Elektronika és motorok helyett puszta hanghullámok lebegtetik a svájci kutatók által megalkotott legújabb akusztikus mikrodrónokat.
A svájci EPFL MICROBS laboratóriumának fejlesztése a fizika jól ismert jelenségét használja fel a láthatatlan és szinte teljesen néma hajtáshoz. A kutatók a Science Advances folyóiratban közzétett tanulmányukban mutatták be, hogyan képes egyetlen formázott műanyag elem mozgási energiává alakítani az akusztikus rezgéseket. A megoldás alapját a Helmholtz-rezonancia adja, vagyis az a jelenség, amikor egy üres üveg szájára fújva a benne lévő levegő oszcillálni kezd és hangot ad ki. Az EPFL mérnökei megfordították a folyamatot: kívülről érkező hanghullámokkal gerjesztik a 3D-nyomtatott üregben rekedt levegőt, ami fókuszált sugárban távozik a fúvókán keresztül.
A folyamat során a kilépő levegősugár koncentrált, míg a helyére áramló levegő jóval szétszórtabb, így a nyomáskülönbség irányított tolóerőt hoz létre. Mivel az eszköz nem hordoz magában akkumulátort, nyomtatott áramkört vagy mozgó alkatrészt, tömege a gramm töredékére csökken. Ez az aerodinamikai és fizikai megközelítés lehetővé teszi, hogy a mikrorobotok kizárólag a külső hangforrás frekvenciájának finomhangolásával haladjanak a kívánt irányba.
Azonosíthatatlan ultrahangok és a 12 ezer feletti fordulatszám
A repülő prototípusok esetében az EPFL mérnökei ultrahangos frekvenciákat alkalmaztak, amelyeket az emberi fül már nem képes érzékelni. Emiatt az akusztikus mikrodron lebegése és mozgása a megfigyelő számára gyakorlatilag teljesen zajtalan marad. A nano-3D-nyomtatási eljárással készült szerkezetek rendkívül könnyűek: az egyik rakétaelvű prototípus mindössze 150 mikrogrammot nyom, mégis képes függőlegesen a magasba emelkedni a rezonanciakamrák segítségével.
Egy másik, helikopterhez hasonlító kialakítás három forgólapáttal rendelkezik, amelyek tövében egy-egy hátrafelé mutató akusztikus rezonátort helyeztek el. Amikor a külső hangszóró eléri a pontos rezonanciafrekvenciát, a rezonátorok kiáramló levegője forgatni kezdi a szerkezetet. A lapátok percenkénti fordulatszáma meghaladja a 12 000-es, sőt a 13 000-es értéket is, ami elegendő felhajtóerőt termel a stabil lebegéshez. A meghajtás hatékonysága a rezonátorkamrák precíz geometriájától függ, amelyeket szokványos műanyagból, rugalmas polimerekből vagy akár üvegből is ki lehet nyomtatni.
Centiméteres kishajóktól az orvosi mikrorobotokig
A repülő eszközök mellett a kutatócsoport centiméteres méretű kishajókon is demonstrálta a technológia működését. A vízi modellekre három különálló rezonátort szereltek, amelyeket eltérő hangfrekvenciákra (például 540 Hz-re) hangoltak be. A külső hangszóró frekvenciájának változtatásával a kutatók külön-külön tudták aktiválni az egyes kamrákat, így a hajó tetszőlegesen tudott kanyarodni, akadályokat kerülni vagy akár előre beprogramozott útvonalat követni. Ugyanez az elv teszi lehetővé a komplex akusztikus mikrodron rajok irányítását is anélkül, hogy a járműveknek saját jelfogót vagy vezérlőegységet kellene hordozniuk.
Bár a jelenlegi prototípusok által termelt tolóerő még kísérleti léptékű és nem alkalmas nehéz teher szállítására, az alapelv működőképessége bizonyítást nyert. A beépített elektronikától mentes felépítés radikálisan lecsökkenti az elkészítési költségeket és a meghibásodási lehetőségeket. A jövőben a technológia nemcsak a miniatűr légi felderítésben jelenthet áttörést, hanem az emberi testben végzett inváziómentes orvosi beavatkozásokban és a környezeti mintavételezésben is, ahol a vezeték nélküli, akkumulátor nélküli mozgás elengedhetetlen feltétel.
