Si vous soufflez sur le haut d’une bouteille vide, vous entendrez une note claire et régulière. Aujourd’hui, les ingénieurs ont utilisé ce même concept pour alimenter de minuscules robots qui se déplacent sans un seul moteur à bord.
Ces nouveaux appareils sont entièrement alimentés par le son. Lorsque la bonne fréquence leur est adressée, des chambres creuses intégrées à leur structure résonnent et poussent un jet d’air, générant suffisamment de poussée pour diriger un petit bateau ou soulever un petit avion volant. robot du sol.
Les scientifiques ont décrit leur innovation dans une étude publiée le 12 août dans la revue Avancées scientifiques.
Un truc de réglage du XIXe siècle, miniaturisé
L’effet derrière cela, connu sous le nom de résonance de Helmholtza été étudié pour la première fois en 1856 par le physicien allemand Hermann von Helmholtzqui essayait d’inventer un outil pour accorder les instruments de musique. Il a remarqué que lorsque l’air emprisonné à l’intérieur d’une cavité résonne, il expulse également un léger jet d’air.
« Ce n’est pas très puissant quand on le fait avec un instrument de musique, car la pression est faible », a déclaré le co-auteur de l’étude. Selman Sakarprofesseur agrégé de génie mécanique à l’Institut fédéral technologique de Lausanne (EPFL) en Suisse. « Mais si vous pouviez augmenter la pression, tout d’un coup, ce jet pourrait devenir important… de manière à ce que la force puisse être exploitée pour les machines », a-t-il déclaré à Live Science.
L’équipe a réalisé que la réduction des résonateurs de Helmholtz pousserait la fréquence nécessaire à leur activation dans le gamme ultrasonique – ce qui signifie qu’il est trop aigu pour que les humains l’entendent et, surtout, qu’il est plus facile de se concentrer avec précision. Les versions plus grandes générant la même force nécessiteraient un son audible suffisamment fort pour être à la fois ennuyeux et potentiellement dangereux, a déclaré Sakar.
À l’aide d’une technique d’impression 3D spécialisée appelée impression à deux photons, les chercheurs ont construit des structures creuses basées sur les équations originales de Helmholtz et ont confirmé par des tests en laboratoire et des simulations informatiques qu’elles généraient une poussée comme prévu.
Bateaux, fusées et petits hélicoptères
L’équipe a construit de petits bateaux mesurant environ 5 centimètres (2 pouces) équipés de plusieurs résonateurs, chacun réglé sur une fréquence différente et pointé dans une direction différente. En modifiant la hauteur d’un haut-parleur proche, les chercheurs ont pu diriger les bateaux à gauche, à droite ou tout droit.
À une échelle beaucoup plus petite – certains mesurant seulement 0,04 pouce (1 millimètre) de diamètre – l’équipe a également construit des « microfliers » qui généraient une portance de deux manières différentes : certains poussaient la poussée vers le bas comme une fusée – mais en utilisant de l’air pour la poussée – tandis que d’autres s’étendaient sur de minuscules pales attachées pour voler comme un hélicoptère, en utilisant des ondes sonores pour faire tourner les pales.
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Cette technologie présente un avantage par rapport aux moyens conventionnels de production d’électricité, car elle peut être construite à des échelles extrêmement petites, a déclaré Sakar. Les moteurs conventionnels ont « une limite fondamentale » en matière de miniaturisation en raison des composants physiques tels que les aimants, les bobines et les arbres dont un moteur a besoin pour fonctionner, a-t-il expliqué. Étant donné que ces résonateurs ne sont que des cavités creuses de forme précise, il n’existe aucune limite comparable quant à leur taille.
Les chercheurs ont déclaré dans l’étude que le même principe pourrait éventuellement être utilisé pour faire pivoter et manipuler avec précision de petits objets dans les airs sans les toucher, ou pour construire des surfaces douces et flexibles qui se plient et changent de forme sur commande lorsqu’ils « entendent » une fréquence particulière qui peut être utilisée pour applications biomédicales comme stents cardiaques.
Pour l’instant, l’étude constitue une base sur laquelle les chercheurs peuvent s’appuyer, a déclaré Sakar. « Je pense que ce document est important dans le sens où nous exposons les principes de conception », a-t-il déclaré, ajoutant que les travaux de suivi pourraient se concentrer sur des conceptions plus appliquées, des systèmes de contrôle ou de navigation.
