В прошлом для левитации пассивных объектов в воздухе применялись звуковые волны. Команда ученых из Федеральной политехнической школы Лозанны создала устройства, преобразующие звук в движущую силу. Их инновация заключается в изготовлении полых конструкций круглой или колоколообразной формы, называемых резонаторными полостями, пишет Techxplore.
Когда звуковые волны приводят в колебание воздух внутри этих полостей, он выходит наружу в виде концентрированной струи, тогда как входящий поток воздуха более рассеян. Этот дисбаланс создает тягу, способную приводить в движение небольшие аппараты. Такие полости, работающие за счет звуковой энергии, могут быть изготовлены из самых разных материалов, включая распространенные виды пластмасс для 3D-печати, эластомеры и стекло.
«Мы создали акустические резонаторы, которые, вместо того чтобы просто перемещать устройства с помощью звуковых волн, настроены на использование звука определенных частот для создания направленной тяги и обеспечения управляемого движения, — сказал Селман Сакар, руководитель научной группы. — Наша работа демонстрирует возможность превращения простого механического элемента с продуманной конструкцией в роботизированную материю».
Для испытания двигателя команда построила миниатюрные лодочки с тремя полостями, каждая из которых настроена на свою звуковую частоту и расположена так, чтобы толкать лодку в определенном направлении. Меняя частоту динамика, исследователи могли избирательно активировать нужные резонаторы — и лодка поворачивала, огибала препятствия или двигалась по заданному маршруту.
После ученые напечатали микродроны — сверхлегкие летающие устройства весом всего 150 микрограмм с тремя микроскопическими резонаторами, встроенными прямо в полимерную структуру. Один создавал вертикальную тягу. Другой вращал крошечные лопасти, которые вращались со скоростью до 13 000 об/мин, создавая устойчивую подъемную силу. В обоих случаях двигателем служил не мотор, а звук, причем для микрофлаеров использовались ультразвуковые частоты.
Следующий шаг исследователей — создание устройств, где несколько резонаторов, настроенных на разные частоты, встроены в одну гибкую структуру. Меняя частоту звука, можно будет заставить разные части устройства изгибаться, вибрировать или менять форму. Так могут появиться летательные аппараты, которые перестраивают свою конфигурацию «на лету» в ответ на звуковой сигнал — без механических сервоприводов.
Американские исследователи разработали акустический метаматериал с изменяемыми свойствами, способный управлять звуковыми волнами, изгибая, ослабляя или фокусируя их. Более того, он обладает способностью настраиваться в реальном времени, используя практически бесконечное количество возможных форм.
