Микрофлайеры Лаборатории MicroBioRobotic Systems. Фото: 2026 EPFL/MICROBS—CC-BY-SA 4.0
Когда воздух продувается через горлышко бутылки, он не просто создаёт приятный тон: он также демонстрирует явление, называемое резонансом Гельмгольца. Это происходит, когда поток воздуха, проходящий через отверстие, вызывает колебания воздуха, задержанного внутри полости (например, стеклянной бутылки). На определённых частотах эти колебания становятся гораздо сильнее, создавая знакомый гул.
Теперь исследователи из лаборатории MicroBioRobotic Systems (MICROBS) Инженерной школы EPFL использовали физику, лежащую в основе этого явления, чтобы создать полые конструкции, которые служат миниатюрными машинами на звуковом питании. Инновация была опубликована в журнале Science Advances.
«Вместо того чтобы толкать устройства с помощью звуковых волн, мы создали акустические резонаторы, настроенные на использование звука на определённых частотах для создания направленной тяги и контролируемого движения», — говорит руководитель лаборатории Селман Сакар. «Наша работа показывает возможность преобразования простой, искусно спроектированной механической детали в роботизированную материю.»
Миниатюрные лодки и микрофлайеры
В то время как предыдущие подходы использовали звуковые волны для левитации пассивных объектов в воздухе, команда EPFL разработала устройства, преобразующие звук в собственную движущую силу. Их инновация заключается в изготовлении полых, круглых или колоколообразных конструкций, называемых полостями.
Когда звуковые волны возбуждают воздух внутри этих полостей, осциллирующий воздух вытесняется наружу в виде концентрированной струи, тогда как входящий поток воздуха становится более рассеянным. Этот дисбаланс создаёт тягу, способную приводить в движение небольшие автомобили. Эти звуковые полости могут быть изготовлены из различных материалов, включая распространённый пластик для 3D-печати, резиновые полимеры и стекло.
В масштабе сантиметров команда строила миниатюрные лодки с до трёх полости, каждая из которых была настроена на разную слышимую частоту и располагалась так, чтобы толкать лодку в определённом направлении. Изменяя частоту звуковых волн с динамика, исследователи могли избирательно активировать различные полости для перемещения лодок, обходить их препятствия и даже программировать для автономной навигации.
Звуковая лодка Лаборатории MicroBioRobotic Systems. Фото: 2026 EPFL/MICROBS—CC-BY-SA 4.0
Используя технику 3D-нанопечати, команда создала «микрофлайеры»: ультралёгкие летающие аппараты с тремя микроскопическими полостями, интегрированными непосредственно в их полимерные структуры. В отличие от катеров, микрофлайеры работали на ультразвуковых частотах, неразличимых для человеческого уха.
Одна конструкция весом всего 150 микрограммов использовала свои полости для создания прямой тяги вверх, как ракета. Другой микрофлайер сочетал полости с крошечными лопастями, которые вращались со скоростью до 13 000 оборотов в минуту, создавая стабильную аэродинамическую подъёмную силу, напоминающую вертолёт.
К звукочувствительной робототехнике
Поскольку устройства используют полые полости, а не двигатели, шестерёнки или магнитные компоненты, их можно сделать чрезвычайно маленькими и лёгкими с помощью различных методов 3D-печати.
«Наша концепция совместима с ещё большей миниатюризацией, позволяя создавать передовые конструкции, расширяющие границы робототехники и аэронавтики», — говорит первый автор Джунсун Хван, аспирант лаборатории MICROBS.
Сакар добавляет, что в будущем в одном гибком устройстве можно будет объединить несколько звуковочувствительных структур, каждое из которых будет реагировать на разную звуковую частоту.
«Это позволит определённым частям устройства двигаться, изгибаться или вибрировать, что потенциально приведёт к появлению аэродинамических роботизированных устройств, способных менять форму в ответ на звук», — говорит он.
Информация о публикации:
Селия Лютербахер, Федеральная политехническоя школа Лозаны
Редактор Сэди Харли, рецензия Александр Пол
Junsun Hwang и др., Акустические резонаторы как беспроводные приводы в воздухе для маломасштабных роботов, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aef5620