瑞士团队研发声驱动微型机器人 无需电池和电机即可运动

这项技术的基础是亥姆霍兹共振，即人们向玻璃瓶口吹气时会听到嗡鸣声的物理现象。当声音频率与瓶内空气的固有振动频率相匹配时，被困在空腔中的空气会发生强烈振动。研究团队将这一原理应用于由3D打印塑料、玻璃或类橡胶聚合物制成的微型空腔结构中。

在声波作用下，空腔内部的空气振动会形成向外喷射的集中气流；而回流空气则相对分散。两种气流分布之间的不对称性由此产生推力，进而推动设备移动。与过去利用外部声波直接“推送”被动物体，或通过声学悬浮操控物体的研究不同，新方案旨在收集环境中的声学能量，并将其转化为机械推力。

该实验室负责人塞尔曼·萨卡尔表示，研究团队并非简单地用声波推着设备前进，而是制造了能够针对特定频率进行调谐的声学谐振器，使其产生有方向性的推力并实现可控运动。

为验证这一思路，研究人员首先制作了微型船只，并在每艘船上布置了三个对应不同共振频率的空腔。通过切换声波频率，团队可选择性激活其中某个空腔，从而推动船只朝特定方向移动。

随后，团队还制造了超轻型“微型飞行器”。这类微型无人机重量最低仅为150微克，机体中同样集成了三个微小空腔。测试显示，在人耳无法听见的超声频率驱动下，微型飞行器能够向前运动。

另一种设计则将声学空腔与微型螺旋桨叶片结合。实验结果显示，空腔产生的推力足以令叶片达到每分钟1.3万转的转速。作为对比，普通无人机螺旋桨通常也仅处于每分钟数千转的量级。

研究人员认为，这项技术未来有望推动无需传统电池和电机的微型设备及机器人发展。通过在同一装置中配置多个响应不同频率的声学结构，还可让设备的不同部分分别被激活、独立运动，为柔性微型机器人和高度集成化微型装置带来新的设计思路。