Micro-dronele și roboții fără motoare ar putea revoluționa domenii precum medicina

Adaugă-ne ca sursă preferată în Google

Urmărește-ne in Discover

Un principiu aparent banal, cunoscut oricui a suflat vreodată peste gura unei sticle goale pentru a produce un sunet clar, stă la baza unei tehnologii care ar putea schimba modul în care sunt construite și controlate dispozitivele miniaturale. Inginerii au reușit să folosească același fenomen fizic pentru a crea micro-drone și roboți de dimensiuni extrem de mici, capabili să se deplaseze fără un motor clasic.

Noile dispozitive sunt propulsate exclusiv cu ajutorul sunetului. Atunci când asupra lor este direcționată o undă sonoră cu frecvența potrivită, camerele goale integrate în structura acestora intră în rezonanță și produc un jet de aer. Acest jet generează o forță de împingere suficientă pentru a mișca mici ambarcațiuni sau chiar pentru a ridica de la sol roboți zburători de dimensiuni milimetrice.

La baza tehnologiei se află rezonanța Helmholtz, un fenomen descris pentru prima dată în 1856 de fizicianul german Hermann von Helmholtz. Inițial, acesta studia modul în care pot fi ajustate instrumentele muzicale, observând că aerul prins într-o cavitate poate vibra la anumite frecvențe și poate genera un flux slab de aer. Cercetătorii de astăzi au transformat acest fenomen într-un mecanism de propulsie.

Un avantaj important apare atunci când aceste rezonatoare sunt miniaturizate. Pe măsură ce dimensiunile lor scad, frecvența necesară pentru activare ajunge în domeniul ultrasunetelor. Cu alte cuvinte, sunetul devine prea înalt pentru a fi perceput de urechea umană, dar poate fi direcționat mult mai precis, ceea ce permite un control mai bun al dispozitivelor.

Imprimare 3D la scară microscopică și aplicații viitoare în medicină

Pentru realizarea acestor roboți neobișnuiți, echipa de cercetare a folosit o tehnică avansată de imprimare 3D, numită imprimare cu doi fotoni. Cu ajutorul acesteia au fost create structuri goale, modelate după ecuațiile originale ale lui Helmholtz, apoi testate atât în laborator, cât și prin simulări computerizate.

Rezultatele au confirmat predicțiile oamenilor de știință: structurile pot genera forță de propulsie. Prin modificarea tonului emis de un difuzor aflat în apropiere, cercetătorii au reușit să dirijeze mici ambarcațiuni spre stânga, spre dreapta sau înainte.

O etapă și mai spectaculoasă a experimentului a implicat dispozitive de numai un milimetru lățime, denumite „microflyers”. Unele dintre acestea funcționau asemenea unor mici rachete, folosind un jet de aer orientat în jos pentru a produce tracțiune. Altele aveau pale minuscule, puse în mișcare de undele sonore, permițând zborul într-un mod asemănător unui elicopter.

Dimensiunea extrem de redusă este unul dintre marile avantaje ale acestei tehnologii. Motoarele convenționale devin tot mai greu de micșorat, deoarece au nevoie de componente precum magneți, bobine sau arbori. În schimb, aceste rezonatoare sunt formate doar din camere goale, realizate cu mare precizie, ceea ce ar putea permite construirea unor dispozitive și mai mici în viitor.

Cercetătorii cred că aplicațiile nu se vor limita la roboți zburători sau ambarcațiuni miniaturale. Același principiu ar putea fi utilizat pentru deplasarea și rotirea unor obiecte minuscule în aer, fără contact fizic. De asemenea, ar putea sta la baza unor suprafețe moi, capabile să se îndoaie sau să își schimbe forma atunci când „aud” o anumită frecvență.

În perspectivă, tehnologia ar putea avea aplicații inclusiv în biomedicină, de exemplu în dezvoltarea unor dispozitive precum stenturile cardiace. Totuși, oamenii de știință atrag atenția că, pentru moment, vorbim despre o platformă experimentală promițătoare, nu despre o soluție pregătită pentru utilizare practică pe scară largă.

Sursa: Mediafax