Ses, görünüşte sadece bilgi taşır ve müzik yaratır. Ancak EPFL Mikrobiyorobotik Sistemler Laboratuvarı'ndan mühendisler şunu gösterdi: ses dalgası, doğrudan fiziksel bir hareket gücüne dönüşebiliyor.
Araştırmacılar, ultrason etkisiyle havaya yükselen minyatür cihazlar geliştirdiler. Bünyelerinde ne bir motor ne de bir batarya bulunuyor: hareket için gerekli enerji, belirli bir frekanstaki ses dalgasıyla dışarıdan geliyor.
Araştırmanın sonuçları Science Advancesdergisinde yayımlandı.
Rezonans itkiye nasıl dönüşür
Geliştirilen teknolojinin temelinde Helmholtz rezonansı yatıyor; bu, boş bir şişenin ağzına üflediğinizde gözlemleyebileceğiniz fiziksel bir etkidir. Boşluğun içindeki hava titreşmeye başlar ve belirli bir frekanstaki sesi güçlendirir.
Mühendisler, hareketi yaratmak için aynı prensibi uyguladılar. 3D yazıcıda, geometrisi hassas bir şekilde hesaplanmış içi boş rezonatörler bastılar. Yapıya doğru frekanstaki ses etki ettiğinde, boşluğun içindeki hava titreşimleri defalarca güçlenir.
Hava, delikten dar ve yönlendirilmiş bir jet şeklinde çıkarken, içeriye daha dağınık bir şekilde geri döner. Hava akışlarında ortaya çıkan bu asimetri, itki yaratır.
Böylece görünmez ses dalgası mekanik harekete dönüşür.
Uçuş prototipleri için ekip, 40 kilohertz frekansında ultrason kullandı; bu, insan işitme aralığının üzerindedir. Biz kontrol dalgasını duymuyoruz, ancak mikroskobik cihaz için bu bir enerji kaynağı haline geliyor.
Bir toz zerresinden uçuşa
Araştırmacılar, farklı yükselme prensiplerine sahip iki uçuş cihazı varyantı yarattılar.
İlk mikro uçak sadece 150 mikrogram. Aşağı yönlendirilmiş üç akustik rezonatör, yapının yüzeyden dikey olarak havalanmasını sağlayan bir itki yaratır.
İkinci prototip 184 mikrogram ağırlığında üç kanatlı bir helikopter rotorunu andırıyor. Kanatların tabanına yerleştirilen rezonatörler, yönlendirilmiş bir itki oluşturarak yapıyı yaklaşık dakikada 13 000 devire kadar döndürüyor. Kanatların dönmesi sayesinde aerodinamik bir kaldırma kuvveti oluşur.
Böylece aynı fiziksel prensip, iki farklı mimaride uygulanabildi: doğrudan dikey yükseliş ve dönme hareketi için.
Frekanslarla kontrol edilen tekne
Deney su yüzeyinde de gerçekleştirildi.
Araştırmacılar minyatür bir tekneye, her biri kendi ses frekansına ayarlanmış birkaç rezonatör yerleştirdiler. Farklı boşlukların aktivasyonu, teknenin ileri gitmesini ve yön değiştirmesini sağladı.
Bu, geliştirmenin en önemli özelliklerinden biridir: yapının ayrı ayrı elemanları seçici olarak kontrol edilebilir. Tek bir akustik dalga uzaydan geçer, ancak yalnızca ilgili frekansa ayarlanmış rezonatör buna yanıt verir.
Aslında frekans, kablosuz bir hareket komutuna dönüşüyor.
Şimdilik bu bir kavram kanıtı
Teknoloji henüz erken deneysel aşamada. Mikro hava araçları sadece birkaç milimetre yükseliyor ve henüz faydalı yük taşıyamıyor.
Enerji de cihazın içinde üretilmiyor; harici bir hoparlör veya ultrasonik yayıcı tarafından iletiliyor. Bu nedenle, hazır otonom dronlardan değil, yeni bir hareket prensibinin kanıtından bahsediyoruz.
Ancak yerleşik bir motorun, kabloların ve bataryanın bulunmaması, boyut ve kütlenin kritik öneme sahip olduğu yerlerde bir avantaj olabilir.
Gelecekte akustik rezonatörler mikrorobotikte, ulaşılması zor boşlukların incelenmesinde, hassas üretim operasyonlarında ve küçük veya kırılgan nesnelerin temassız kontrolünde kullanılabilir.
Kendi frekansını duyan madde
Buradaki en şaşırtıcı şey, sadece yaratılan cihazların mikroskobik boyutu değil. Bu, formun belirli bir frekansı kabul etme ve titreşimi yönlendirilmiş bir harekete dönüştürme yeteneğidir.
Aynı akustik dalga laboratuvarın havasından geçiyor. Ancak buna yalnızca rezonans frekansına ayarlanmış yapılar yanıt veriyor. Diğerleri hareketsiz kalıyor.
Bu keşifte teknoloji, doğanın temel prensiplerinden biriyle temas ediyor: Önemli olan sadece etkinin gücü değil, aynı zamanda dalga ile onu algılayan form arasındaki uyumdur.
Form, sesle buluşuyor.
Ses, içinde saklı olan potansiyeli uyandırıyor.
Ve madde hareket etmeye başlıyor.
Böylece geleceğin teknolojilerine dair algımız yavaş yavaş değişiyor. Sadece her mekanizmanın içine bir enerji kaynağı yerleştirmeyi değil, aynı zamanda çevredeki boşluktan enerji alabilen formlar yaratmayı da öğreniyoruz.
Bazen maddenin kanatlanması için daha fazla güce ihtiyacı yoktur. Sadece kendi frekansıyla karşılaşması gerekir.
