Исследователи из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) разработали миниатюрные лодки и летающие устройства, которые получают тягу исключительно от звука. Никаких моторов, шестерёнок и магнитных частей — движение создают специально спроектированные резонаторы, напечатанные на 3D-принтере.
Работа опубликована в журнале Science Advances. Авторы показали, что акустический резонанс можно превратить в рабочий принцип крошечных роботов.
Как это работает
Когда звук нужной частоты попадает в полую камеру, воздух внутри начинает сильно колебаться. Конструкция резонатора направляет часть этого воздуха через отверстие, создавая слабую, но направленную струю. Именно она и толкает устройство.
Принцип напоминает то, что происходит, когда дуешь в горлышко бутылки: воздух внутри вибрирует на определённых частотах. Учёные EPFL научились превращать эту вибрацию в полезную тягу.
«Наша работа показывает, что простую и остроумно спроектированную механическую деталь можно превратить в робототехнический материал», — говорит Сельман Сакар (Selman Sakar), руководитель лаборатории MICROBS.
Что удалось создать
На маленькие лодки исследователи устанавливали до трёх резонаторов. Каждый реагировал на свою частоту и был ориентирован в определённом направлении. Меняя частоту звука из динамика, команда могла включать нужные камеры, двигать лодки и обходить препятствия. Часть испытаний прошла в автономном режиме.
Ещё более впечатляющими получились микролёты, изготовленные методом 3D-нанопечати. Они работают на ультразвуковых частотах, поэтому звук их двигателей человек не слышит.
Один из прототипов весил всего 150 микрограммов и поднимался вверх за счёт трёх резонаторов, создающих направленную вниз тягу. Другой напоминал крошечный вертолёт: три лопасти с резонаторами раскручивались до 13 000 оборотов в минуту и позволяли устройству зависать в воздухе.
Ограничения и перспективы
Пока демонстрации скромные: микролёты поднимаются меньше чем на 5 миллиметров, а лодки очень лёгкие. Тем не менее эксперименты доказывают, что резонансные полости могут работать как полноценная двигательная система для миниатюрных роботов.
В будущем, по словам авторов, можно создать устройства с несколькими резонаторами, каждый из которых отвечает на свою частоту. Это позволит отдельным частям конструкции двигаться, изгибаться или вибрировать, открывая путь к роботам, способным менять форму под действием звука.
«Наша концепция совместима с дальнейшей миниатюризацией и позволяет создавать конструкции, которые расширяют границы робототехники и авиации», — отмечает первый автор исследования Джунсун Хван (Junsun Hwang).
Технология пока далека от практического применения, но сама идея — получать движение из звука с помощью пассивных структур — выглядит свежо и многообещающе.
