जब ध्वनि पंख बन जाती है: अनुनाद से जन्मे माइक्रो-रोबोट

ध्वनि, जो देखने में केवल जानकारी ले जाने और संगीत बनाने का माध्यम लगती है। लेकिन EPFL की माइक्रोबायोरोबोटिक सिस्टम्स प्रयोगशाला के इंजीनियरों ने दिखाया है कि ध्वनि तरंग गति का एक प्रत्यक्ष भौतिक बल बन सकती है।

शोधकर्ताओं ने ऐसे लघु उपकरण विकसित किए हैं जो अल्ट्रासाउंड के प्रभाव से हवा में ऊपर उठते हैं। उनमें न तो कोई इंजन है और न ही बैटरी: गति के लिए आवश्यक ऊर्जा बाहर से एक निश्चित आवृत्ति की ध्वनि तरंग के साथ आती है।

शोध के परिणाम इस पत्रिका में प्रकाशित हुए हैं Science Advances।

अनुनाद कैसे प्रणोदन में बदल जाता है

इस विकास के मूल में है हेल्महोल्ट्ज़ अनुनाद — एक भौतिक प्रभाव जिसे तब देखा जा सकता है जब आप खाली बोतल के मुंह के आर-पार फूंक मारते हैं। गुहा के अंदर की हवा कंपन करने लगती है, जिससे एक निश्चित आवृत्ति पर ध्वनि तेज हो जाती है।

इंजीनियरों ने गति पैदा करने के लिए उसी सिद्धांत को लागू किया। उन्होंने 3D-प्रिंटर पर सटीक रूप से गणना की गई ज्यामिति वाले खोखले रेज़ोनेटर (अनुनादक) प्रिंट किए। जब संरचना पर सही आवृत्ति की ध्वनि का प्रभाव पड़ता है, तो गुहा के अंदर हवा का कंपन कई गुना बढ़ जाता है।

हवा एक संकीर्ण निर्देशित धारा के रूप में छेद से बाहर निकलती है, जबकि यह अधिक बिखरे हुए तरीके से अंदर वापस आती है। वायु प्रवाह की उत्पन्न होने वाली यह विषमता प्रणोदन (थ्रस्ट) पैदा करती है।

इस प्रकार अदृश्य ध्वनि तरंग यांत्रिक गति में बदल जाती है।

उड़ान भरने वाले प्रोटोटाइप के लिए टीम ने 40 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया — जो मानव श्रवण सीमा से ऊपर है। हम नियंत्रित करने वाली तरंग को नहीं सुन सकते, लेकिन सूक्ष्म उपकरण के लिए यह ऊर्जा का स्रोत बन जाती है।

एक कण से उड़ान तक

शोधकर्ताओं ने उड़ान भरने वाले उपकरणों के दो संस्करण बनाए हैं, जिनमें ऊपर उठने के सिद्धांत अलग-अलग हैं।

पहला माइक्रो-फ्लायर केवल 150 माइक्रोग्राम. नीचे की ओर निर्देशित तीन ध्वनिक अनुनादक थ्रस्ट पैदा करते हैं, जो संरचना को सतह से लंबवत ऊपर उठने में सक्षम बनाता है।

दूसरा प्रोटोटाइप, जिसका वजन 184 माइक्रोग्राम तीन ब्लेड वाले हेलीकॉप्टर रोटर जैसा दिखता है। ब्लेड के आधार पर स्थित अनुनादक निर्देशित थ्रस्ट पैदा करते हैं और संरचना को लगभग... तक घुमाते हैं 13 000 चक्कर प्रति मिनट. ब्लेड के घूमने से वायुगतिकीय उत्थापन बल उत्पन्न होता है।

इस प्रकार, एक ही भौतिक सिद्धांत को दो अलग-अलग आर्किटेक्चर में लागू किया गया: सीधे लंबवत उत्थान के लिए और घूर्णी गति के लिए।

