Несмотря на обилие глаз, большинство видов пауков обладают довольно слабым зрением. Для многих из них ключевым инструментом взаимодействия с миром являются ловчие сети, нити которых служат своеобразным продолжением тела паука и сигнализируют о появлении незваных гостей при помощи вибраций. Из-за разной длины и напряжения отдельные нити производят вибрации разной частоты. Именно эта особенность паутины послужила вдохновением для учёных из МТИ, которые «перевели» трёхмерную структуру паучьих ловчих сетей в музыку.

Профессор инженерии и материаловедения в Массачусетском технологическом институте Маркус Бюлер решил объединить свою страсть к музыке и научные интересы, чтобы понять, возможно ли извлечь ритмы и мелодии из натуральных материалов нечеловеческого происхождения, например, из паутины. Пауки – признанные гении 3D-инженерии: они умеют создавать сложные и прочные конструкции из тончайших белковых нитей. Подобные сети служат паукам домом, охотничьим угодьем и важным инструментом внутривидового взаимодействия. По словам Бюлера, возможность изучить структуру паутины «изнутри» позволила бы людям не только познать изнанку паучьей жизни, но и позаимствовать у пауков некоторые архитектурные и инженерные хитрости.

 В рамках нового исследования Бюлер и его коллеги из МТИ объединили свои усилия с художником Томасом Сарацено, который разделяет их очарование пауками и паутиной. Для начала учёные просканировали лазером обычную паутину в процессе её плетения тропическим пауком-ткачом Cyrtophora citricola, чтобы максимально точно уловить двухмерные пересечения белковых нитей. Далее, используя компьютерные алгоритмы, исследователи реконструировали трёхмерную архитектуру паутины. Следующим шагом стало присвоение отдельным нитям различных звуковых частот: в данном аспекте ключевую роль играла последовательность построения структур паутины. При этом длительность нот зависела от длины нитей, а громкость звука – от количества пересечений в одной точке. В итоге виртуальная 3D-модель паутины превратилась в некое подобие струнного щипкового инструмента, отчасти напоминающего арфу.

Кроме того, исследователи создали инсталляцию с эффектом звукового и визуального погружения при помощи технологий виртуальной реальности. Таким образом, по словам Бюлера, люди смогут хотя бы немного приблизиться к пониманию мира, в котором живут пауки. 3D-модель паутины также позволила учёным провести эксперименты на предмет того, как изменяются вибрации и звуки при воздействии на нити различных механических сил, например, растяжения. В среде виртуальной реальности инженеры имели возможность деформировать отдельные нити и соединения: при этом менялось напряжение материала и производимая им звуковая частота. Периодически соединения и нити разрывались, издавая отчётливый щелчок.

 Учёные считают, что подробный анализ временной последовательности построения паутины может пригодиться в разработке нового поколения 3D-принтеров. Пауки плетут сложные и изящные конструкции без каких-либо поддерживающих элементов. Если инженеры найдут способ имитировать эту особенность в отрасли 3D-печати, то мы получим совершенные аппараты, способные печатать сложные изделия, например, микроэлектронику, не прибегая к использованию материалов поддержки, без которых пока не могут обходиться даже самые современные 3D-принтеры.