Поиск эффективных способов перемещения объектов в микромасштабе долгое время упирался в проблему веса и габаритов традиционных приводов. Классические электродвигатели и аккумуляторы становятся слишком громоздкими, когда речь идет о миллиграммовых устройствах. Решением этой дилеммы стал переход к внешним источникам энергии, способным передавать импульс напрямую. Инженеры из EPFL предложили использовать акустический резонанс для создания тяги, фактически превратив звук в топливо для микророботов.
В основе этого технологического прорыва лежит фундаментальный физический принцип — резонанс Гельмгольца. Это явление знакомо каждому по простому бытовому опыту: когда человек дует в горлышко пустой бутылки, возникает характерный гул. В руках исследователей из лаборатории MicroBioRobotic Systems (MICROBS) этот эффект превратился в инструмент управления движением. Создав полые резонаторы определенной геометрии — круглой или колоколообразной, — ученые добились того, что при воздействии звуковых волн на заданной частоте воздух внутри полости начинает интенсивно колебаться. Таким образом, обычный пустотелый элемент конструкции превращается в полноценный акустический двигатель.
Механика создания тяги здесь опирается на концепцию асимметрии потоков. В процессе акустического колебания воздух входит в резонатор рассеянным, хаотичным потоком, но покидает его через узкое отверстие в виде концентрированной струи. Эта разница в плотности и направленности потока создает средний импульс, который толкает устройство вперед. Важно понимать, что данный метод принципиально отличается от акустической левитации. Если при левитации внешнее звуковое поле просто удерживает пассивный объект в пространстве, то в данной системе звук выступает в роли энергетического насоса, который активирует встроенный резонатор, заставляющий аппарат генерировать собственную движущую силу.
Практическая реализация этой идеи началась с создания сантиметровых лодок. Каждое такое устройство оснащалось одним или несколькими резонаторами, настроенными на разные частоты слышимого диапазона. Поскольку каждый «двигатель» реагировал только на свою специфическую частоту, инженеры получили возможность управлять объектом дистанционно: меняя сигнал динамика, они могли заставлять лодку двигаться вперед, поворачивать или обходить препятствия. Это позволило реализовать программируемое автономное перемещение без использования какой-либо бортовой электроники.
Следующим этапом стала работа с ультразвуковыми частотами и методами трехмерной нанопечати. Команда создала летающих микророботов, чьи корпуса из полимера содержали встроенные микроскопические резонаторы. Один из таких аппаратов, имеющий массу всего 150 мкг, продемонстрировал способность создавать направленную вверх реактивную тягу. По сути, устройство работало как миниатюрная ракета, где вместо химического топлива использовались акустические струи.
Другой вариант реализации оказался еще более сложным: резонаторы приводили в движение крошечные лопасти. Скорость их вращения достигала 13 000 оборотов в минуту, что обеспечивало устойчивую аэродинамическую подъемную силу по принципу работы вертолета. Перспективы данной технологии открывают путь к созданию гибких «мягких» роботов. В будущем такие системы смогут состоять из множества резонаторов, каждый из которых будет отвечать за определенный изгиб или поворот части корпуса, позволяя управлять сложной кинематикой аппарата исключительно с помощью звуковых частот.
Контроль внимания водителя в электромобилях Tesla
