Des chercheurs du laboratoire MICROBS de l’EPFL ont mis au point de petites structures creuses qui se propulsent grâce au son. Décrite dans la revue Science Advances, cette technique permet de faire avancer des bateaux miniatures et des microdrones sans moteur, ni engrenage, ni composant magnétique.
- Des chercheurs de l’EPFL ont créé de petites structures creuses propulsées par le son.
- Ces cavités, inspirées de la résonance de Helmholtz, convertissent les ondes sonores en poussée directionnelle.
- Elles font avancer des bateaux miniatures et des microdrones, sans moteur ni engrenage.
- Cette technique pourrait ouvrir la voie à une robotique souple et sensible au son.
Le principe s’inspire d’un phénomène bien connu, la résonance de Helmholtz. Lorsqu’on souffle sur le goulot d’une bouteille, l’air qui se trouve à l’intérieur oscille d’avant en arrière, et certaines fréquences amplifient fortement ce mouvement, ce qui produit le son familier de la bouteille. Les chercheurs ont repris cette physique pour fabriquer des structures creuses, en forme de cavité ronde ou de cloche.
« Au lieu de pousser des objets avec des ondes sonores, nous avons créé des résonateurs acoustiques accordés pour capter le son à des fréquences précises afin de générer une poussée directionnelle et un mouvement contrôlé », déclare Selman Sakar, responsable du laboratoire. « Notre travail montre la faisabilité de transformer une pièce mécanique simple et astucieusement conçue en matière robotique. »
Bateaux et microdrones
Si d’autres approches utilisaient déjà le son pour faire léviter des objets passifs, l’équipe de l’EPFL a conçu des dispositifs qui convertissent eux-mêmes le son en force propulsive. Lorsque les ondes excitent l’air contenu dans une cavité, celui-ci est expulsé sous forme de jet concentré, tandis que l’air qui entre est plus diffus. Ce déséquilibre crée une poussée capable de déplacer de petits véhicules. Les cavités peuvent être fabriquées dans différents matériaux, notamment des plastiques d’impression 3D, des polymères proches du caoutchouc et du verre.
À l’échelle du centimètre, les chercheurs ont construit des bateaux miniatures équipés de trois cavités au maximum, chacune accordée sur une fréquence audible différente. En modifiant la fréquence émise par un haut-parleur, ils peuvent activer sélectivement telle ou telle cavité, diriger les bateaux, les faire contourner des obstacles et même les programmer pour une navigation autonome.
À une échelle beaucoup plus petite, l’équipe a utilisé une technique d’impression 3D nanométrique pour fabriquer des « microdrones », des véhicules volants ultralégers dotés de trois cavités microscopiques intégrées à leur structure en polymère. Contrairement aux bateaux, ces microdrones sont alimentés par des ultrasons, inaudibles pour l’oreille humaine. Une version pesant seulement 150 microgrammes utilise ses cavités pour produire une poussée verticale vers le haut, à la manière d’une fusée. Une autre associe les cavités à de minuscules pales, qui tournent jusqu’à 13 000 tours par minute, afin de générer une portance stable de type hélicoptère.
Vers une robotique sensible au son
Comme ces dispositifs reposent sur des cavités creuses et non sur des moteurs, ils peuvent être rendus extrêmement petits et légers grâce à différentes méthodes d’impression 3D. « Notre concept est compatible avec une miniaturisation encore plus poussée, ce qui permettra des conceptions avancées qui repoussent les limites de la robotique et de l’aéronautique », affirme Junsun Hwang, premier auteur de l’étude et doctorant au laboratoire MICROBS.
Selman Sakar envisage aussi, à l’avenir, d’intégrer plusieurs structures sensibles au son dans un même dispositif souple, chacune réagissant à une fréquence sonore différente. « Cela permettrait à des parties précises de l’appareil de bouger, de se courber ou de vibrer, pouvant conduire à des dispositifs robotiques aérodynamiques capables de changer de forme en réponse au son », explique-t-il.
