Инженеры Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали миниатюрные двигатели, превращающие звуковые волны напрямую в тягу — без электромоторов и бортовой электроники. В основе разработки лежит тот же эффект, что заставляет гудеть пустую бутылку, если в неё дуть.
Движители построены на резонансе Гельмгольца: полые камеры определённой формы и размера настраиваются на конкретную частоту звука. Попадая в резонанс, воздух внутри полости начинает интенсивно колебаться, превращая простую пустотелую деталь в акустический микродвигатель.
Для демонстрации технологии учёные собрали сантиметровые лодки с одним, двумя или тремя резонаторами. Каждая полость настроена на свою частоту и ориентирована так, чтобы создавать тягу в нужном направлении.
Меняя частоту сигнала динамика, инженеры выборочно включали разные «двигатели» — лодка двигалась вперёд, поворачивала и обходила препятствия. Так удалось показать программируемое автономное перемещение без единого мотора на борту.
Тяга возникает из-за асимметрии воздушных потоков. При каждом колебании воздух входит в резонатор рассеянным потоком, а выходит через отверстие концентрированной струёй — так возникает направленный импульс и реактивная тяга.
Это принципиально отличается от акустической левитации, где звуковое поле извне удерживает пассивный объект вроде теннисного шарика. Здесь же звук «накачивает» энергией встроенный резонатор, который сам генерирует движущую силу.
Такие полости легко печатаются на 3D-принтере из пластика, стекла и других материалов. В другой конструкции резонаторы раскручивали миниатюрные лопасти до 13 000 об/мин, создавая подъёмную силу по принципу вертолёта.
По мнению разработчиков, дальнейшая миниатюризация позволит строить гибких роботов с несколькими резонаторами: каждый будет реагировать на свою частоту и независимо изгибать, вращать или двигать отдельные части устройства под воздействием звука.
Команда лаборатории MicroBioRobotic Systems (MICROBS) изготовила полые резонаторы круглой и колоколообразной формы, геометрия которых подбиралась под конкретную частоту. Затем с помощью трёхмерной нанопечати были созданы значительно более сложные летающие микророботы.
Они получили сразу три микроскопических резонатора, встроенных прямо в полимерный корпус, и работали на неслышимых человеку ультразвуковых частотах. Один из аппаратов массой всего 150 мкг создавал направленную вверх реактивную тягу акустическими струями, действуя как крошечная ракета.