous entendons le son grâce à nos tympans. Nos oreilles ont de petits tambours, de petites surfaces, ou des tympans, des membranes qui sont entraînées par des changements de pression. De minuscules changements dans la pression atmosphérique font bouger nos tympans, puis nos oreilles détectent ce mouvement », a expliqué ron Miles. « Des choses comme les moustiques et les grillons et les moucherons – ils entendent en utilisant de petits poils, et ces poils sont entraînés par le mouvement dans l’air qui fait partie du champ sonore. »

Le biomimétisme : une perspective intéressante

Cette différence essentielle est ce qui rend le biomimétisme une perspective intéressante à poursuivre. Les microphones fonctionnent en prenant une onde sonore et en la transformant en un signal électrique ; la plupart sont modélisés d’après l’oreille humaine et sa capacité à détecter la pression. Cependant, il existe d’autres façons d’«entendre», et de nombreux animaux à imiter.

Alors que M. Zhou espère continuer à faire progresser la nanotechnologie auditive, M. Miles a récemment lancé un projet avec une subvention RO1 des National Institutes of Health pour étudier le flux acoustique dans les oreilles et améliorer les traitements de la perte d’audition et d’autres problèmes auditifs.

« Si vous aviez une autre façon de fabriquer le microphone qui ne détecte même pas la pression, cela introduirait une nouvelle approche de la conception. Vous vous débarrassez de votre ancienne conception et commencez avec un nouveau principe ; les contraintes seront différentes. Et il peut être beaucoup plus facile de répondre à certaines des exigences de la conception, et plus pratique de fabriquer un microphone qui sonne vraiment bien », a déclaré Miles. « Dans ce cas, il n’est peut-être pas nécessaire de le rendre très petit. Un microphone de téléphone portable sera aussi bon qu’un microphone de studio d’enregistrement. »

En synthèse

Cette recherche pourrait transformer radicalement notre façon d’entendre et conduire à des avancées technologiques majeures. Leur travail, qui a commencé dans un sous-sol d’université, pourrait aboutir à des microphones de nouvelle génération qui reproduisent l’audio avec une qualité d’amplitude ou une « bonne fidélité » à des fréquences élevées et basses.

Qu’ils soient destinés aux consommateurs, aux soins de santé ou à la recherche, les travaux réalisés grâce à ce brevet pourraient transformer profondément la façon dont nous entendons et conduire à des avancées technologiques radicales, grâce à des recherches qui ont débuté dans un sous-sol d’université.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que le biomimétisme et comment est-il utilisé dans la technologie auditive

Le biomimétisme est une approche qui cherche à imiter les modèles et les systèmes de la nature pour résoudre des problèmes humains. Dans la technologie auditive, le professeur Ron Miles et son étudiant en doctorat Jian Zhou ont utilisé le biomimétisme pour développer un microphone bio-inspiré qui imite la façon dont certains animaux, comme les araignées et les moustiques, perçoivent le son.

2. Comment fonctionnent les microphones et qu’est-ce que le son ?

Les microphones fonctionnent en transformant une onde sonore en un signal électrique. Le son est une fluctuation que nous percevons grâce à nos tympans, qui sont entraînés par des changements de pression. Cependant, certains animaux perçoivent le son différemment, en utilisant de petits poils qui sont entraînés par le mouvement de l’air dans le champ sonore.

3. Comment le microphone bio-inspiré diffère-t-il des microphones traditionnels ?

Le microphone bio-inspiré diffère des microphones traditionnels en ce qu’il est conçu pour imiter la façon dont certains animaux perçoivent le son. Au lieu de détecter la pression, comme le font la plupart des microphones, le microphone bio-inspiré détecte le mouvement de l’air dans le champ sonore, ce qui pourrait permettre une reproduction plus fidèle du son à des fréquences élevées et basses.

4. Quels sont les avantages potentiels de cette nouvelle technologie ?

La technologie pourrait transformer radicalement notre façon d’entendre et conduire à des avancées technologiques majeures. Par exemple, un microphone de téléphone portable pourrait être aussi bon qu’un microphone de studio d’enregistrement. De plus, cette technologie pourrait également être utilisée pour améliorer les traitements de la perte auditive et d’autres problèmes auditifs.

5. Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?

Même si la technologie est en cours de commercialisation, la recherche continue. Les chercheurs envisagent d’autres façons d’imiter la perception du son par les animaux, comme la transmission du son à travers l’eau plutôt que l’air. De plus, ils continuent à utiliser les informations fondamentales qu’ils ont obtenues de cette recherche pour faire avancer leur travail futur, y compris l’étude du flux acoustique dans les oreilles pour améliorer les traitements de la perte auditive et d’autres problèmes auditifs.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale : Une toile sur le campus de l’université de Binghamton qui pourrait appartenir à la prochaine araignée dont la soie est étudiée dans la chambre anéchoïque. Crédit photo : Jonathan Cohen.

Source : Université de Binghamton