Содержание
Звуковой двигатель для микродронов разработали в EPFL: миниатюрные летательные аппараты используют резонаторы, напечатанные на 3D-принтере, и поднимаются за счёт ультразвука. Один прототип раскрутился выше 12 000 об/мин и завис над поверхностью почти без слышимого шума.
Работу ведёт лаборатория Microbiorobotic Systems Laboratory, или MICROBS, при швейцарской École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Команда описывает подход как акустический резонатор, который превращает колебания воздуха в направленную тягу. Это не классический винт и не реактивный двигатель в привычном смысле.
Резонатор вместо винта
В основе двигателя лежит полость особой формы, напечатанная на 3D-принтере. Когда на неё подают звук на точной резонансной частоте, молекулы воздуха внутри начинают колебаться сильнее. Затем поток выходит через сопло уже как концентрированная струя.
Глава MICROBS Сельман Сакар объяснил идею так: «Вместо того чтобы двигать устройства звуковыми волнами, мы создали акустические резонаторы, настроенные на использование звука определённых частот для создания направленной тяги и управляемого движения».
В обычной акустической левитации звук воздействует на объект снаружи. Здесь логика другая: сам объект содержит полость, которая забирает энергию звука и превращает её в движение воздуха. По сути, это механическая деталь без моторчика, батареи и редуктора.
- Лодка: три резонатора, один сзади на частоте 540 Гц для движения вперёд и два по бокам для руления.
- Первый микрофлаер: три полости смотрят вниз и поднимают аппарат как маленькую ракету.
- Второй микрофлаер: три лопасти соединены в центре, а резонаторы у основания толкают их назад.
Второй вариант напоминает ротор вертолёта, только без привычного электромотора. Когда резонаторы получают нужную частоту, они создают тягу и раскручивают всю конструкцию. В эксперименте скорость вращения превысила 12 000 об/мин.
Почему аппарат почти не слышно
Микродроны EPFL работают на ультразвуковых частотах, которые человеческое ухо не воспринимает. Поэтому такие аппараты могут зависать почти бесшумно для человека, хотя физически звук в системе есть.
Это важная оговорка. «Бесшумный» здесь не значит, что энергии колебаний нет вообще. Просто частота уходит выше слышимого диапазона, а сам летательный аппарат не шуршит винтами, как обычный квадрокоптер.
Ближайшая бытовая аналогия — миниатюрные решения для движения воздуха без классического вентилятора. Например, xMEMS использует ультразвуковую пьезоэлектрическую мембрану в fan-on-a-chip. У EPFL принцип похож по эффекту: воздух начинает двигаться из-за колебаний. Но источник колебаний другой: форма полости и резонансная частота, а не мембрана.
Для микророботов это интересная развилка. Электромоторы плохо масштабируются вниз: появляются потери, сложнее передавать крутящий момент, а батарея быстро съедает полезную массу. Акустический резонатор предлагает другой путь — простую напечатанную деталь, которую можно возбуждать внешним звуком.
До практических дронов ещё далеко
Пока проект живёт в лабораторном масштабе. Максимальная высота полёта микрофлаеров меньше 5 мм, а лодка весит почти ничего. Это скорее доказательство физического принципа, чем готовая платформа для полезной нагрузки.
Следующая цель команды — масштабировать систему так, чтобы она несла груз. Если тягу удастся поднять без потери управляемости, технология может подойти для микро-дронов размером с насекомое. В таких размерах тихая работа и отсутствие сложной механики уже не приятный бонус, а часть конструкции.
Подробности проекта опубликованы в материалах EPFL и научной статье в Science Advances. В текущих опытах лодочный резонатор работал на 540 Гц, а летающие прототипы — на ультразвуке, который человек не слышит.
