طور باحثون في مختبر MICROBS التابع للمعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا في لوزان هياكل مجوفة صغيرة تدفع نفسها بواسطة الصوت. تُوصف هذه التقنية في مجلة Science Advances بأنها تتيح تحريك قوارب مصغرة وطائرات مسيرة صغيرة دون محرك أو تروس أو مكونات مغناطيسية.
يعتمد المبدأ على ظاهرة معروفة جيداً، وهي رنين هلمهولتز. عند النفخ في فوهة زجاجة، يتذبذب الهواء الموجود داخلها ذهاباً وإياباً، وتعمل بعض الترددات على تضخيم هذه الحركة بشدة، مما ينتج الصوت المألوف للزجاجة. أعاد الباحثون استخدام هذه الفيزياء لصنع هياكل مجوفة، على شكل تجويف دائري أو جرس.
يقول سلمان ساكر، رئيس المختبر: « بدلاً من دفع الأشياء بموجات صوتية، قمنا بإنشاء رنانات صوتية مضبوطة لالتقاط الصوت عند ترددات محددة لتوليد دفع اتجاهي وحركة مضبوطة. عملنا يظهر إمكانية تحويل قطعة ميكانيكية بسيطة ومصممة بذكاء إلى مادة روبوتية. »
القوارب والطائرات المسيرة الصغيرة
بينما كانت هناك مناهج أخرى تستخدم الصوت لجعل الأجسام السلبية تحلق، صمم فريق المعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا في لوزان أجهزة تحول الصوت بنفسها إلى قوة دافعة. عندما تثير الموجات الهواء الموجود داخل التجويف، يتم طرده على شكل نفث مركز، بينما يكون الهواء الداخل أكثر انتشاراً. يخلق هذا الخلل قوة دفع قادرة على تحريك مركبات صغيرة. يمكن تصنيع التجاويف من مواد مختلفة، بما في ذلك بلاستيك الطباعة ثلاثية الأبعاد، والبوليمرات الشبيهة بالمطاط، والزجاج.
على مستوى السنتيمتر، بنى الباحثون قوارباً مصغرة مجهزة بما يصل إلى ثلاثة تجاويف، كل منها مضبوط على تردد مسموع مختلف. من خلال تعديل التردد المنبعث من مكبر صوت، يمكنهم تفعيل هذا التجويف أو ذاك بشكل انتقائي، وتوجيه القوارب، وجعلها تتجنب العوائق، وحتى برمجتها للملاحة المستقلة.
على نطاق أصغر بكثير، استخدم الفريق تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد نانومترية لصنع « طائرات مسيرة صغيرة »، وهي مركبات طائرة خفيفة للغاية مزودة بثلاثة تجاويف مجهرية مدمجة في هيكلها البوليمري. على عكس القوارب، تعمل هذه الطائرات المسيرة الصغيرة بواسطة الموجات فوق الصوتية، التي لا يمكن للأذن البشرية سماعها. تستخدم نسخة تزن 150 ميكروغراماً فقط تجاويفها لإنتاج قوة دفع عمودية نحو الأعلى، على طريقة الصاروخ. بينما تجمع نسخة أخرى بين التجاويف وريشات صغيرة جداً، تدور حتى 13000 دورة في الدقيقة، لتوليد قوة رفع مستقرة من نوع المروحية.
نحو روبوتات حساسة للصوت
نظراً لأن هذه الأجهزة تعتمد على تجاويف مجوفة وليس على محركات، فيمكن جعلها صغيرة وخفيفة للغاية باستخدام طرق طباعة ثلاثية الأبعاد مختلفة. يقول جونسون هوانغ، المؤلف الأول للدراسة وطالب دكتوراه في مختبر MICROBS: « مفهومنا متوافق مع تصغير أكبر، مما سيسمح بتصاميم متقدمة تدفع حدود الروبوتات والطيران. »
يتصور سلمان ساكر أيضاً، في المستقبل، دمج عدة هياكل حساسة للصوت في جهاز مرن واحد، يستجيب كل منها لتردد صوتي مختلف. ويشرح قائلاً: « سيسمح ذلك لأجزاء محددة من الجهاز بالتحرك أو الانحناء أو الاهتزاز، مما قد يؤدي إلى أجهزة روبوتية ديناميكية هوائية قادرة على تغيير شكلها استجابة للصوت. »
