Швейцарские инженеры создали двигатель на ультразвуке для будущих бесшумных микродронов

Исследовательская группа из Лаборатории микробиоробототехнических систем (MICROBS) Швейцарской высшей технической школы Лозанны (EPFL) представила "двигатель на звуке", который превращает акустические волны в направленную тягу.

В основе лежит напечатанная на 3D-принтере полость особой формы, работающая как акустический резонатор.

Принцип действия строится на резонансной частоте этой полости. Когда на конструкцию воздействует звук нужной частоты, молекулы воздуха внутри начинают колебаться значительно сильнее, после чего выбрасываются через специально спроектированное сопло в виде концентрированной струи.

Глава MICROBS Селман Сакар:

Вместо того чтобы толкать устройства звуковыми волнами, мы создали акустические резонаторы, настроенные на использование звука определённых частот для генерации направленной тяги и контролируемого движения. Наша работа показывает возможность превращения простой, умно спроектированной механической детали в роботизированную материю.

Команда собрала три практических прототипа. Первый – лодка с тремя резонаторами: один расположен в кормовой части и настроен на 540 Гц для движения вперёд, ещё два размещены по бокам и отвечают за манёвры.

Остальные два аппарата относятся к категории микролетателей и работают на ультразвуковых частотах. У первого три полости направлены вниз, что позволяет ему подниматься с земли по принципу ракеты.

Вторая конструкция ближе к вертолётной схеме. Три лопасти сходятся в центральной точке, а у основания каждой установлен резонатор, ориентированный назад.

При попадании точной частоты резонаторы выдают тягу, раскручивающую ротор быстрее 12 000 оборотов в минуту, чего хватает для зависания всей конструкции в воздухе. Так как ультразвук человеческое ухо не воспринимает, такие аппараты держатся в воздухе практически бесшумно.

Идея перекликается с решением xMEMS, где вентилятор размещён прямо на чипе, но реализация принципиально иная. В "вентиляторе на чипе" воздух возбуждает ультразвуковая пьезоэлектрическая мембрана, тогда как звуковой двигатель EPFL добивается того же эффекта за счёт геометрии полости и резонанса.

Пока речь идёт о лабораторной демонстрации. Максимальная высота подъёма микролетателей не превышает 5 мм, а масса лодки близка к нулю.

Следующая задача команды – масштабировать конструкцию так, чтобы аппараты могли нести полезную нагрузку. В случае успеха технология подойдёт для двигательных установок микродронов, включая аппараты размером с комара.