Để ghi âm một cách chính xác trong lòng biển là công việc không dễ dàng. Vì vậy các nhà khoa học đã tận dụng nghệ thuật mô phỏng hành vi sinh vật đại dương giúp thu được kết quả cao. Theo báo Daily Mail , các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford (Mỹ) đã thành công với thiết kế theo kiểu cấu trúc tai ...
Để ghi âm một cách chính xác trong lòng biển là công việc không dễ dàng. Vì vậy các nhà khoa học đã tận dụng nghệ thuật mô phỏng hành vi sinh vật đại dương giúp thu được kết quả cao.
Theo báo Daily Mail, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford (Mỹ) đã thành công với thiết kế theo kiểu cấu trúc tai của loài cá kình đại dương mà kết quả là trong phạm vi 160 decibel, độ sâu không còn là rào cản như trước. So sánh với quãng tám trong âm nhạc thì từ âm thanh muỗi vo ve đến tiếng ồn như voi gầm đều có thể ghi nhận được.
Các loại tai nghe dưới nước hiện nay bị giới hạn với độ sâu làm tăng áp lực cho nên âm thanh mờ nhạt. Vì vậy, thiết bị mới với tên gọi hydrophones (ảnh) với cách thức mô phỏng loài cá kình sẽ là công cụ tốt hơn cho các nhà khoa học. Theo nhà nghiên cứu Onur Kilic thì sự tiến hóa của loài cá kình qua hàng triệu năm đã tối ưu hóa sonar (thu âm dưới nước) sinh học.
Thực ra đối với cả con người lẫn cá kình thì đó là cách cảm nhận sự thay đổi áp lực qua màng tai, ví dụ như đánh lên một cái trống và tai người lấy sóng âm thanh. Tất nhiên môi trường biển khác với môi trường đất liền. Một microphone chỉ có thể ghi nhận sóng âm một cách thông thường trong điều kiện không khí ít biến đổi trên đất liền. Dưới lòng biển không đơn giản như vậy vì cứ mỗi 10 mét chiều sâu thì áp lực tăng lên 1atm, theo đo đạc của các nhà khoa học thì ở nơi sâu nhất thế giới là Challenger Deep trong rãnh Mariana thuộc Thái Bình Dương có áp lực hơn 1.100 lần so với bề mặt trái đất.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu do Onur Kilic đã sáng tạo thiết bị ghi âm chứa bộ cảm biến chống lại áp lực cao nhưng cấu trúc rất mỏng với bề dày chỉ chưa đến 500 nanomet. Sợi cáp quang gắn với thiết bị này sử dụng tia laser sẽ là cách thu âm hợp lý trong môi trường áp suất cao.
Ghi âm chính xác giữa lòng biển luôn là bài toán khó, bởi nước, độ sâu và áp suất khổng lồ khiến những thiết bị thu âm thông thường nhanh chóng gặp giới hạn. Để vượt qua trở ngại ấy, các nhà khoa học tìm đến một hướng tiếp cận đặc biệt: mô phỏng cách sinh vật đại dương cảm nhận âm thanh trong môi trường khắc nghiệt. Lấy cảm hứng từ tai cá kình, nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford, Mỹ, đã phát triển thiết bị có khả năng thu âm dưới nước hiệu quả hơn.
Theo Daily Mail, thiết kế mới cho phép ghi nhận âm thanh trong phạm vi lên tới 160 decibel, đồng thời giảm đáng kể ảnh hưởng của độ sâu lên chất lượng tín hiệu. Khoảng âm thanh này rộng đến mức có thể bao quát từ tiếng muỗi vo ve rất nhỏ đến âm thanh ồn ào tương tự tiếng voi gầm. Nếu liên tưởng với âm nhạc, khả năng ấy giống như mở rộng đáng kể số quãng tám mà thiết bị có thể lắng nghe giữa lòng đại dương.
Các loại tai nghe dưới nước hiện nay thường bị giới hạn bởi độ sâu, vì áp lực tăng dần khiến thiết bị hoạt động kém ổn định và âm thanh trở nên mờ nhạt. Thiết bị mới mang tên hydrophones, được xây dựng theo cách mô phỏng cá kình, hứa hẹn trở thành công cụ hữu ích hơn cho những nhà khoa học cần khảo sát âm thanh biển. Nó có thể hỗ trợ nghiên cứu đời sống đại dương, theo dõi tiếng động tự nhiên và thu thập dữ liệu ở những khu vực khó tiếp cận.
Nhà nghiên cứu Onur Kilic cho biết quá trình tiến hóa kéo dài hàng triệu năm đã giúp cá kình tối ưu hóa sonar sinh học, một hệ thống thu nhận âm thanh cực kỳ hiệu quả. Về nguyên tắc, cả con người lẫn cá kình đều cảm nhận âm thanh thông qua sự thay đổi áp lực tác động lên màng tai. Cơ chế này có thể hình dung như việc gõ vào một chiếc trống, sau đó màng rung truyền thông tin âm thanh đến hệ thống cảm nhận.
Tuy nhiên, môi trường biển khác xa đất liền, nơi microphone thường hoạt động trong không khí với điều kiện tương đối ổn định. Dưới nước, thiết bị phải chịu tác động liên tục của áp suất tăng theo độ sâu, khiến việc duy trì độ nhạy và độ chính xác trở nên phức tạp. Càng xuống sâu, thách thức càng lớn, bởi mọi bộ phận của thiết bị đều phải chống chịu sức ép mạnh hơn mà vẫn thu được tín hiệu rõ ràng.
Theo số liệu được nêu trong nghiên cứu, cứ mỗi 10 mét chiều sâu, áp lực nước lại tăng thêm khoảng 1 atm, tạo ra môi trường ngày càng khắc nghiệt. Tại Challenger Deep, điểm sâu nhất thế giới nằm trong rãnh Mariana thuộc Thái Bình Dương, áp lực cao hơn 1.100 lần so với bề mặt Trái đất. Mức áp lực ấy đủ khiến những thiết bị thông thường bị biến dạng, hư hỏng hoặc mất khả năng ghi nhận âm thanh chính xác.
Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu do Onur Kilic dẫn dắt đã sáng tạo một bộ cảm biến có khả năng chống lại áp suất cao nhưng vẫn giữ cấu trúc rất mỏng. Bộ phận này có bề dày chưa đến 500 nanomet, kích thước nhỏ giúp duy trì độ nhạy cần thiết mà không phải đánh đổi khả năng chịu lực. Sự kết hợp giữa độ mỏng và sức bền tạo nên nền tảng quan trọng cho một thiết bị thu âm hoạt động dưới biển sâu.
Một sợi cáp quang gắn với thiết bị sử dụng tia laser để truyền tín hiệu, cung cấp phương thức thu âm phù hợp hơn trong môi trường áp suất lớn. Công nghệ này không chỉ tái hiện một phần khả năng cảm nhận âm thanh của cá kình mà còn mở rộng cơ hội quan sát đại dương bằng dữ liệu chính xác hơn. Khi hydrophones được phát triển thêm, các nhà khoa học có thể lắng nghe biển sâu rõ ràng hơn, nơi trước đây độ sâu từng là rào cản gần như không thể vượt qua.
