O som, ao que parece, apenas transporta informação e cria música. Mas engenheiros do Laboratório de Microrrobótica da EPFL demonstraram: uma onda sonora é capaz de se tornar uma força física direta de movimento.
Os pesquisadores desenvolveram aparelhos em miniatura que levantam voo sob a influência de ultrassom. A bordo, não há motor nem bateria: a energia necessária para o movimento vem de fora, juntamente com a onda sonora de uma frequência específica.
Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Science Advances.
Como a ressonância se transforma em propulsão
Na base do desenvolvimento está a ressonância de Helmholtz — um efeito físico que pode ser observado ao soprar sobre o gargalo de uma garrafa vazia. O ar dentro da cavidade começa a oscilar, amplificando o som em uma frequência específica.
Os engenheiros aplicaram o mesmo princípio para criar movimento. Eles imprimiram em 3D ressonadores ocos com geometria calculada com precisão. Quando a estrutura é atingida por um som da frequência correta, as oscilações do ar dentro da cavidade são amplificadas repetidamente.
O ar sai através da abertura em um jato estreito e direcionado, enquanto retorna para dentro de forma mais dispersa. A assimetria resultante dos fluxos de ar cria propulsão.
Assim, a onda sonora invisível transforma-se em movimento mecânico.
Para os protótipos de voo, a equipe utilizou ultrassom com frequência de 40 quilohertz — acima da faixa da audição humana. Nós não ouvimos a onda de controle, mas para o aparelho microscópico, ela se torna uma fonte de energia.
Do grão ao voo
Os pesquisadores criaram duas variantes de dispositivos de voo com diferentes princípios de sustentação.
O primeiro microavião pesa apenas 150 microgramas. Três ressonadores acústicos voltados para baixo criam o empuxo que permite à estrutura decolar verticalmente da superfície.
O segundo protótipo, pesando 184 microgramas , lembra um rotor de helicóptero de três pás. Os ressonadores, localizados na base das pás, criam um empuxo direcionado e fazem a estrutura girar a aproximadamente 13 000 rotações por minuto. Graças à rotação das pás, surge uma força de sustentação aerodinâmica.
Assim, o mesmo princípio físico pôde ser aplicado em duas arquiteturas diferentes: para a ascensão vertical direta e para o movimento rotacional.
Um barco controlado por frequências
O experimento também foi realizado na superfície da água.
Os pesquisadores instalaram vários ressonadores em um barco em miniatura, cada um sintonizado em sua própria frequência sonora. A ativação de diferentes cavidades permitia que o barco se movesse para frente e mudasse de direção.
Esta é uma das propriedades mais importantes do desenvolvimento: elementos individuais da estrutura podem ser controlados seletivamente. Uma onda acústica passa pelo espaço, mas apenas o ressonador sintonizado na frequência correspondente responde a ela.
Na verdade, a frequência torna-se um comando de movimento sem fio.
Por enquanto, é uma prova de conceito
A tecnologia está em um estágio experimental inicial. Os microveículos sobem apenas alguns milímetros e ainda não são capazes de transportar carga útil.
A energia também não é gerada dentro do dispositivo — ela é transmitida por um alto-falante externo ou um emissor de ultrassom. Portanto, não se trata de drones autônomos prontos, mas de uma prova de um novo princípio de movimento.
No entanto, a ausência de um motor de bordo, fios e bateria pode ser uma vantagem onde o tamanho e a massa são cruciais.
Em perspectiva, os ressonadores acústicos podem ser aplicados na microrrobótica, na exploração de cavidades de difícil acesso, em operações de fabricação de precisão e para o controle sem contato de objetos pequenos ou frágeis.
A matéria que ouviu sua própria frequência
O mais surpreendente aqui não é apenas o tamanho microscópico dos aparelhos criados. É a capacidade da forma de aceitar uma determinada frequência e converter a oscilação em movimento direcionado.
A mesma onda acústica passa pelo ar do laboratório. Mas apenas as estruturas sintonizadas em sua frequência de ressonância respondem a ela. As outras permanecem imóveis.
Nesta descoberta, a tecnologia toca um dos princípios fundamentais da natureza: o que importa não é apenas a força do impacto, mas a correspondência entre a onda e a forma que a recebe.
A forma encontra o som.
O som desperta a possibilidade nela contida.
E a matéria começa a mover-se.
Assim, a nossa percepção das tecnologias do futuro muda gradualmente. Estamos a aprender não apenas a colocar uma fonte de energia dentro de cada mecanismo, mas também a criar formas capazes de receber energia do espaço circundante.
Por vezes, para ganhar asas, a matéria não precisa de mais força. Precisa de encontrar a sua própria frequência.
