Suara tampaknya hanya membawa informasi dan menciptakan musik. Namun, para insinyur dari Laboratorium Sistem Mikrobirobotik EPFL menunjukkan: gelombang suara mampu menjadi kekuatan fisik penggerak secara langsung.
Para peneliti mengembangkan perangkat miniatur yang terbang ke udara di bawah pengaruh ultrasonik. Di dalamnya tidak terdapat mesin maupun baterai: energi yang diperlukan untuk bergerak datang dari luar bersama dengan gelombang suara pada frekuensi tertentu.
Hasil penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal Science Advances.
Bagaimana resonansi berubah menjadi daya dorong
Dasar dari pengembangan ini adalah resonansi Helmholtz — sebuah efek fisik yang dapat diamati jika kita meniup melintasi mulut botol kosong. Udara di dalam rongga mulai bergetar, memperkuat suara pada frekuensi tertentu.
Para insinyur menerapkan prinsip yang sama untuk menciptakan gerakan. Mereka mencetak resonator berongga dengan geometri yang dihitung secara presisi menggunakan printer 3D. Ketika struktur tersebut terkena suara dengan frekuensi yang tepat, getaran udara di dalam rongga diperkuat berkali-kali lipat.
Udara keluar melalui lubang dalam bentuk semburan sempit yang terarah, sementara udara yang kembali ke dalam lebih tersebar. Asimetri aliran udara yang muncul menciptakan daya dorong.
Begitulah gelombang suara yang tak terlihat berubah menjadi gerakan mekanis.
Untuk prototipe terbang, tim menggunakan ultrasonik dengan frekuensi 40 kilohertz — di atas jangkauan pendengaran manusia. Kita tidak mendengar gelombang kendali tersebut, namun bagi perangkat mikroskopis, gelombang itu menjadi sumber energi.
Dari butiran menuju penerbangan
Para peneliti menciptakan dua varian perangkat terbang dengan prinsip angkat yang berbeda.
Mikropesawat pertama memiliki berat hanya 150 mikrogram. Tiga resonator akustik yang diarahkan ke bawah menciptakan daya dorong yang memungkinkan struktur tersebut terangkat secara vertikal dari permukaan.
Prototipe kedua dengan berat 184 mikrogram menyerupai rotor helikopter berbilah tiga. Resonator yang terletak di dasar bilah menciptakan daya dorong terarah dan memutar struktur tersebut hingga sekitar 13 000 putaran per menit. Berkat putaran bilah, muncul gaya angkat aerodinamis.
Dengan demikian, prinsip fisik yang sama berhasil diterapkan dalam dua arsitektur berbeda: untuk pengangkatan vertikal langsung dan untuk gerakan rotasi.
Perahu yang dikendalikan oleh frekuensi
Eksperimen juga dilakukan di permukaan air.
Para peneliti memasang beberapa resonator pada perahu miniatur, yang masing-masing disetel ke frekuensi suara tersendiri. Aktivasi rongga yang berbeda memungkinkan perahu untuk bergerak maju dan mengubah arah.
Ini adalah salah satu sifat terpenting dari pengembangan ini: elemen-elemen konstruksi individu dapat dikendalikan secara selektif. Satu gelombang akustik melewati ruang, tetapi hanya resonator yang disetel ke frekuensi yang sesuai yang meresponsnya.
Faktanya, frekuensi menjadi perintah gerakan nirkabel.
Sejauh ini, ini adalah bukti konsep
Teknologi ini berada pada tahap eksperimental awal. Mikropesawat hanya terangkat beberapa milimeter dan belum mampu membawa muatan.
Energi juga tidak dihasilkan di dalam perangkat — energi tersebut ditransmisikan oleh pengeras suara eksternal atau pemancar ultrasonik. Oleh karena itu, ini bukan tentang drone otonom yang sudah jadi, melainkan tentang pembuktian prinsip gerakan baru.
Namun, ketiadaan mesin, kabel, dan baterai di dalam perangkat dapat menjadi keuntungan di tempat di mana ukuran dan massa sangat krusial.
Ke depannya, resonator akustik dapat diterapkan dalam mikrorobotika, dalam eksplorasi rongga yang sulit dijangkau, dalam operasi produksi presisi, dan untuk pengendalian tanpa sentuh terhadap objek kecil atau rapuh.
Materi yang mendengar frekuensinya sendiri
Hal yang paling menakjubkan di sini bukanlah ukuran mikroskopis dari perangkat yang dibuat. Melainkan kemampuan bentuk untuk menerima frekuensi tertentu dan mengubah getaran menjadi gerakan terarah.
Gelombang akustik yang sama melewati udara laboratorium. Namun, hanya struktur yang disetel ke frekuensi resonansinya yang merespons. Sisanya tetap diam.
Dalam penemuan ini, teknologi bersinggungan dengan salah satu prinsip dasar alam: yang penting bukan hanya kekuatan dampaknya, tetapi juga kesesuaian antara gelombang dan bentuk yang menerimanya.
Bentuk bertemu dengan suara.
Suara membangkitkan potensi yang terkandung di dalamnya.
Dan materi pun mulai bergerak.
Begitulah pandangan kita tentang teknologi masa depan perlahan berubah. Kita belajar untuk tidak hanya menempatkan sumber energi di dalam setiap mekanisme, tetapi juga menciptakan bentuk-bentuk yang mampu menerima energi dari ruang di sekitarnya.
Terkadang, untuk mendapatkan sayap, materi tidak membutuhkan kekuatan lebih. Ia hanya perlu bertemu dengan frekuensinya sendiri.
