La EPFL mueve microrobots con el zumbido de una botella

¿Qué pasa cuando un dispositivo se vuelve tan pequeño que ya no queda espacio para una batería o un motor? Científicos encontraron una manera de alimentar dispositivos y robots diminutos, y de hacerlos moverse, usando sonido.

Hoy la tecnología apunta cada vez más a hacer la electrónica más pequeña, porque muchas industrias, desde la medicina hasta la aeroespacial y la seguridad, se benefician de ello. Pero reducir el tamaño de los dispositivos trae un desafío nuevo: ¿qué pasa si quedan simplemente demasiado chicos como para alojar una batería convencional, un motor y el resto de las piezas mecánicas?

Hace poco cubrimos un enfoque innovador para cargar drones, en el que se apunta un láser a la batería desde la distancia. Por notable que sea, ese método no resuelve realmente el problema de alimentar microdispositivos, porque sigue requiriendo una batería integrada o componentes de almacenamiento de energía.

Ese es el problema que intentan resolver los investigadores del laboratorio de Sistemas Microbiorrobóticos (MICROBS) de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, en Suiza. La respuesta que encontraron es bastante intrigante: sonido.

¿Qué es la resonancia de Helmholtz?

No cualquier sonido, sino específicamente la resonancia de Helmholtz. En palabras simples, es el mismo fenómeno que ocurre cuando uno sopla aire sobre el cuello de una botella. El aire atrapado dentro vibra con fuerza a cierta frecuencia, y por eso se escucha un zumbido.

Una botella de vidrio es un ejemplo de lo que los científicos llaman cavidad acústica. Una cavidad puede ser en realidad cualquier estructura hueca, redonda o con forma de campana, fabricada con plásticos impresos en 3D, vidrio o polímeros similares al caucho.

Cuando las ondas de sonido hacen vibrar el aire atrapado dentro de una cavidad, la cavidad genera un chorro concentrado de aire hacia afuera. El aire que vuelve a entrar lo hace de forma más dispersa que el que sale, y ese desequilibrio es lo que produce la fuerza de empuje necesaria para mover un objeto.

¿En qué se diferencia de la levitación acústica?

No es la primera vez que los científicos usan sonido para mover cosas. Hace tiempo se sabe cómo levitar objetos con ondas sonoras, pero hay una diferencia importante: en aquellos experimentos los objetos pasivos dependían de ondas externas que los empujaban físicamente. En esta investigación, en cambio, los científicos hallaron la forma de captar energía acústica ambiental y convertirla en empuje mecánico.

"En vez de empujar dispositivos con ondas de sonido, creamos resonadores acústicos sintonizados para aprovechar el sonido en frecuencias específicas y generar empuje direccional y movimiento controlado", explica Selman Sakar, jefe del laboratorio.

Para probar el enfoque, el equipo construyó primero botes en miniatura, cada uno equipado con tres cavidades sintonizadas a frecuencias distintas. Eso les permitió activar cavidades diferentes cambiando la frecuencia del sonido y empujar el bote en una dirección determinada.

¿Qué lograron volar y girar?

El equipo también construyó los llamados microvoladores, drones diminutos y ultralivianos que pesan apenas 150 microgramos, cada uno con tres cavidades microscópicas. Esos microvoladores se alimentaron con frecuencias ultrasónicas, demasiado altas para el oído humano, y lograron avanzar.

Otro diseño combinó las cavidades con aspas de hélice diminutas. Las cavidades generaron fuerza suficiente para hacer girar las aspas a 13.000 revoluciones por minuto, una cifra impresionantemente alta. Como comparación, las hélices de un dron convencional giran a varios miles de revoluciones por minuto.

En el futuro, esta innovación podría servir para construir dispositivos y robots que funcionen sin baterías ni motores convencionales. También podría habilitar dispositivos flexibles con múltiples estructuras sensibles al sonido, permitiendo que distintas partes se activen con frecuencias diferentes y se muevan de forma independiente.

Fuente: EPFL