Пошуки ефективних методів переміщення об'єктів у мікромасштабі протягом тривалого часу обмежувалися проблемою ваги та габаритів традиційних приводів. Класичні електродвигуни та акумулятори стають надто громіздкими, коли йдеться про пристрої вагою в кілька міліграмів. Виходом із цієї дилеми став перехід до зовнішніх джерел енергії, здатних передавати імпульс безпосередньо. Інженери з EPFL запропонували використовувати акустичний резонанс для створення тяги, фактично перетворивши звук на «паливо» для мікророботів.
В основі цього технологічного прориву лежить фундаментальний фізичний принцип — резонанс Гельмгольца. Це явище знайоме кожному з повсякденного досвіду: коли людина дме в горлечко порожньої пляшки, виникає характерний гул. У руках дослідників із лабораторії MicroBioRobotic Systems (MICROBS) цей ефект перетворився на інструмент керування рухом. Створивши порожнисті резонатори певної геометрії — круглої або дзвоноподібної, — науковці досягли того, що під впливом звукових хвиль на заданій частоті повітря всередині полости починає інтенсивно коливатися. Таким чином, звичайний порожнистий елемент конструкції перетворюється на повноцінний акустичний двигун.
Механіка створення тяги тут ґрунтується на концепції асиметрії потоків. У процесі акустичного коливання повітря надходить у резонатор розсіяним, хаотичним потоком, але виходить із нього через вузький отвір у вигляді концентрованого струменя. Ця різниця в щільності та спрямованості потоку створює середній імпульс, який штовхає пристрій вперед. Важливо розуміти, що цей метод принципово відрізняється від акустичної левітації. Якщо при левітації зовнішнє звукове поле просто утримує пасивний об'єкт у просторі, то в даній системі звук виступає в ролі енергетичного насоса, який активує вбудований резонатор, змушуючи апарат генерувати власну рушійну силу.
Практична реалізація цієї ідеї розпочалася зі створення сантиметрових човнів. Кожен такий пристрій оснащували одним або кількома резонаторами, налаштованими на різні частоти чутного діапазону. Оскільки кожен «двигун» реагував лише на свою специфічну частоту, інженери отримали можливість керувати об'єктом дистанційно: змінюючи сигнал динаміка, вони могли змушувати човен рухатися вперед, повертати або оминати перешкоди. Це дозволило реалізувати програмоване автономне переміщення без використання будь-якої бортової електроніки.
Наступним етапом стала робота з ультразвуковими частотами та методами тривимірного нанодруку. Команда створила літаючих мікророботів, чиї корпуси з полімеру містили вбудовані мікроскопічні резонатори. Один із таких апаратів масою лише 150 мкг продемонстрував здатність створювати спрямовану вгору реактивну тягу. По суті, пристрій працював як мініатюрна ракета, де замість хімічного палива використовувалися акустичні струмені.
Інший варіант реалізації виявився ще складнішим: резонатори приводили в рух крихітні лопаті. Швидкість їхнього обертання сягала 13 000 обертів за хвилину, що забезпечувало стійку аеродинамічну підйомну силу за принципом роботи вертольота. Перспективи цієї технології відкривають шлях до створення гнучких «м'яких» роботів. У майбутньому такі системи зможуть складатися з безлічі резонаторів, кожен із яких відповідатиме за певний вигин або поворот частини корпусу, дозволяючи керувати складною кінематикою апарата виключно за допомогою звукових частот.
Моніторинг уваги водія в електромобілях Tesla
