无需电机、齿轮，科学家制造出完全由声波驱动的微型船及飞行器

IT之家 8 月 17 日消息，据外媒 TechSpot 今天（17 日）报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）微型生物机器人系统实验室（MICROBS）的研究人员开发出一种利用声音驱动微型机器人的新方法。他们制造的微型船和飞行器通过 3D 打印腔体 把声音转化为推力 ，无需电机、齿轮或磁性零件，有望为极微型机器人提供更轻、更简单的推进方案。 这项研究成果登上了《Science Advances》，其核心原理是 声学共振 ：特定频率的声音进入中空腔体后，会使内部空气强烈振动。经过特殊设计的腔体再把部分空气从开口定向排出，形成微小喷流，从而推动整个装置。 推进机构本身就是装置结构的一部分。传统声悬浮通常从外部利用声波推动物体，EPFL 的方案则 让装置吸收声能后自行产生运动 。MICROBS 实验室负责人塞尔曼 · 萨卡尔表示：“我们的研究证明，一个设计巧妙的简单机械部件也可以转变为机器人材料。” 原理类似于 对着瓶口吹气 。瓶内空气会在特定频率下发生振动并产生声音，研究人员则通过设计腔体，把这种振动进一步转化为具有明确方向的气流，以产生推力。 研究团队使用 3D 打印塑料、类橡胶聚合物和玻璃等材料 制造共振器。整个系统没有电机，也不需要其他活动机械零件，因此尺寸可以进一步缩小。 研究人员首先在微型船上进行了演示，每艘船最多安装 3 个共振器。不同腔体分别响应不同的可听频率，并负责推动船只向不同方向移动。只要改变扬声器发出的声音频率，就可以单独激活相应腔体，控制船只前进和绕过障碍物。 研究团队还让微型船实现了自主导航。随后，研究人员利用 3D 纳米打印制造出微型飞行器。飞行器使用 超声波频率 工作，因此推进产生的声音人耳无法听见。 其中一种飞行器仅重 150 微克，通过 3 个腔体产生向下推力，并像火箭一样从表面升起。另一种采用 3 片围绕中心排列的叶片，每片叶片都装有共振器，遇到对应频率后便会产生推力。叶片转速最高达到 13000rpm，产生的升力足以让整个装置像微型直升机一样悬停。 现阶段的实验规模仍然很小，微型飞行器升高不到 5mm，实验用船也非常轻。不过，实验已经证明，共振腔体确实能够充当微型机器人的推进系统。 EPFL 的方案与 xMEMS 芯片风扇一类超声波散热技术并不相同。后者依靠压电薄膜推动空气，EPFL 的推进方式主要取决于腔体自身的形状，以及腔体对特定声音频率的响应。 据IT之家了解，论文第一作者、MICROBS 实验室博士生黄俊善（音译）解释道：“我们的设计还能够进一步小型化，从而实现更加先进的结构，继续拓展机器人和航空技术的边界。” 萨卡尔称，未来可以在一个装置中加入多个分别响应不同频率的共振器，这样就能控制装置的特定部分移动、弯曲或振动，并可能进一步制造出能够根据声音改变形状的气动机器人。