Kleine Flügel, großer Klang

Grillen und Laubheuschrecken benutzen ihre Flügel um verschiedenartige und oft beeindruckend laute Gesänge zu produzieren, die dem Anlocken weit entfernter Paarungspartner dienen. Diese Kommunikationssignale sind artspezifisch und höchst variabel in Rhythmus (der zeitlichen Abfolge der Signale) und Tonlage. Viele Arten produzieren außerdem genau wie Fledermäuse Signale im Ultraschallbereich, weit jenseits der menschlichen Hörgrenze. Die Gesänge werden üblicherweise durch das Aneinanderreiben der Vorderflügel (Stridulation) produziert, wobei eine verhärtete Kante des einen Flügels über eine mit Zähnchen besetzte Ader auf der Unterseite des gegenüberliegenden Flügels gestrichen wird. Die durch die Stridulationsbewegungen produzierten Flügelvibrationen werden durch spezifische Strukturen im Insektenflügel verstärkt, welche, ähnlich wie der Resonanzkörper einer Gitarre oder Geige, speziell auf die Gesangsfrequenzen abgestimmt sind. Die Flügel haben sich im Laufe der Evolution zu kompakten, leichten und besonders optimierten Resonatoren entwickelt, wodurch diese kleinen Insekten von der Natur mit ihren eigenen Miniaturlautsprechern ausgestattet worden sind. Betrachtet man Grillen und Laubheuschrecken bei ihrer Gesangsproduktion, stellt sich folgende, naheliegende Frage: Wie können diese Insekten mit ihren kleinen Flügeln solch laute Klänge produzieren? Insbesondere: Welche morphologischen Strukturen, biomechanischen Prozesse und Materialeigenschaften beeinflussen und definieren die akustischen Eigenschaften das Tuning der gesangsproduzierenden Flügel bei Grillen und Laubheuschrecken? Um diesen Fragen nachzugehen, um zu erforschen wie die Flügelstruktur den Gesang beeinflusst, sollen in diesem Projekt moderne bioakustische und biomechanische Methoden zur Anwendung kommen. Dazu gehören z.B. Laser für die Detektion kleinster Oberflächenvibrationen, künstliche Intelligenz für die automatische Detailanalyse von Flügelbewegungen und nanomechanische Untersuchungen zur Bestimmung von Materialeigenschaften. Wissen, das mittels dieser Methoden gewonnen wird, wird zur Erstellung dreidimensionaler und mathematischer Flügelmodelle verwendet, mit deren Hilfe der Stridulationsprozess und die Gesangserzeugung echter Flügel simuliert werden können. Künstliche Manipulation dieser Computermodelle und Analyse der daraus resultierenden Gesänge werden ebenfalls helfen, das mechanische und akustische Potential dieser Miniaturlautsprecher zu erforschen. Die Kombination biomechanischer und bioakustischer Studien an realen Flügeln mit Erkenntnissen der mechano-akustischen Eigenschaften computersimulierter Flügel kann WissenschafterInnen dabei helfen die akustische Evolution von Insekten zu entschlüsseln und besser zu verstehen. Gleichzeitig kann das so gewonnene Wissen aber auch von IngenieurInnen verwendet werden, um innovative, biomimetische Miniaturlautsprecher, für z.B. Hörgeräte, zu entwickeln.