Resumo:
À medida que os equipamentos eletrônicos continuam a ser miniaturizados, a demanda por dispositivos ultrapequenos nas áreas médica, aeroespacial e de segurança está crescendo. No entanto, as limitações de tamanho das baterias, motores e componentes mecânicos tradicionais também se tornaram obstáculos para uma maior redução dos microdispositivos. O Laboratório de Sistemas Robóticos Microbianos da Escola de Engenharia da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), na Suíça, propôs recentemente uma nova solução: usar som para alimentar microdispositivos para obter movimento direcional sem baterias e motores.
A tecnologia é baseada na ressonância de Helmholtz, o fenômeno físico que provoca um zumbido quando as pessoas sopram ar na boca de uma garrafa de vidro. Quando a frequência do som corresponde à frequência natural de vibração do ar dentro da garrafa, o ar preso na cavidade vibrará fortemente. A equipe de pesquisa aplicou esse princípio a estruturas de microcavidades feitas de plástico impresso em 3D, vidro ou polímeros semelhantes a borracha.
Sob a ação das ondas sonoras, a vibração do ar dentro da cavidade formará um fluxo de ar concentrado que é pulverizado para fora; enquanto o ar de retorno é relativamente disperso. A assimetria entre as duas distribuições de fluxo de ar cria uma força de impulso que move o dispositivo. Ao contrário de pesquisas anteriores que usavam ondas sonoras externas para “empurrar” diretamente objetos passivos, ou para manipular objetos por meio de levitação acústica, a nova solução visa coletar energia acústica do ambiente e convertê-la em impulso mecânico.
Para testar essa ideia, os pesquisadores primeiro fizeram micronaves e organizaram três cavidades correspondentes a diferentes frequências de ressonância em cada nave. Ao mudar a frequência das ondas sonoras, a equipe poderia ativar seletivamente uma das cavidades para empurrar a nave em uma direção específica.
Posteriormente, a equipe também construiu uma "microaeronave" ultraleve. Este tipo de micro drone pesa apenas 150 microgramas e possui três pequenas cavidades integradas ao corpo. Testes mostraram que a microaeronave pode avançar quando impulsionada por frequências ultrassônicas inaudíveis ao ouvido humano.
Outro projeto combina cavidades acústicas com pequenas pás de hélice. Resultados experimentais mostram que o impulso gerado pela cavidade é suficiente para fazer a lâmina atingir a velocidade de 13 mil rotações por minuto. Para efeito de comparação, as hélices comuns dos drones geralmente giram apenas na ordem de milhares de rotações por minuto.
Os pesquisadores acreditam que se espera que esta tecnologia promova o desenvolvimento de microdispositivos e robôs que não exijam baterias e motores tradicionais no futuro. Ao configurar múltiplas estruturas acústicas que respondem a diferentes frequências no mesmo dispositivo, diferentes partes do dispositivo podem ser ativadas e mover-se de forma independente, trazendo novas ideias de design para microrobôs flexíveis e microdispositivos altamente integrados.
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