Павуки значною мірою покладаються на дотик, щоб відчувати навколишній світ. Їхні тіла та ноги вкриті крихітними волосками та щілинками, які здатні розрізняти різні види вібрацій.
Будь-яка здобич, що помилково потрапляє в павутину, видає зовсім інший вібраційний шум, ніж, наприклад, інший павук, що наближається, або ворушіння вітерця. Кожна нитка павутини видає свій власний тон.
Кілька років тому вчені переклали тривимірну структуру павутини на музику, працюючи з художником Томасом Сарачено над створенням інтерактивного музичного інструменту під назвою “Полотно павука” (Spider’s Canvas).
У 2021 році команда вдосконалила та розвинула попередню роботу, додавши інтерактивний компонент віртуальної реальності, щоб дозволити людям увійти та взаємодіяти з павутиною.
Це дослідження, за словами команди, не тільки допоможе їм краще зрозуміти тривимірну архітектуру павутини, але й може навіть допомогти нам вивчити вібраційну мову павуків.
“Павук живе в середовищі вібруючих струн, – каже інженер Маркус Бюлер з Массачусетського технологічного інституту. “Вони не дуже добре бачать, тому відчувають свій світ за допомогою вібрацій, які мають різну частоту”.
Коли ви думаєте про павутину, ви, швидше за все, уявляєте собі павутину ткача: пласку, круглу, з радіальними спицями, навколо яких павук будує спіральну сітку. Однак більшість павутинок не є такими, а побудовані у тривимірному просторі – наприклад, листова павутина, заплутана павутина чи павутина-воронка.
Щоб дослідити структуру цих видів павутини, команда помістила тропічного павука-наметовика (Cyrtophora citricola) у прямокутний вольєр і дочекалася, поки він заповнить простір тривимірною павутиною. Потім вони використали листовий лазер для освітлення та створення зображень високої чіткості 2D-перетинів павутини.
Потім спеціально розроблений алгоритм склав тривимірну архітектуру полотна з цих двовимірних перерізів. Щоб перетворити це на музику, різним ниткам були призначені різні звукові частоти. Створені таким чином ноти були відтворені в патернах, заснованих на структурі павутини.
Вони також сканували павутину під час її прядіння, перетворюючи кожен крок процесу на музику. Це означає, що ноти змінюються зі зміною структури павутини, і слухач може почути процес її побудови; маючи запис поетапного процесу, ми також можемо краще зрозуміти, як павуки будують 3D-павутину без опорних конструкцій – навичка, яка може бути використана, наприклад, для 3D-друку.
Spider’s Canvas дозволила аудиторії почути музику павуків, але віртуальна реальність, в якій користувачі могли самі увійти і відтворювати павутиння, додає абсолютно новий рівень досвіду, кажуть дослідники.
“Середовище віртуальної реальності дійсно інтригує, тому що ваші вуха вловлюють структурні особливості, які ви можете бачити, але не відразу розпізнати”, – пояснив Бюлер.
“Почувши і побачивши його одночасно, ви дійсно можете почати розуміти середовище, в якому живе павук”.
Це VR-середовище з реалістичною фізикою павутини дозволяє дослідникам зрозуміти, що відбувається, коли вони граються з окремими частинами павутини. Розтягніть павутинку, і її тон зміниться. Розірвіть одну і подивіться, як це вплине на інші пасма навколо неї. Це також може допомогти нам зрозуміти архітектуру павутини і те, чому вона побудована саме так.
І, мабуть, найцікавіше, що робота дозволила команді розробити алгоритм для визначення типів коливань павутини, перекладаючи їх на “здобич у пастці”, “павутина будується” або “інший павук прибув з амурними намірами”. Це, за словами команди, є основою для розробки програми, яка навчить павуків розмовляти – принаймні, тропічних павуків-павуків-наметовиків.
“Зараз ми намагаємося генерувати синтетичні сигнали, щоб по суті говорити мовою павука”, – сказав Бюлер.
“Якщо ми піддамо їх певним ритмам або вібраціям, чи зможемо ми впливати на те, що вони роблять, і чи зможемо ми почати спілкуватися з ними? Це справді захоплюючі ідеї”.
Команда представила свою роботу на весняній зустрічі Американського хімічного товариства 2021 року. Їхнє попереднє дослідження було опубліковане у 2018 році в Journal of the Royal Society Interface.