北京
工程师们最近发现了一种为微型无人机和机器人供电的新方式——利用我们日常生活中随处可见的声波。
这项技术发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上的一项研究中，其基础是物理学中一个名为亥姆霍兹共振（Helmholtz resonance）的现象，也就是俗称的“风振”。当空气被困在空腔中，并随着气流来回振荡时，就会发生亥姆霍兹共振。想象一下你对着玻璃瓶口吹气时发出的低沉嗡嗡声——那就是振荡在特定频率下被放大的结果。
声波如何变成推力？
研究团队探索的是如何利用亥姆霍兹共振来移动物体。本质上，当声波进入这些空腔时，被推动的空气会以集中的射流形式被迫排出。与此同时，进入的气流则更加分散。这种不平衡在单一方向上产生了净力，使得研究人员能够设计出可以被声波推动的物体。
“我们不是用声波去推着设备走，而是制造了声学谐振器，经过调谐以在特定频率下利用声波，产生定向推力和受控运动，”该研究的共同作者、法国洛桑联邦理工学院（EPFL）的机械工程师塞尔曼·萨卡尔（Selman Sakar）在一份声明中表示。“我们的工作证明了将简单、巧妙设计的机械部件转化为机器人物质的可行性。”
从3D打印空腔到微型船
首先，团队3D打印了一系列不同形状、尺寸和材料的空腔，以观察哪些能产生最大的推力。随后，他们打印了配备多达三个谐振器的微型船，这些谐振器被调谐到不同频率并指向特定方向。通过改变扬声器发出的频率，研究人员可以在一个小水池中操控小船绕过障碍物。他们甚至开发了一艘完全集成的遥控船，并对其编程以描绘出他们大学的首字母缩写“EPFL”。
接下来，团队制造了“微型飞行器”——大约硬币大小的微型无人机，其结构中直接内置了三个微观空腔。这些设备由人类听不到的超声波频率驱动。其中一个微型飞行器利用空腔产生向上的推力，而另一个则利用声波产生的力以每分钟高达13000转的速度旋转微型叶片，像微型直升机一样升空。
还能更小吗？
如果你觉得这些机器人已经够小了，那么接下来可能会让你更惊讶：它们还可以变得更小。
“我们的概念与进一步微型化兼容，能够实现推动机器人和航空学边界的先进设计，”该研究的共同作者、EPFL机械工程师黄俊善（Junsun Hwang）在一份声明中表示。
团队相信，未来的设计可以将多个响应声音的结构构建到一个柔性设备中。
“这将允许设备的特定部件移动、弯曲或振动，有可能带来能够响应声音而改变形状的空气动力学机器人设备，”萨卡尔补充道。
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