要約:
電子機器の小型化が進む中、医療、航空宇宙、セキュリティ分野での超小型機器の需要が高まっています。しかし、従来のバッテリー、モーター、機械部品のサイズ制限も、マイクロデバイスのさらなる小型化の障害となっています。スイスのエコール工科大学ローザンヌ工科大学（EPFL）工学部の微生物ロボットシステム研究室は最近、新しいソリューションを提案した。それは、音を使ってマイクロデバイスに電力を供給し、電池やモーターを使わずに方向性の移動を実現するというものだ。
この技術は、ガラス瓶の口に空気を吹き込むとブーンという音を引き起こす物理現象、ヘルムホルツ共鳴に基づいています。音の周波数がボトル内の空気の固有振動数と一致すると、空洞内に閉じ込められた空気が強く振動します。研究チームはこの原理を、3Dプリントされたプラスチック、ガラス、またはゴム状ポリマーで作られたマイクロキャビティ構造に適用した。
音波の作用により、キャビティ内の空気の振動により集中した空気流が形成され、外側に噴霧されます。一方、戻り空気は比較的分散されます。 2 つの気流分布間の非対称性により、デバイスを動かす推力が発生します。外部音波を使用して受動的物体を直接「押す」、または音響浮遊によって物体を操作する過去の研究とは異なり、新しいソリューションは環境内の音響エネルギーを収集し、それを機械的推力に変換することを目的としています。
このアイデアをテストするために、研究者らはまずマイクロシップを作成し、それぞれのシップに異なる共振周波数に対応する 3 つの空洞を配置しました。音波の周波数を切り替えることで、チームは空洞の 1 つを選択的に作動させ、船を特定の方向に押すことができました。
その後、チームは超軽量の「超小型飛行機」も製作しました。このタイプのマイクロ ドローンの重さはわずか 150 マイクログラムで、本体には 3 つの小さな空洞が組み込まれています。テストの結果、人間の耳には聞こえない超音波周波数によって超小型飛行機が駆動されると、前進できることが示されました。
別の設計では、音響空洞と小さなプロペラ ブレードを組み合わせています。実験結果によると、キャビティによって生成される推力は、ブレードが毎分 13,000 回転の速度に達するのに十分であることが示されています。比較のために言うと、通常のドローンのプロペラは通常、毎分数千回転程度しか回転しません。
研究者らは、この技術により、将来的に従来のバッテリーやモーターを必要としないマイクロデバイスやロボットの開発が促進されると考えています。同じデバイス内で異なる周波数に応答する複数の音響構造を構成することにより、デバイスの異なる部分が起動して独立して動くことができ、柔軟なマイクロロボットや高度に統合されたマイクロデバイスに新しい設計アイデアをもたらします。
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