据美国趣味科学网站8月31日报道，如果你对着空瓶子的顶部吹气，你会听到清晰稳定的音调。现在，工程师利用同样的原理，制造出完全无需搭载发动机即可运动的微型机器人。
这些新型装置完全由声波驱动。当特定频率的声波作用于它们时，其内部的空腔会产生共振，并喷射出一股气流，从而产生足够的推力来驾驶小船或使微型飞行机器人升空。
科学家在8月12日发表于美国《科学进展》杂志的一项研究中描述了这一创新成果。
该技术背后的效应叫作“亥姆霍兹共振”。1856年，德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹率先对这种效应进行了研究。当时，他试图发明一种乐器调音工具。他注意到，封闭在空腔内的空气发生共振时，还会喷射出微弱的气流。
新研究的合著者、瑞士洛桑联邦理工大学（EPFL）机械工程副教授塞尔曼·萨卡尔说：“用乐器做这个实验时，产生的推力不是很大，因为压力较小。”他对趣味科学网站的记者说：“但如果能提高压力，这种气流就会变得非常强大……以至于这种力量能被应用于机械设备。”
研究团队意识到，缩小亥姆霍兹共振器的尺寸会将激活它们所需的频率推至超声波范围。这意味着其频率太高，人耳听不到，而至关重要的是，这种频率更便于精准聚焦。萨卡尔说，如果使用较大尺寸的共振器实现同等推力，就需要音量足够大的可闻声波，这不仅会造成噪声干扰，还可能带来健康危害。
研究人员利用一种名为“双光子打印”的特殊3D打印技术，根据亥姆霍兹的原始方程构建了空心结构，并通过实验室测试和计算机模拟证实，这些结构可如预测的那样产生推力。
研究团队制造了尺寸约为5厘米的小船，船上装有多个共振器，将每个共振器调至响应不同频率并指向不同方向。通过改变附近扬声器的音调，研究人员可以控制小船左转、右转或直行。
在更小的尺度上（有些直径仅为约1毫米），研究团队还制造了“微型飞行器”。它们以两种不同的方式产生升力：一些像火箭一样向下产生推力以实现上升，但使用空气作为推力；另一些则依靠声波带动附着的微型叶片旋转，像直升机一样飞行。
萨卡尔说，这项技术比传统的动力生成方式更具优势，因为它可以在极小的尺度上进行制造。他说，传统发动机的运转需要磁铁、线圈和转轴等物理部件，因此在小型化方面存在“根本性限制”。而这些共振器只是精密成型的空腔，因此它们最终可以制造得非常小，没有类似（传统发动机）的限制。
研究人员在论文中说，同样的原理最终可以用于在不接触的情况下精确旋转和操纵空中的小型物体，或用于制造柔软、易弯曲的表面，这些表面在“听到”特定频率时会根据指令发生弯曲和改变形状，从而可应用于心脏支架等生物医学领域。 |
