Инженеры научились приводить реактивные дроны в движение звуком — видео

В лаборатории микробиоробототехнических систем MICROBS Федеральной политехнической школы Лозанны разработали акустические резонаторы для преобразования звуковых волн в тягу. Оснащенным ими небольшим роботам и сверхлегким летательным аппаратам не нужны ни моторы, ни батареи. Статью с результатами экспериментов напечатал журнал Science Advances.

Если дуть в горлышко пустой бутылки — раздается гудение. У этой детской забавы есть научное объяснение — резонанс Гельмгольца. Описанное в еще XIX веке физическое явление стало основой новой разработки.

«Вместо того чтобы просто толкать устройства звуковыми волнами, мы создали акустические резонаторы, настроенные так, чтобы улавливать звук на определенных частотах и преобразовывать его в направленную тягу и управляемое движение. Мы показали, как простую, но продуманную механическую деталь можно превратить в ценный компонент робототехники», — говорит заведующий лабораторией Сельман Сакар, руководивший исследованием.

До сих пор звуком получалось лишь подвесить пассивные объекты в воздухе, а авторам новой работы удалось добиться преобразования акустических колебаний в движущую силу. Происходит это с помощью резонатора Гельмгольца — по сути, той самой бутылки, в которую дуют, чтобы она гудела.

Благодаря тщательно просчитанной форме полости, резонанс в ней порождает сконцентрированную струю воздуха, выходящего из отверстия, а входящий поток остается куда более рассеянным. Этот дисбаланс и создает тягу наподобие реактивной. Такие звуковые резонаторы можно изготавливать из самых разных материалов — от обычного пластика для 3D-печати до резиноподобных полимеров и стекла.

Тяга, конечно, очень слабая, поэтому годится такой привод только для самых легких и небольших предметов. Разработчики проверили свою идею на миниатюрной лодке. На ней установили три резонатора, настроенных на разную частоту, благодаря чему можно заставить ее не просто плыть, но и маневрировать, просто регулируя высоту звука из динамика.

Кроме того, напечатали микрофлаеры — крошечные дроны, тоже по несколько резонаторов на каждом. В силу размеров они работают на ультразвуке 40 кГц. Один, весом всего 150 микрограммов, от звука взлетел вертикально, как ракета. Другой сочетает резонаторы с крошечными лопастями, которые раскручивались до 13 000 оборотов в минуту, создавая устойчивую аэродинамическую подъемную силу по принципу вертолета.

Как видно, резонанс Гельмгольца — не просто находка для какой-то конкретной модели, а универсальное решение для робототехники. Количество резонаторов, установленных на одном дроне или роботе, можно сделать больше, размер и форму при печати придать им самые разные. «Это позволит заставлять отдельные части устройства двигаться, изгибаться или вибрировать. В перспективе это могут быть аэродинамические роботы, способные менять форму под действием звука», — заключил Сакар.