Investigadores do laboratório MICROBS da EPFL desenvolveram pequenas estruturas ocas que se movem graças ao som. Descrita na revista Science Advances, esta técnica permite fazer avançar barcos em miniatura e microdrones sem motor, nem engrenagem, nem componente magnético.
- Investigadores da EPFL criaram estruturas ocas que se deslocam graças ao som.
- O princípio baseia-se na ressonância de Helmholtz, sem motor nem componentes magnéticos.
- Os barcos e microdrones deslocam-se ao captar frequências sonoras precisas.
- Esta técnica pode levar a robôs sensíveis ao som, cada vez mais pequenos e leves.
O princípio inspira-se num fenómeno bem conhecido, a ressonância de Helmholtz. Quando se sopra no gargalo de uma garrafa, o ar que está no interior oscila para a frente e para trás, e certas frequências amplificam fortemente este movimento, produzindo o som familiar da garrafa. Os investigadores retomaram esta física para fabricar estruturas ocas, em forma de cavidade redonda ou de sino.
« Em vez de empurrar objetos com ondas sonoras, criámos ressonadores acústicos afinados para captar o som em frequências precisas, de modo a gerar um impulso direcional e um movimento controlado », declara Selman Sakar, responsável do laboratório. « O nosso trabalho demonstra a viabilidade de transformar uma peça mecânica simples e engenhosamente concebida em matéria robótica. »
Barcos e microdrones
Se outras abordagens já utilizavam o som para fazer levitar objetos passivos, a equipa da EPFL concebeu dispositivos que convertem o som em força propulsora. Quando as ondas excitam o ar contido numa cavidade, este é expelido sob a forma de jato concentrado, enquanto o ar que entra é mais difuso. Este desequilíbrio cria um impulso capaz de deslocar pequenos veículos. As cavidades podem ser fabricadas em diferentes materiais, nomeadamente plásticos de impressão 3D, polímeros semelhantes à borracha e vidro.
À escala do centímetro, os investigadores construíram barcos em miniatura equipados com até três cavidades, cada uma afinada numa frequência audível diferente. Ao modificar a frequência emitida por um altifalante, podem ativar seletivamente uma ou outra cavidade, dirigir os barcos, fazê-los contornar obstáculos e até programá-los para navegação autónoma.
Numa escala muito mais pequena, a equipa utilizou uma técnica de impressão 3D nanométrica para fabricar « microdrones », veículos voadores ultraleves dotados de três cavidades microscópicas integradas na sua estrutura polimérica. Ao contrário dos barcos, estes microdrones são alimentados por ultrasons, inaudíveis para o ouvido humano. Uma versão que pesa apenas 150 microgramas usa as suas cavidades para produzir um impulso vertical para cima, à semelhança de um foguetão. Outra associa as cavidades a pequenas pás, que giram até 13 000 rotações por minuto, para gerar uma sustentação estável do tipo helicóptero.
Rumo a uma robótica sensível ao som
Como estes dispositivos se baseiam em cavidades ocas e não em motores, podem ser tornados extremamente pequenos e leves graças a diferentes métodos de impressão 3D. « O nosso conceito é compatível com uma miniaturização ainda mais avançada, o que permitirá conceções avançadas que ultrapassam os limites da robótica e da aeronáutica », afirma Junsun Hwang, primeiro autor do estudo e doutorando no laboratório MICROBS.
Selman Sakar prevê também, no futuro, integrar várias estruturas sensíveis ao som num único dispositivo flexível, cada uma reagindo a uma frequência sonora diferente. « Isto permitiria que partes específicas do aparelho se movessem, dobrassem ou vibrassem, podendo conduzir a dispositivos robóticos aerodinâmicos capazes de mudar de forma em resposta ao som », explica.
