北京
这一进展可使微型载具无需机载电子设备、电机或致动器即可移动。
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的工程师们找到了一种将基本声波转化为强大定向推力的方法。该技术可制造无需机载电机、电池、电子设备或齿轮的功能性微型机器。
该技术借鉴了亥姆霍兹共振的物理原理，即吹过瓶口时产生嗡嗡声背后的物理现象。在这种共振中，声音激发腔内空气，产生气流不平衡，从而产生推进力。
这一进展可通过中空声学腔，在无动力情况下推动小船和超轻型飞行器。
与早期声悬浮方法相比，EPFL的技术依赖3D打印中空腔，通过排出集中空气射流将声波转化为自生推力。
“我们的概念甚至兼容进一步微型化，使先进设计能够突破机器人学和航空学的边界，”第一作者、MICROBS实验室博士生Junsun Hwang表示。
推进机制
如果你曾吹过空玻璃瓶的顶部，你就知道那种声音：一种低沉悦耳的嗡嗡声充满房间。这感觉像是一个简单的派对把戏。但同样的物理现象可能很快会改变微型机器人飞行、漂浮和在复杂环境中导航的方式。
在这项新工作中，亥姆霍兹共振成功将传入的声音转化为自推进推力。声波使球形或钟形结构内的空气振荡，吸入扩散气流并将其作为集中高速射流排出。这种气流不平衡使完全被动的材料无需机载电源或电子设备即可产生定向运动。
EPFL团队没有使用声力来推动物体，而是构建了能自行移动的被动材料。
“我们不是用声波推动设备，而是创建了经过调谐的声学谐振器，利用特定频率的声音来产生定向推力和受控运动。我们的工作表明，将简单、巧妙设计的机械部件转化为机器人物质是可行的，”实验室负责人Selman Sakar说。
为验证设计，研究人员构建了两种尺度的原型：由可听声频驱动的厘米级微型船，以及由高频超声驱动的微型飞行器。
在厘米尺度上，研究人员使用可听频率控制微型船，激活各个腔体进行转向和导航。在微观尺度上，超声驱动的微型飞行器展示了令人印象深刻的能力：一个150微克的微型火箭实现了直接向上提升，另一个变体以高达每分钟13000转的转速旋转微型叶片，实现直升机式飞行。
未来潜力
完全移除电源彻底改变了机器人设计规则。电池因额外重量拖累性能，电机会遭受机械磨损和故障，复杂电子设备在缩小到微观尺度时就会损坏。
另一方面，声学腔可以使用标准塑料、橡胶聚合物或玻璃进行3D纳米打印。
未来设计旨在将多个调谐腔嵌入柔软、柔性材料中。
它可用于声动力微型机器人，涵盖医学、环境监测和太空探索。无电池设计还可能消除电火花或有毒泄漏的风险，因此可用于检查工业管道和危险区域。
该研究结果已发表在《科学进展》上。
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