Resumen:
A medida que los equipos electrónicos se siguen miniaturizando, la demanda de dispositivos ultrapequeños en los campos médico, aeroespacial y de seguridad está creciendo. Sin embargo, las limitaciones de tamaño de las baterías, motores y componentes mecánicos tradicionales también se han convertido en obstáculos para una mayor reducción de los microdispositivos. El Laboratorio de Sistemas Robóticos Microbianos de la Escuela de Ingeniería de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza propuso recientemente una nueva solución: utilizar sonido para alimentar microdispositivos para lograr un movimiento direccional sin baterías ni motores.
La tecnología se basa en la resonancia de Helmholtz, el fenómeno físico que provoca un zumbido cuando las personas soplan aire en la boca de una botella de vidrio. Cuando la frecuencia del sonido coincide con la frecuencia de vibración natural del aire dentro de la botella, el aire atrapado en la cavidad vibrará fuertemente. El equipo de investigación aplicó este principio a estructuras de microcavidades hechas de plástico, vidrio o polímeros similares al caucho impresos en 3D.
Bajo la acción de las ondas sonoras, la vibración del aire dentro de la cavidad formará un flujo de aire concentrado que se pulveriza hacia afuera; mientras que el aire de retorno está relativamente disperso. La asimetría entre las dos distribuciones del flujo de aire crea una fuerza de empuje que mueve el dispositivo. A diferencia de investigaciones anteriores que utilizaban ondas sonoras externas para "empujar" directamente objetos pasivos o para manipular objetos mediante levitación acústica, la nueva solución tiene como objetivo recolectar energía acústica del entorno y convertirla en empuje mecánico.
Para probar esta idea, los investigadores primero construyeron microbarcos y dispusieron tres cavidades correspondientes a diferentes frecuencias de resonancia en cada barco. Al cambiar la frecuencia de las ondas sonoras, el equipo pudo activar selectivamente una de las cavidades para empujar la nave en una dirección específica.
Posteriormente, el equipo también construyó un "microavión" ultraligero. Este tipo de microdron pesa tan solo 150 microgramos y tiene tres pequeñas cavidades integradas en su cuerpo. Las pruebas han demostrado que el microavión puede avanzar cuando es impulsado por frecuencias ultrasónicas que son inaudibles para el oído humano.
Otro diseño combina cavidades acústicas con pequeñas palas de hélice. Los resultados experimentales muestran que el empuje generado por la cavidad es suficiente para hacer que la pala alcance una velocidad de 13.000 revoluciones por minuto. A modo de comparación, las hélices de los drones ordinarios suelen ser del orden de miles de revoluciones por minuto.
Los investigadores creen que se espera que esta tecnología promueva el desarrollo de microdispositivos y robots que no requieran baterías ni motores tradicionales en el futuro. Al configurar múltiples estructuras acústicas que responden a diferentes frecuencias en el mismo dispositivo, diferentes partes del dispositivo pueden activarse y moverse de forma independiente, aportando nuevas ideas de diseño a microrobots flexibles y microdispositivos altamente integrados.
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