和蜘蛛合作一場音樂演奏是什麼樣的體驗？_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-04-19 10:09
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一隻蜘蛛正在編織着它那複雜的蜘蛛網，有點像一個人正在作曲，至少從麻省理工學院材料工程師Markus Buehler眼中看來，情況便是如此，這個人研究如何將網絡結構轉化為音樂旋律。他與合作者一起設計了一種方法，讓人類“進入”3D蜘蛛網，並通過虛擬現實設置從視覺和聽覺上探索其結構。
這項工作有朝一日可能會帶來一種與蜘蛛進行“語言”交流的初步嘗試，它們自己的交流方式是通過網的振動，比如在築網時拉伸絲線，或者當一陣風吹過或被困獵物出現，都會出現這種振動。“蜘蛛生活在一個振動弦的環境中，”Buehler在一次線上新聞發佈會中説到，“它們的視力不是很好，所以通過振動來感知它們的世界，這些振動具有不同的頻率。”
幾年前，Buehler帶領一個MIT科學家小組，將蜘蛛絲中蛋白質的分子結構映射到音樂理論上，產生了絲線的“聲音”，他們希望藉此建立一種全新方式來創造設計蛋白。音樂作品的層次結構元素（音高、音域、力度、節奏）與蛋白質結構的層次結構元素類似——音樂中的音符和和絃都數量有限，需要將它們進行不同的組合來創作音樂，而蛋白質的構件也是有限的（20個氨基酸），它們能以多種方式進行組合以創建具有獨特特性的新型蛋白質結構。
該項工作激發了2018年在巴黎舉行的可聽化藝術展“蜘蛛的畫布”。藝術家Tomas Saraceno與這羣MIT工程師合作，以桔雲斑蛛（Cyrtophora citricola）的網為靈感，創作了一種類似豎琴的互動樂器，“網"中的每條線都被調成不同的音符。為了製作這個“豎琴“，團隊使用激光掃描了蜘蛛網以捕獲二維橫截面，然後使用計算機算法重建了三維網絡。接下來，他們將特定頻率分配給網線，用作音符。把這些音符在網的三維結構中以各種模式組合起來，就可以生成旋律。
對於這種方法創作出來的音樂，Buehler 評價説：“聲音非常複雜，聽起來不像傳統的調音樂器，因為蜘蛛當然不會使用我們在音樂創作中的調音系統。相反，蜘蛛已經把網調成了它們自己的想法，即如何作為最佳傳感器，最佳捕食設備。它的聲音相當令人難忘——不常見，卻非常美。”（想要感受一下的話，請前往“返樸”觀看視頻）
2019年，Buehler的團隊接着開發了一種更為先進的系統，用蛋白質結構製造音樂，然後再將其轉換回來，創造出自然界中從未見過的新型蛋白質。他們根據每個氨基酸的天然共振頻率為其分配了一個音調——實際上更類似於一個和絃，因為氨基酸以幾個有所重疊的頻率進行振動。分子的不同三維結構決定了每個音調的持續時間。
由於存在20種氨基酸，這就產生了20種音階。該團隊還開發了一款名為 “氨基酸合成器 “的免費安卓應用，用户可以用氨基酸的聲音來創造自己的蛋白質“曲譜”。還記得嗎，在去年，Buehler的實驗室應用同樣方法建立了新型冠狀病毒SARS-CoV-2突刺蛋白的振動特性模型，正是這個結構使得它具有如此高的感染率。（as對此曾有介紹，見各位聽眾注意！下面請欣賞新冠病毒帶來的原創單曲）
Buehler在線上新聞發佈會中的演講側重於介紹如何在虛擬現實環境中，讓用户進入一個蜘蛛網，並在其結構中四處遊走。通過將視覺和聽覺結合起來，人們或許能發現更多有趣的結構特徵，因為這能讓用户對蜘蛛網有了更豐富的感官體驗。
儘管大多數人都熟悉二維蜘蛛網，但大多數蜘蛛實際上都構建的都是三維蜘蛛網，而他最感興趣的正是通過聲音探索這些結構。他把蜘蛛當作一台“自主3D打印機”，和人工3D打印過程不同的是，它無需任何支撐性腳手架即可構建蜘蛛網。“所以，我們有一種由蜘蛛實時創建或旋轉的材料，能耗非常低，可以在三維空間中創建這些非常複雜的結構。”
他們的一些實驗會在構建蜘蛛網時對其進行掃描，然後將每個階段轉換為音樂，這樣團隊就能以可聽形式研究該過程。Buehler説：“我們可以為每種構造狀態創建一個豎琴，因此你可以開始瞭解在建造過程中，蜘蛛豎琴實際上是如何變化的，幾乎就像一種活樂器一樣。” 研究人員還能在虛擬環境中研究網的聲音如何響應不同的機械力而發生變化，例如拉伸特定的股線並增加張力，直到股線斷開產生斷裂聲。
研究的最終目的，是學習如何創建類似的合成蜘蛛網和其他模仿結構。“我們有興趣改變我們對材料的整體思考模式。蜘蛛能夠通過振動感知網的完整性。如果遭到損壞，它們可以去修復。它們和自己建造的結構之間有着完全不一樣的關係，它們實際上是其中的一部分。” 他設想未來的人造結構（例如橋樑）將採用類似的內置修復機制進行設計，這樣就不會等到它斷裂以後再進行修復了。“它將成為一個活的有機體。”
蜘蛛利用它們的網來捕捉獵物，同時還通過網上的股線振動來收集感覺信息、拍打網絡產生振動模式。在其他實驗中，Buehler等人記錄了蜘蛛進行不同活動時的各種網絡振動，例如發送求偶信號。他們專門設計一種機器學習算法來區分各種聲音，因為這些頻率在人耳中聽起來幾乎都是一樣的。
而現在，他們正在嘗試產生合成信號，以初步“説”出蜘蛛的語言。“如果我們將它們置於某些節律或振動模式下，我們是否可以影響它們的工作，我們是否可以開始與它們進行交流？這些都是非常令人興奮的想法。”
本文經授權轉載自微信公眾號“科學藝術研究中心”。原文鏈接：https://arstechnica.com/science/2021/04/mit-scientists-study-spider-web-structure-by-translating-it-into-music