आवृत्तियों द्वारा नियंत्रित नाव

प्रयोग पानी की सतह पर भी किया गया।

शोधकर्ताओं ने एक छोटी नाव पर कई अनुनादक स्थापित किए, जिनमें से प्रत्येक को अपनी स्वयं की ध्वनि आवृत्ति पर सेट किया गया था। विभिन्न गुहाओं को सक्रिय करने से नाव को आगे बढ़ने और दिशा बदलने की अनुमति मिली।

यह विकास के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक है: संरचना के अलग-अलग तत्वों को चुनिंदा रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। एक ध्वनि तरंग अंतरिक्ष से होकर गुजरती है, लेकिन केवल संबंधित आवृत्ति पर सेट किया गया अनुनादक ही उस पर प्रतिक्रिया करता है।

वास्तव में, आवृत्ति गति के लिए एक वायरलेस कमांड बन जाती है।

फिलहाल यह अवधारणा का प्रमाण है

तकनीक अपने शुरुआती प्रयोगात्मक चरण में है। माइक्रो-फ्लायर्स केवल कुछ मिलीमीटर ऊपर उठते हैं और अभी पेलोड ले जाने में सक्षम नहीं हैं।

ऊर्जा भी उपकरण के अंदर उत्पन्न नहीं होती है - इसे एक बाहरी लाउडस्पीकर या अल्ट्रासोनिक एमिटर द्वारा प्रेषित किया जाता है। इसलिए, यह तैयार स्वायत्त ड्रोन के बारे में नहीं, बल्कि गति के एक नए सिद्धांत के प्रमाण के बारे में है।

हालाँकि, ऑन-बोर्ड इंजन, तारों और बैटरी की अनुपस्थिति वहाँ एक लाभ बन सकती है जहाँ आकार और द्रव्यमान महत्वपूर्ण होते हैं।

भविष्य में, ध्वनिक अनुनादकों का उपयोग माइक्रो-रोबोटिक्स में, दुर्गम गुहाओं की जांच में, सटीक उत्पादन कार्यों में और छोटी या नाजुक वस्तुओं के गैर-संपर्क नियंत्रण के लिए किया जा सकता है।

पदार्थ, जिसने अपनी आवृत्ति सुनी

यहाँ सबसे आश्चर्यजनक बात केवल बनाए गए उपकरणों का सूक्ष्म आकार नहीं है। यह एक निश्चित आवृत्ति को स्वीकार करने और कंपन को निर्देशित गति में बदलने की आकार की क्षमता है।

एक ही ध्वनि तरंग प्रयोगशाला की हवा से होकर गुजरती है। लेकिन केवल वे संरचनाएं जो इसकी अनुनाद आवृत्ति पर सेट हैं, उस पर प्रतिक्रिया करती हैं। बाकी स्थिर रहती हैं।

इस खोज में तकनीक प्रकृति के मूलभूत सिद्धांतों में से एक के संपर्क में आती है: मायने केवल प्रभाव का बल ही नहीं, बल्कि तरंग और उसे ग्रहण करने वाले आकार के बीच का सामंजस्य भी रखता है।

आकार ध्वनि से मिलता है।
ध्वनि उसमें निहित संभावना को जगाती है।
और पदार्थ गति करने लगता है।

इस तरह धीरे-धीरे भविष्य की तकनीकों के बारे में हमारी धारणा बदल रही है। हम न केवल प्रत्येक तंत्र के भीतर ऊर्जा का स्रोत रखना सीख रहे हैं, बल्कि ऐसे आकार बनाना भी सीख रहे हैं जो आसपास के वातावरण से ऊर्जा ग्रहण करने में सक्षम हों।

कभी-कभी, पंख पाने के लिए, पदार्थ को अधिक बल की आवश्यकता नहीं होती। उसे बस अपनी स्वयं की आवृत्ति से मिलने की आवश्यकता होती है।