Dei ricercatori del laboratorio MICROBS dell’EPFL hanno sviluppato piccole strutture cave che si propellono grazie al suono. Descritta nella rivista Science Advances, questa tecnica permette di far avanzare barche in miniatura e microdroni senza motore, ingranaggi o componenti magnetici.
- I ricercatori dell’EPFL hanno creato strutture cave spinte dal suono.
- Il principio si basa sulla risonanza di Helmholtz, come in una bottiglia.
- Questi dispositivi fanno muovere barche e microdroni senza motori né ingranaggi.
- In futuro, il team vuole costruire robot capaci di cambiare forma con il suono.
Il principio si ispira a un fenomeno ben noto, la risonanza di Helmholtz. Quando si soffia sul collo di una bottiglia, l’aria all’interno oscilla avanti e indietro, e certe frequenze amplificano fortemente questo movimento, producendo il familiare suono della bottiglia. I ricercatori hanno ripreso questa fisica per fabbricare strutture cave, a forma di cavità rotonda o di campana.
« Invece di spingere oggetti con onde sonore, abbiamo creato risonatori acustici sintonizzati per catturare il suono a frequenze precise al fine di generare una spinta direzionale e un movimento controllato », dichiara Selman Sakar, responsabile del laboratorio. « Il nostro lavoro dimostra la fattibilità di trasformare un componente meccanico semplice e ingegnosamente progettato in materia robotica. »
Barche e microdroni
Se altri approcci utilizzavano già il suono per far levitare oggetti passivi, il team dell’EPFL ha progettato dispositivi che convertono essi stessi il suono in forza propulsiva. Quando le onde eccitano l’aria contenuta in una cavità, questa viene espulsa sotto forma di getto concentrato, mentre l’aria che entra è più diffusa. Questo squilibrio crea una spinta capace di spostare piccoli veicoli. Le cavità possono essere fabbricate in diversi materiali, inclusi plastiche per stampa 3D, polimeri simili alla gomma e vetro.
Su scala centimetrica, i ricercatori hanno costruito barche in miniatura equipaggiate con al massimo tre cavità, ciascuna sintonizzata su una diversa frequenza udibile. Modificando la frequenza emessa da un altoparlante, possono attivare selettivamente una o l’altra cavità, dirigere le barche, farle aggirare ostacoli e persino programmarle per una navigazione autonoma.
Su scala molto più piccola, il team ha utilizzato una tecnica di stampa 3D nanometrica per fabbricare « microdroni », veicoli volanti ultraleggeri dotati di tre cavità microscopiche integrate nella loro struttura polimerica. A differenza delle barche, questi microdroni sono alimentati da ultrasuoni, inudibili per l’orecchio umano. Una versione che pesa solo 150 microgrammi utilizza le sue cavità per produrre una spinta verticale verso l’alto, come un razzo. Un’altra associa le cavità a minuscole pale, che ruotano fino a 13.000 giri al minuto, per generare una portanza stabile di tipo elicottero.
Verso una robotica sensibile al suono
Poiché questi dispositivi si basano su cavità cave e non su motori, possono essere resi estremamente piccoli e leggeri grazie a diversi metodi di stampa 3D. « Il nostro concetto è compatibile con un’ulteriore miniaturizzazione, il che permetterà progetti avanzati che spingono i limiti della robotica e dell’aeronautica », afferma Junsun Hwang, primo autore dello studio e dottorando al laboratorio MICROBS.
Selman Sakar prevede anche, in futuro, di integrare diverse strutture sensibili al suono in un unico dispositivo flessibile, ciascuna reattiva a una diversa frequenza sonora. « Ciò permetterebbe a parti precise dell’apparato di muoversi, curvarsi o vibrare, potendo condurre a dispositivi robotici aerodinamici capaci di cambiare forma in risposta al suono », spiega.
