Un principiu vechi de un secol, folosit pentru acordarea instrumentelor muzicale, a fost adaptat pentru a pune în mișcare roboți capabili să zboare, să plutească și să se dirijeze singuri folosind doar unde sonore.
Dacă sufli peste gura unei sticle goale, vei auzi un sunet clar și constant. Acum, inginerii au folosit același principiu pentru a pune în mișcare roboți minusculi care nu au la bord nici măcar un singur motor, scrie publicația LiveScience.
Noile dispozitive sunt propulsate în întregime de sunet. Atunci când asupra lor este îndreptată frecvența potrivită, cavitățile goale integrate în structura lor intră în rezonanță și expulzează un jet de aer, generând suficientă forță de propulsie pentru a dirija o barcă de mici dimensiuni sau pentru a ridica de la sol un robot zburător minuscul. Oamenii de știință și-au descris inovația într-un studiu publicat pe 12 august în revista Science Advances.
Fenomenul pe care se bazează tehnologia, cunoscut drept rezonanță Helmholtz, a fost studiat pentru prima dată în 1856 de fizicianul german Hermann von Helmholtz, care încerca să inventeze un instrument pentru acordarea instrumentelor muzicale. El a observat că, atunci când aerul prins într-o cavitate intră în rezonanță, acesta generează și un jet slab de aer.
„Nu este foarte puternic atunci când faci asta cu un instrument muzical, pentru că presiunea este scăzută”, a declarat Selman Sakar, coautor al studiului și profesor asociat de inginerie mecanică la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Lausanne (EPFL), Elveția. „Dar dacă ai putea crește presiunea, dintr-odată acel jet ar putea deveni semnificativ, astfel încât forța să poată fi utilizată pentru acționarea unor mecanisme”, a explicat el pentru Live Science.
Echipa și-a dat seama că micșorarea rezonatoarelor lui Helmholtz ar împinge frecvența necesară pentru activarea lor în domeniul ultrasunetelor, ceea ce înseamnă că sunetul are o frecvență prea înaltă pentru a putea fi auzit de oameni și, aspect esențial, poate fi focalizat mai ușor și cu precizie. Versiunile mai mari care ar genera aceeași forță ar necesita un sunet audibil suficient de puternic încât să fie atât deranjant, cât și potențial nociv, a spus Sakar.
Cum au transformat cercetătorii undele sonore în forță de propulsie
Folosind o tehnică specializată de imprimare 3D, cercetătorii au construit structuri goale bazate pe ecuațiile originale ale lui Helmholtz și au confirmat, prin teste de laborator și simulări computerizate, că acestea generează forța de propulsie anticipată.
Echipa a construit mici ambarcațiuni cu o lungime de aproximativ 5 centimetri, prevăzute cu mai multe rezonatoare, fiecare reglat la o frecvență diferită și orientat într-o direcție diferită. Modificând frecvența sunetului emis de un difuzor aflat în apropiere, cercetătorii puteau dirija ambarcațiunile spre stânga, spre dreapta sau înainte.
La o scară mult mai mică, unele având doar aproximativ 1 milimetru, echipa a construit și „microaparate de zbor” (microfliers), care generau portanță în două moduri diferite. Unele produceau forță de propulsie în jos, asemenea unei rachete, folosind însă aerul pentru propulsie, în timp ce altele puneau în mișcare mici pale atașate și zburau asemenea unui elicopter, folosind undele sonore pentru a roti palele.
Tehnologia are un avantaj față de metodele convenționale de generare a forței, deoarece poate fi construită la dimensiuni extrem de mici, a explicat Sakar.
Motoarele convenționale au „o limită fundamentală” în ceea ce privește miniaturizarea, din cauza componentelor fizice de care au nevoie pentru a funcționa, precum magneții, bobinele și arborii, a spus el. Deoarece aceste rezonatoare sunt pur și simplu cavități goale cu o formă realizată cu mare precizie, nu există o limită comparabilă în privința dimensiunilor până la care ar putea fi micșorate în viitor.
Cercetătorii afirmă în studiu că același principiu ar putea fi folosit, în cele din urmă, pentru a roti și manipula cu precizie obiecte mici în aer, fără a le atinge, sau pentru a construi suprafețe moi și flexibile care se îndoaie și își schimbă forma la comandă atunci când „aud” o anumită frecvență. Acestea ar putea avea aplicații biomedicale, precum stenturile cardiace.
Deocamdată, studiul reprezintă o bază pe care cercetătorii pot continua să construiască, a spus Sakar. „Cred că această lucrare este importantă în sensul că am prezentat principiile de proiectare”, a mai spus el, adăugând că cercetările ulterioare s-ar putea concentra asupra unor proiecte cu aplicații mai concrete, asupra sistemelor de control sau asupra navigației.
Editor : M.I.
