Швейцарські інженери навчили мікродрони літати за допомогою звуку

Інженери Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) створили мініатюрні двигуни нового типу, здатні перетворювати звукові хвилі безпосередньо на тягу — без електромоторів і будь-якої бортової електроніки. В основі розробки лежить явище резонансу Гельмгольца, знайоме кожному, хто дмухав у порожню пляшку і чув характерний гул.

Дослідники з лабораторії Micro­BioRo­bot­ic Sys­tems (MICROBS) сконструювали порожнисті резонатори круглої та дзвоноподібної форми. Їхні розміри й геометрія підбираються під конкретну частоту звуку: потрапляючи в резонанс, повітря всередині порожнини починає інтенсивно коливатися, перетворюючи простий порожній елемент корпусу на акустичний мікродвигун.

Принцип роботи базується на асиметрії повітряних потоків. Під час кожного акустичного коливання повітря входить у резонатор розсіяним потоком, а виходить через отвір у вигляді концентрованого струменя. Саме ця різниця формує спрямований імпульс і дає конструкції реактивну тягу. Такі порожнини можна друкувати на 3D-принтері з пластику, скла чи інших матеріалів.

Для початкової демонстрації технології команда виготовила сантиметрові мініатюрні човники з одним, двома або трьома акустичними резонаторами. Кожну порожнину налаштували на окрему частоту в діапазоні чутного звуку й зорієнтували так, щоб вона штовхала човен у певному напрямку. Змінюючи частоту сигналу динаміка, інженери вмикали різні «двигуни» вибірково — і човен рухався вперед, повертав або обходив перешкоди. У такий спосіб вдалося також продемонструвати програмоване автономне переміщення.

Наступним кроком стало створення значно складніших літаючих мікророботів методом тривимірного нанодруку. Три мікроскопічні резонатори вбудували безпосередньо в полімерний корпус, а самі апарати перевели на ультразвукові частоти, недоступні людському слуху. Один із пристроїв масою лише 150 мікрограмів генерував спрямовану вгору тягу акустичними струменями — фактично працюючи як крихітна ракета.

У другій конструкції резонатори розкручували мініатюрні лопаті до 13 000 обертів на хвилину, забезпечуючи стабільну аеродинамічну підйомну силу за гелікоптерним принципом. Розробники переконані, що подальше зменшення розмірів відкриє шлях до гнучких роботів із кількома резонаторами, кожен із яких реагуватиме на свою частоту й незалежно керуватиме окремою частиною апарату — згинатиме, обертатиме або змінюватиме її форму просто під дією звуку.