北京
来源：环球时报
英国Techxplore网站8月16日文章，原题：亥姆霍兹共振驱动微型船只和飞行机器人 当空气吹过瓶颈时，它不仅会发出悦耳的声音，还会呈现出一种被称为亥姆霍兹共振的现象。当气流经过开口处时，会使空腔（例如玻璃瓶）内被困住的空气来回振荡，便产生这种现象。在特定频率下，振荡会变得十分明显，并产生大家熟悉的嗡鸣声。
如今，瑞士洛桑联邦理工学院工程学院微型生物机器人系统实验室（MICROBS）的研究人员利用该现象背后的物理原理，制作出了可充当微型声音驱动机器的空心结构。这项创新成果发表于《科学进展》杂志上。
“我们并非利用声波推动设备四处移动，而是创造出了声学谐振器，这些谐振器经过调谐，可利用特定频率的声能产生定向推力和可控运动”，实验室负责人塞尔曼·萨卡尔说道，“我们的工作证明将一块设计巧妙的简单机械部件转变为机器人功能单元是可行性的。”
洛桑联邦理工学院团队设计的装置将声音转化为了推进力。他们的创新点在于制造出一种被称作空腔的中空、圆形或钟形结构。
当声波激发这些空腔内部的空气时，振荡的空气便以集中射流的形式喷出，而流入的气流十分分散。这种不平衡会产生推力，能够驱动小型运载装置。这些由声音驱动的空腔可以由多种材料制成，包括常见的3D打印塑料、类橡胶聚合物以及玻璃。
该团队制作出配备三个空腔的微型船只，每个空腔调谐至不同的可听频率，其摆放方位用于朝特定方向推动船只。通过改变扬声器发出的声波频率，研究人员可以有选择性地激活不同空腔来移动船只，操控其绕过障碍物，甚至通过编程让它实现自主导航。
该团队还利用3D纳米打印技术制造出“微型飞行器”——一种超轻型飞行装置，其聚合物结构中直接集成了三个微型空腔。与微型船只不同，微型飞行器依靠人耳听不见的超声频率驱动。其中一款样机仅重150微克，它利用空腔产生如同火箭般竖直向上的推力。另一款微型飞行器将空腔与微型桨叶相结合，桨叶最高转速可达每分钟13000转，以此产生类似于直升机的气动升力。
由于这些装置依靠空心空腔，而非电机、齿轮或磁性元器件，因此可通过多种3D打印工艺，将其制作成体积极小、重量极轻的装置。“我们的理念支持进一步微型化，可实现突破机器人学与航空学边界的先进设计。”论文第一作者、MICROBS实验室博士生黄俊善说。萨卡尔补充道，未来可将多个结构集成至单个柔性装置中，使每一个结构对不同的声音频率做出响应。“这将使设备的特定部位完成移动、弯曲或振动，有望研发出可响应声音改变外形的气动机器人装置。”（作者西莉亚·卢特巴赫，金云汐译）
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