Investigadores del laboratorio MICROBS de la EPFL han desarrollado pequeñas estructuras huecas que se propulsan mediante sonido. Descrita en la revista Science Advances, esta técnica permite hacer avanzar barcos en miniatura y microdrones sin motor, engranajes ni componentes magnéticos.
El principio se inspira en un fenómeno bien conocido, la resonancia de Helmholtz. Cuando se sopla en el cuello de una botella, el aire del interior oscila de un lado a otro, y ciertas frecuencias amplifican fuertemente este movimiento, lo que produce el sonido familiar de la botella. Los investigadores han retomado esta física para fabricar estructuras huecas, con forma de cavidad redonda o de campana.
« En lugar de empujar objetos con ondas sonoras, hemos creado resonadores acústicos sintonizados para captar el sonido a frecuencias precisas y generar un empuje direccional y un movimiento controlado », declara Selman Sakar, responsable del laboratorio. « Nuestro trabajo demuestra la viabilidad de transformar una pieza mecánica simple e ingeniosamente diseñada en materia robótica. »
Barcos y microdrones
Si otros enfoques ya utilizaban el sonido para hacer levitar objetos pasivos, el equipo de la EPFL ha diseñado dispositivos que convierten ellos mismos el sonido en fuerza propulsiva. Cuando las ondas excitan el aire contenido en una cavidad, este es expulsado en forma de chorro concentrado, mientras que el aire que entra es más difuso. Este desequilibrio crea un empuje capaz de desplazar pequeños vehículos. Las cavidades pueden fabricarse con distintos materiales, incluidos plásticos de impresión 3D, polímeros similares al caucho y vidrio.
A escala centimétrica, los investigadores construyeron barcos en miniatura equipados con un máximo de tres cavidades, cada una sintonizada a una frecuencia audible diferente. Modificando la frecuencia emitida por un altavoz, pueden activar selectivamente una u otra cavidad, dirigir los barcos, hacerlos sortear obstáculos e incluso programarlos para una navegación autónoma.
A una escala mucho menor, el equipo utilizó una técnica de impresión 3D nanométrica para fabricar « microdrones », vehículos voladores ultraligeros dotados de tres cavidades microscópicas integradas en su estructura de polímero. A diferencia de los barcos, estos microdrones son alimentados por ultrasonidos, inaudibles para el oído humano. Una versión que pesa solo 150 microgramos utiliza sus cavidades para producir un empuje vertical hacia arriba, al estilo de un cohete. Otra combina las cavidades con diminutas palas, que giran hasta 13 000 revoluciones por minuto, para generar una sustentación estable de tipo helicóptero.
Hacia una robótica sensible al sonido
Dado que estos dispositivos se basan en cavidades huecas y no en motores, pueden hacerse extremadamente pequeños y ligeros mediante diferentes métodos de impresión 3D. « Nuestro concepto es compatible con una miniaturización aún mayor, lo que permitirá diseños avanzados que amplíen los límites de la robótica y la aeronáutica », afirma Junsun Hwang, primer autor del estudio y doctorando en el laboratorio MICROBS.
Selman Sakar también contempla, en el futuro, integrar varias estructuras sensibles al sonido en un mismo dispositivo flexible, cada una reaccionando a una frecuencia sonora diferente. « Esto permitiría que partes específicas del aparato se muevan, se curven o vibren, pudiendo conducir a dispositivos robóticos aerodinámicos capaces de cambiar de forma en respuesta al sonido », explica.
