Революційна Технологія: Мікророботи, що Живляться від Звуку, Відкривають Нові Горизонти

Детальне зображення одного з мікролітальних пристроїв EPFL, що працюють від звуку, демонструє сферичні резонаторні камери та з’єднувальні лопаті. (Зображення: EPFL/MICROBS – CC-BY-SA 4.0) Share this article 2Join the conversationFollow usAdd us as a preferred source on Google Ви коли-небудь дмухали у порожню пляшку і чули виразний, стабільний звук? Тепер інженери використали цей самий принцип для створення надмалих роботів, які рухаються без жодного вбудованого двигуна. Ці інноваційні пристрої працюють виключно завдяки звуковій енергії. Коли на них спрямовується звукова хвиля відповідної частоти, порожнисті камери, інтегровані в їхню конструкцію, резонують і виштовхують струмінь повітря. Цей струмінь генерує достатню тягу, аби керувати невеликим човником або підняти в повітря крихітного робота. Науковці представили свою розробку у дослідженні, опублікованому 12 серпня в журналі Science Advances.

19-те Століття на Службі Майбутнього: Мініатюризація Звукового Ефекту

Ефект, що лежить в основі цієї технології, відомий як резонанс Гельмгольца. Його вперше дослідив німецький фізик Герман фон Гельмгольц у 1856 році, прагнучи створити інструмент для налаштування музичних приладів. Він зауважив, що повітря, яке знаходиться в порожнині, резонуючи, випускає слабкий струмінь повітря. “При роботі з музичними інструментами цей ефект не дуже потужний, оскільки тиск низький,” — пояснює один із співавторів дослідження, Сельман Сакар, доцент кафедри машинобудування Швейцарського федерального технологічного інституту Лозанни (EPFL) у Швейцарії. “Але якщо збільшити тиск, цей струмінь може стати значним… так, що сила може бути використана для механічної роботи,” — повідомив він Live Science. Команда зрозуміла, що зменшення розмірів резонаторів Гельмгольца переміщує частоту, необхідну для їх активації, в ультразвуковий діапазон. Це означає, що звук занадто високий для людського сприйняття, і, що найважливіше, його легше точно сфокусувати. За словами Сакара, більші версії, що генерують аналогічну силу, потребували б звуку чутного діапазону, який був би не лише дратуючим, але й потенційно шкідливим. Використовуючи спеціалізовану техніку 3D-друку, відому як двофотонний друк, дослідники створили порожнисті структури на основі оригінальних рівнянь Гельмгольца. Лабораторні випробування та комп’ютерне моделювання підтвердили, що вони генерують тягу згідно з прогнозами.

Кілька крихітних, схожих на пропелери, мікролітальних пристроїв поруч зі швейцарською монетою для масштабу. (Зображення: EPFL/MICROBS – CC-BY-SA 4.0)

Човни, Ракети та Маленькі Вертольоти

Команда розробила невеликі човни розміром приблизно 5 сантиметрів, оснащені кількома резонаторами, кожен з яких був налаштований на різну частоту і спрямований у певному напрямку. Змінюючи тон сусіднього динаміка, дослідники могли керувати човнами ліворуч, праворуч або прямо. На значно меншому масштабі — деякі розміром лише 1 міліметр — команда також створила “мікролітальні пристрої”, які генерували підйомну силу двома різними способами: одні виштовхували тягу вниз, як ракети (але використовуючи повітря як робоче тіло), тоді як інші обертали крихітні прикріплені лопаті, як вертольоти, використовуючи звукові хвилі для обертання лопатей.
• Зустрічайте Phantom Twist, новий прихований дрон, що маскується, обманюючи ваш зір
• Дрони можуть досягти “нескінченного польоту” після того, як інженери створять бездротову систему живлення на основі лазера, що заряджає їх із землі
• Новий чіп “мікрогребінь” наближає нас до надточної атомної годинникової апаратури розміром з кінчик пальця Ця технологія має перевагу над традиційними методами генерації енергії, оскільки її можна створювати у надзвичайно малих масштабах, зазначає Сакар. Традиційні двигуни мають “фундаментальну межу” мініатюризації через фізичні компоненти, такі як магніти, котушки та вали, необхідні для роботи двигуна. Оскільки ці резонатори є лише точно сформованими порожнистими камерами, немає порівнянної межі щодо їх мініатюризації у майбутньому. Дослідники зазначили у своєму дослідженні, що той самий принцип згодом може бути використаний для точного обертання та маніпулювання дрібними об’єктами у повітрі без фізичного контакту, або для створення м’яких, гнучких поверхонь, які згинаються та змінюють форму за командою, коли “чують” певну частоту. Це може знайти застосування в біомедичній сфері, наприклад, для створення стентів для серця. Наразі це дослідження слугує основою для подальших розробок, каже Сакар. “Я думаю, ця стаття важлива тим, що ми виклали принципи дизайну,” — зазначив він, додавши, що подальші роботи можуть зосередитися на більш прикладних конструкціях, системах керування або навігації.

Порада від Business News:

Ця розробка відкриває захопливі перспективи для створення мініатюрних пристроїв, які можуть знайти застосування у промисловості, медицині та навіть в побуті. Можливість керувати рухом без складних механізмів робить цю технологію потенційно більш доступною та ефективною для майбутніх інновацій.

Sourse: www.livescience.com