- 29,192
- 46
- 8 Ноя 2022
150 микрограммов, три резонатора и ультразвук.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Если подуть поперёк горлышка пустой бутылки, внутри раздастся низкий гул. Воздух в полости начинает колебаться с определённой частотой, причём возле резонансной частоты колебания резко усиливаются. Физики называют явление резонансом Гельмгольца. Инженеры использовали тот же принцип в миниатюрных роботах и заставили акустические волны создавать тягу без электродвигателей, шестерёнок и магнитных приводов.
Основой конструкции служат круглые или колоколообразные полости, работающие как акустические резонаторы. Геометрию каждой полости подбирают под определённую частоту звука. При попадании в резонанс воздух внутри интенсивно колеблется и выходит через отверстие узкой струёй. Обратный поток распределяется по полости гораздо шире. Из-за разницы между направленным выходящим потоком и рассеянным входящим возникает тяга, способная двигать небольшой аппарат.
Принцип отличается от акустической левитации . При левитации звуковое поле непосредственно удерживает или перемещает предмет. В новой конструкции звук запускает встроенный резонатор, а резонатор преобразует колебания воздуха в направленный поток. Сам привод при этом сводится к полости определённой формы. Для изготовления подходят распространённые пластики для 3D-печати, эластичные полимеры и стекло.
Сначала инженеры проверили схему на миниатюрных лодках сантиметрового размера. В корпус встроили до трёх полостей, настроенных на разные слышимые частоты. Резонаторы расположили под разными углами, поэтому каждый создавал тягу в своём направлении. Частота звука из внешнего динамика определяла, какая полость начнёт работать.
Переключение между частотами позволяло вести лодку в нужную сторону и огибать препятствия. Для смены направления не требовались отдельные моторы, механические переключатели или сложная бортовая электроника: разные акустические частоты управляли разными резонаторами. Исследователи также показали автономную навигацию лодок по заданной траектории.
Затем конструкцию уменьшили с помощью трёхмерной нанопечати и получили сверхлёгкие летающие микророботы . В полимерный корпус каждого аппарата встроили три микроскопические резонансные полости. Лодками управляли слышимым звуком, а летающие версии работали от ультразвуковых частот , которые человек не слышит.
Один микроробот весил всего 150 микрограммов. Резонаторы направляли воздушные струи вниз и создавали прямую вертикальную тягу, поднимая корпус в воздух по реактивному принципу. Миниатюрному аппарату не понадобился отдельный двигатель: необходимую силу создавали колебания воздуха внутри встроенных полостей.
Для другой летающей конструкции инженеры добавили к акустическому приводу крошечные лопасти. Резонаторы раскручивали их до 13 тысяч оборотов в минуту, а вращение создавало устойчивую аэродинамическую подъёмную силу, как у вертолётного винта. Одна схема превращала звук непосредственно в вертикальную тягу, другая использовала акустическую энергию для вращения лопастей.
Отказ от обычных моторов особенно важен при работе с микророботами. По мере уменьшения аппарата двигатель, передача и другие механические детали занимают всё большую долю доступного объёма и массы. Акустический резонатор можно напечатать сразу вместе с корпусом, поэтому отдельная сборка привода не требуется. Разные методы 3D-печати позволяют изготавливать конструкции в широком диапазоне размеров.
Следующая задача связана с гибкими роботами, в которых можно разместить сразу несколько резонаторов с разными рабочими частотами. Тогда определённая частота сможет приводить в движение отдельный участок корпуса: сгибать его, заставлять вибрировать или менять положение независимо от соседних частей. Авторы работы рассматривают такой принцип как основу для миниатюрных аэродинамических аппаратов, способных менять форму под управлением звука.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Если подуть поперёк горлышка пустой бутылки, внутри раздастся низкий гул. Воздух в полости начинает колебаться с определённой частотой, причём возле резонансной частоты колебания резко усиливаются. Физики называют явление резонансом Гельмгольца. Инженеры использовали тот же принцип в миниатюрных роботах и заставили акустические волны создавать тягу без электродвигателей, шестерёнок и магнитных приводов.
Основой конструкции служат круглые или колоколообразные полости, работающие как акустические резонаторы. Геометрию каждой полости подбирают под определённую частоту звука. При попадании в резонанс воздух внутри интенсивно колеблется и выходит через отверстие узкой струёй. Обратный поток распределяется по полости гораздо шире. Из-за разницы между направленным выходящим потоком и рассеянным входящим возникает тяга, способная двигать небольшой аппарат.
Принцип отличается от акустической левитации . При левитации звуковое поле непосредственно удерживает или перемещает предмет. В новой конструкции звук запускает встроенный резонатор, а резонатор преобразует колебания воздуха в направленный поток. Сам привод при этом сводится к полости определённой формы. Для изготовления подходят распространённые пластики для 3D-печати, эластичные полимеры и стекло.
Сначала инженеры проверили схему на миниатюрных лодках сантиметрового размера. В корпус встроили до трёх полостей, настроенных на разные слышимые частоты. Резонаторы расположили под разными углами, поэтому каждый создавал тягу в своём направлении. Частота звука из внешнего динамика определяла, какая полость начнёт работать.
Переключение между частотами позволяло вести лодку в нужную сторону и огибать препятствия. Для смены направления не требовались отдельные моторы, механические переключатели или сложная бортовая электроника: разные акустические частоты управляли разными резонаторами. Исследователи также показали автономную навигацию лодок по заданной траектории.
Затем конструкцию уменьшили с помощью трёхмерной нанопечати и получили сверхлёгкие летающие микророботы . В полимерный корпус каждого аппарата встроили три микроскопические резонансные полости. Лодками управляли слышимым звуком, а летающие версии работали от ультразвуковых частот , которые человек не слышит.
Один микроробот весил всего 150 микрограммов. Резонаторы направляли воздушные струи вниз и создавали прямую вертикальную тягу, поднимая корпус в воздух по реактивному принципу. Миниатюрному аппарату не понадобился отдельный двигатель: необходимую силу создавали колебания воздуха внутри встроенных полостей.
Для другой летающей конструкции инженеры добавили к акустическому приводу крошечные лопасти. Резонаторы раскручивали их до 13 тысяч оборотов в минуту, а вращение создавало устойчивую аэродинамическую подъёмную силу, как у вертолётного винта. Одна схема превращала звук непосредственно в вертикальную тягу, другая использовала акустическую энергию для вращения лопастей.
Отказ от обычных моторов особенно важен при работе с микророботами. По мере уменьшения аппарата двигатель, передача и другие механические детали занимают всё большую долю доступного объёма и массы. Акустический резонатор можно напечатать сразу вместе с корпусом, поэтому отдельная сборка привода не требуется. Разные методы 3D-печати позволяют изготавливать конструкции в широком диапазоне размеров.
Следующая задача связана с гибкими роботами, в которых можно разместить сразу несколько резонаторов с разными рабочими частотами. Тогда определённая частота сможет приводить в движение отдельный участок корпуса: сгибать его, заставлять вибрировать или менять положение независимо от соседних частей. Авторы работы рассматривают такой принцип как основу для миниатюрных аэродинамических аппаратов, способных менять форму под управлением звука.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
