El sonido, al parecer, solo transporta información y crea música. Pero los ingenieros del Laboratorio de Sistemas Microrrobóticos de la EPFL han demostrado que una onda sonora puede convertirse en una fuerza física directa de movimiento.
Los investigadores han desarrollado aparatos en miniatura que se elevan en el aire bajo la influencia del ultrasonido. No llevan a bordo ni motor ni batería: la energía necesaria para el movimiento proviene del exterior junto con la onda sonora de una frecuencia determinada.
Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Science Advances.
Cómo la resonancia se convierte en empuje
En la base del desarrollo se encuentra la resonancia de Helmholtz —un efecto físico que se puede observar al soplar a través del cuello de una botella vacía. El aire dentro de la cavidad comienza a oscilar, amplificando el sonido a una frecuencia determinada.
Los ingenieros aplicaron el mismo principio para generar movimiento. Imprimieron en 3D resonadores huecos con una geometría calculada con precisión. Cuando el sonido de la frecuencia adecuada incide sobre la estructura, las oscilaciones del aire dentro de la cavidad se amplifican repetidamente.
El aire sale a través del orificio en un chorro estrecho y dirigido, mientras que regresa al interior de forma más dispersa. La asimetría resultante de los flujos de aire crea empuje.
Así es como una onda sonora invisible se transforma en movimiento mecánico.
Para los prototipos voladores, el equipo utilizó ultrasonido con una frecuencia de 40 kilohercios —por encima del rango del oído humano. No escuchamos la onda de control, sin embargo, para el aparato microscópico, se convierte en una fuente de energía.
De una mota al vuelo
Los investigadores crearon dos variantes de dispositivos voladores con diferentes principios de elevación.
El primer microvuelo pesa solo 150 microgramos. Tres resonadores acústicos dirigidos hacia abajo generan el empuje que permite a la estructura despegar verticalmente de la superficie.
El segundo prototipo, con un peso de 184 microgramo , recuerda a un rotor de helicóptero de tres palas. Los resonadores, situados en la base de las palas, generan un empuje dirigido y hacen girar la estructura a aproximadamente 13 000 revoluciones por minuto. Gracias a la rotación de las palas, surge una fuerza de sustentación aerodinámica.
De este modo, se ha logrado aplicar el mismo principio físico en dos arquitecturas diferentes: para el ascenso vertical directo y para el movimiento rotatorio.
Un barco controlado por frecuencias
El experimento también se llevó a cabo sobre la superficie del agua.
Los investigadores instalaron varios resonadores en un barco en miniatura, cada uno de ellos ajustado a su propia frecuencia sonora. La activación de diferentes cavidades permitía al barco avanzar y cambiar de dirección.
Esta es una de las propiedades más importantes del desarrollo: los elementos individuales de la estructura pueden controlarse de forma selectiva. Una onda acústica atraviesa el espacio, pero solo responde a ella el resonador ajustado a la frecuencia correspondiente.
De hecho, la frecuencia se convierte en una orden de movimiento inalámbrica.
Por ahora, se trata de una prueba de concepto
La tecnología se encuentra en una etapa experimental temprana. Los microvuelos se elevan solo unos pocos milímetros y aún no son capaces de transportar carga útil.
La energía tampoco se genera dentro del dispositivo; la transmite un altavoz externo o un emisor de ultrasonidos. Por lo tanto, no estamos hablando de drones autónomos listos para su uso, sino de la demostración de un nuevo principio de movimiento.
Sin embargo, la ausencia de motor a bordo, cables y batería puede convertirse en una ventaja allí donde el tamaño y la masa son factores cruciales.
En el futuro, los resonadores acústicos podrían aplicarse en microrrobótica, en la exploración de cavidades de difícil acceso, en operaciones de fabricación de precisión y para el control sin contacto de objetos pequeños o frágiles.
La materia que escuchó su propia frecuencia
Lo más sorprendente aquí no es solo el tamaño microscópico de los aparatos creados. Es la capacidad de la forma para adoptar una frecuencia determinada y transformar la oscilación en un movimiento dirigido.
La misma onda acústica atraviesa el aire del laboratorio. Pero solo responden a ella las estructuras ajustadas a su frecuencia de resonancia. Las demás permanecen inmóviles.
En este descubrimiento, la tecnología entra en contacto con uno de los principios fundamentales de la naturaleza: lo que importa no es solo la fuerza del impacto, sino la correspondencia entre la onda y la forma que la percibe.
La forma se encuentra con el sonido.
El sonido despierta la posibilidad encerrada en ella.
Y la materia comienza a moverse.
Así cambia gradualmente nuestra idea sobre las tecnologías del futuro. Aprendemos no solo a colocar una fuente de energía dentro de cada mecanismo, sino también a crear formas capaces de recibir energía del espacio circundante.
A veces, para obtener alas, la materia no necesita más fuerza. Necesita encontrar su propia frecuencia.
