Микродроны освоили звук для создания тяги без электродвигателей

Специалисты из лаборатории MicroBioRobotic Systems (MICROBS) Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали уникальные двигатели для микродронов, которые работают, преобразуя звуковые волны в реактивную тягу. Исследователи применили явление, аналогичное тому, которое происходит, когда воздух гудит в пустой бутылке, используя резонирующие полости, чтобы генерировать силу в ответ на звуковые колебания на определённых частотах.

Технология основана на резонансе Гельмгольца и включает создание полых резонаторов с круглой и колоколообразной формой, которые настроены на определённые звуковые частоты. Когда резонатор находится в состоянии резонанса, воздух внутри него начинает активно колебаться, что трансформирует его в акустический микродвигатель. Принцип работы основан на асимметрии потоков: воздух поступает в резонатор более рассеянно, а выходит концентрированной струёй, создавая направленный импульс, который вызывает реактивную тягу.

В отличие от акустической левитации, где звуковые волны удерживают объекты в воздухе, разработанная технология позволяет резонатору работать как самостоятельный источник движущей силы. Исследователи продемонстрировали свои достижения, создав миниатюрные лодки с одним или несколькими акустическими резонаторами, которые были настроены на различные частоты. Изменяя частоту сигнала, инженеры могли управлять движением лодки, включая различные «двигатели» для маневрирования и преодоления препятствий.

С помощью 3D-печати команда также изготовила летающие микророботы с тремя микроскопическими резонаторами, которые работали на ультразвуковых частотах. Один из аппаратов весом всего 150 мкг создавал направленную тягу, функционируя как крошечная ракета. В другой конструкции резонаторы вращали миниатюрные лопасти со скоростью до 13 000 об/мин, обеспечивая стабильную подъёмную силу, аналогичную работе вертолёта. Разработчики уверены, что дальнейшее уменьшение размеров резонаторов позволит создавать более сложные роботы, способные реагировать на различные частоты и изменять свою форму под влиянием звука.