Інженери Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) розробили мініатюрні двигуни, здатні перетворювати звукові хвилі безпосередньо в тягу – без електродвигунів та бортової електроніки. Принцип дії базується на резонансі Гельмгольца.
Дослідники створили порожнисті резонатори круглої та колоколоподібної форми. Їхні розміри та геометрія підбиралися під певну частоту звуку. При потраплянні в резонанс повітря всередині порожнини інтенсивно коливалося, перетворюючи порожнистий елемент конструкції на акустичний мікродвигун.
Принцип створення тяги полягає в асиметрії потоків повітря. Кожне акустичне коливання призводить до того, що повітря входить у резонатор як розсіяний потік, але виходить через отвір концентрованою струєю. Це створює спрямований імпульс вихідного потоку, забезпечуючи реактивну тягу.
Цей метод відрізняється від акустичної левітації, де зовнішнє звукове поле утримує або переміщує пасивний об’єкт. У новій розробці звук «накачує» енергією резонатор, який сам генерує рушійну силу. Такі порожнини можна виготовляти 3D-друком з пластику, скла тощо.
Для демонстрації технології були створені мініатюрні сантиметрові човни з одним, двома або трьома акустичними резонаторами. Кожну порожнину налаштували на власну частоту чутного діапазону. Інженери могли керувати рухом човна, змінюючи частоту сигналу динаміка, що дозволяло йому рухатися вперед, повертати та обходити перешкоди. Це також дало змогу продемонструвати програмоване автономне переміщення.
Згодом команда виготовила складніші літаючі мікророботи з трьома мікроскопічними резонаторами, вбудованими в полімерний корпус, використовуючи тривимірний нанодрук. Вони працювали на ультразвукових, нечутних для людини частотах. Один з апаратів масою 150 мкг створював спрямовану вгору реактивну тягу акустичними струями, функціонуючи як крихітна ракета.
В іншій конструкції резонатори приводили в обертання мініатюрні лопаті зі швидкістю до 13 000 об/хв, створюючи аеродинамічну підйомну силу за принципом вертольота. Розробники вважають, що подальше зменшення розмірів дозволить створювати гнучких роботів з кількома резонаторами, кожен з яких реагуватиме на свою частоту, незалежно згинаючи, обертаючи або змінюючи окремі частини апарату під дією звуку.
Оригінал статті: 3dnews.ru