麻省理工学院的科学家们把蜘蛛网的结构翻译成了音乐——看和听

用蜘蛛网制作音乐

一张蜘蛛网的横截面图像(以不同颜色显示)被组合成3D图像并翻译成音乐。资料来源:伊莎贝尔·苏和马库斯·布勒

蜘蛛是建造大师,熟练地将丝线编织成复杂的3D网,作为蜘蛛的家和狩猎场。如果人类能进入蜘蛛的世界,他们就能了解网络的构建、蜘蛛的行为等等。今天,科学家们报告说,他们已经把网络的结构翻译成了音乐,这可能会有更好的3D打印机,跨物种交流和超凡脱境的音乐创作等应用。

“蜘蛛生活在有振动弦的环境中,”该项目的首席研究员马库斯·比勒博士说,他介绍了这项工作。“它们的视力不太好,所以它们通过不同频率的振动来感知世界。”例如,当蜘蛛在建造过程中拉伸一根丝,或者当风或困住的苍蝇移动蛛网时,就会发生这种振动。

比勒长期以来一直对音乐感兴趣,他想知道他能否从自然材料中提取出非人类起源的节奏和旋律,比如蜘蛛网。他说:“网络可能是一种新的音乐灵感来源,这与通常的人类经验非常不同。”此外,通过听觉和视觉来体验网络,比勒和他在麻省理工学院的同事(麻省理工学院),与Tomás Saraceno工作室的合作伙伴Tomás Saraceno,希望对3D架构和web的构建获得新的见解。

考虑到这些目标,研究人员用激光扫描了一张天然蜘蛛网,以捕获二维横截面,然后用计算机算法重建蜘蛛网的三维网络。该团队将不同频率的声音分配到网络上,创建“音符”,并根据网络的3D结构组合成模式,生成旋律。研究人员随后创造了一种类似竖琴的乐器,并在世界各地的几场现场表演中演奏了蜘蛛网音乐。

该团队还制作了一个虚拟现实装置,允许人们通过视觉和听觉“进入”网络。比勒说:“虚拟现实环境真的很有趣,因为你的耳朵会捕捉到你可能看到但不能立即识别的结构特征。”“通过同时听到和看到它,你可以真正开始了解蜘蛛生活的环境。”

为了深入了解蜘蛛是如何织网的,研究人员在织网过程中扫描了一张网,把每个阶段转换成不同声音的音乐。比勒说:“在这个过程中,我们这种竖琴般的乐器发出的声音会发生变化,反映出蜘蛛织网的方式。”“因此,我们可以探索以声音形式构建网络的时间序列。”这种关于蜘蛛如何织网的循序渐进的知识有助于设计“模仿蜘蛛”的3D打印机,以构建复杂的微电子学。他说:“蜘蛛‘打印’网络的方式是值得注意的,因为它不使用支持材料,而目前的3D打印方法经常需要这种材料。”

在其他实验中,研究人员探索了蛛网在受到不同机械力(比如拉伸)时发出的声音是如何变化的。“在虚拟现实环境中,我们可以开始将网络拉开,当我们这样做时,弦的张力和它们产生的声音就会发生变化。在某一时刻,丝线断裂,然后发出噼啪的声音,”比勒说。

该团队还对学习如何用蜘蛛自己的语言与它们交流感兴趣。他们记录了蜘蛛在进行不同活动时产生的振动,比如织网、与其他蜘蛛交流或发送求爱信号。尽管频率听起来与人耳相似,但机器学习算法正确地将声音分类为不同的活动。比勒说:“现在我们正试图生成合成信号,让它们能说蜘蛛的语言。”“如果我们让他们接触特定的节奏或振动模式,我们能影响他们的行为吗?我们能开始与他们交流吗?”这些都是令人兴奋的想法。”

研究人员今天(2021年4月12日)在美国化学学会(ACS)的春季会议上公布了他们的研究结果。ACS 2021年春季将于4月5日至30日在线举行。直播会议将于4月5日至16日举行,点播和网络内容将持续到4月30日。这次会议有近9000份关于广泛科学主题的报告。

研究人员感谢麻省理工学院艺术、科学和技术中心的支持和资助;国立卫生研究院;海军研究办公室;工作室托马斯•萨拉切诺提出,目的在于保护国家科学基金;MathWorks工程奖学金;和陆军研究办公室。

3评论关于“麻省理工学院的科学家将蜘蛛网的结构翻译成音乐-看和听”

  1. 听起来像早期的平克·弗洛伊德

  2. 通过我们对昆虫神经系统的输入来指导昆虫的行为,这绝对是科幻小说里才有的东西。迷人的。

  3. 分页杜立德医生……

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