הצליל, לכאורה, רק מעביר מידע ויוצר מוזיקה. אך מהנדסים ממעבדת המערכות המיקרו-ביורובוטיות של EPFL הראו: גל קול מסוגל להפוך לכוח פיזי ישיר של תנועה.
החוקרים פיתחו מכשירים זעירים המתרוממים לאוויר בהשפעת אולטרסאונד. על סיפונם אין מנוע ואין סוללה: האנרגיה הדרושה לתנועה מגיעה מבחוץ יחד עם גל קול בתדר מסוים.
תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Science Advances.
כיצד תהודה הופכת לדחף
בבסיס הפיתוח עומדת תהודת הלמהולץ — אפקט פיזי שניתן לראות אם נושפים לרוחב פיית בקבוק ריק. האוויר בתוך החלל מתחיל לרטוט, ומגביר את הצליל בתדר מסוים.
המהנדסים יישמו את אותו עיקרון ליצירת תנועה. הם הדפיסו במדפסת תלת-ממד מהודים חלולים בעלי גיאומטריה מחושבת במדויק. כאשר גל קול בתדר הנכון פועל על המבנה, תנודות האוויר בתוך החלל מוגברות פי כמה וכמה.
האוויר יוצא דרך הפתח בסילון צר ומכוון, בעוד שהוא חוזר פנימה בצורה מפוזרת יותר. האסימטריה שנוצרת בזרימת האוויר מייצרת דחף.
כך גל קול בלתי נראה הופך לתנועה מכנית.
עבור אבות-הטיפוס המעופפים, הצוות השתמש באולטרסאונד בתדר של 40 קילו-הרץ — מעל לטווח השמיעה האנושי. איננו שומעים את הגל המנהג, אך עבור המכשיר המיקרוסקופי הוא הופך למקור אנרגיה.
מגרגיר ועד לטיסה
החוקרים יצרו שתי גרסאות של מכשירי טיסה עם עקרונות הרמה שונים.
כלי הטיס הזעיר הראשון שוקל רק 150 מיקרוגרם. שלושה מהודים אקוסטיים המופנים כלפי מטה יוצרים דחף, המאפשר למבנה להתרומם אנכית מהמשטח.
אב-טיפוס שני שמשקלו 184 מיקרוגרם מזכיר רוטור של מסוק בעל שלושה להבים. המהודים, הממוקמים בבסיס הלהבים, יוצרים דחף מכוון ומסובבים את המבנה במהירות של כ- 13 000 סיבובים לדקה. הודות לסיבוב הלהבים נוצר כוח עילוי אווירודינמי.
כך עלה בידי החוקרים ליישם את אותו עיקרון פיזי בשתי ארכיטקטורות שונות: להמראה אנכית ישירה ולתנועה סיבובית.
סירה הנשלטת באמצעות תדרים
הניסוי נערך גם על פני המים.
החוקרים התקינו על סירה זעירה כמה מהודים, שכל אחד מהם כוון לתדר קול משלו. הפעלת חללים שונים אפשרה לסירה לנוע קדימה ולשנות כיוון.
זוהי אחת התכונות החשובות ביותר של הפיתוח: ניתן לשלוט באופן סלקטיבי ברכיבים בודדים של המבנה. גל קול אחד עובר במרחב, אך רק המהוד המכוון לתדר המתאים מגיב לו.
למעשה, התדר הופך לפקודת תנועה אלחוטית.
בינתיים מדובר בהוכחת היתכנות
הטכנולוגיה נמצאת בשלב ניסיוני מוקדם. המיקרו-כלי טיס מתרוממים רק כמה מילימטרים ואינם מסוגלים עדיין לשאת מטען מועיל.
גם האנרגיה אינה נוצרת בתוך המכשיר — היא מועברת על ידי רמקול חיצוני או משדר אולטרסאונד. לכן, אין מדובר ברחפנים אוטונומיים מוכנים, אלא בהוכחה לעיקרון תנועה חדש.
עם זאת, היעדר מנוע, חוטים וסוללה על הסיפון עשוי להוות יתרון במקומות שבהם לגודל ולמסה יש חשיבות מכרעת.
בעתיד, מהודים אקוסטיים עשויים לשמש במיקרו-רובוטיקה, בחקר חללים שקשה להגיע אליהם, בפעולות ייצור מדויקות ולשליטה ללא מגע בחפצים קטנים או שבירים.
חומר ששמע את התדר שלו
הדבר המפתיע ביותר כאן הוא לא רק הגודל המיקרוסקופי של המכשירים שנוצרו. זוהי היכולת של הצורה לקלוט תדר מסוים ולהמיר את התנודה לתנועה מכוונת.
אותו גל קול עובר דרך האוויר במעבדה. אך רק המבנים המכוונים לתדר התהודה שלו מגיבים לו. השאר נותרים ללא תנועה.
בתגלית זו הטכנולוגיה נפגשת עם אחד מעקרונות היסוד של הטבע: לא רק עוצמת ההשפעה חשובה, אלא גם ההתאמה בין הגל לבין הצורה הקולטת אותו.
הצורה פוגשת את הצליל.
הצליל מעורר את האפשרות הטמונה בה.
והחומר מתחיל לנוע.
כך משתנה בהדרגה תפיסתנו לגבי טכנולוגיות העתיד. אנו לומדים לא רק להציב את מקור האנרגיה בתוך כל מנגנון, אלא גם ליצור צורות המסוגלות לקלוט אנרגיה מהמרחב הסובב.
לעיתים, כדי לזכות בכנפיים, החומר אינו זקוק ליותר כוח. הוא זקוק למפגש עם התדר שלו.
