Drones microscópicos impresos en 3D se propulsan y controlan con sonido
Investigadores del laboratorio de Sistemas MicroBioRobóticos (MicroBioRobotic Systems lab) de la EPFL han desarrollado un tipo de dispositivo aéreo ultracompacto, capaz de volar y ser controlado exclusivamente mediante la energía del sonido. Estos “microvoladores” (microfliers), impresos en 3D, representan un avance significativo en la microrrobótica al superar las limitaciones de peso y energía de los sistemas convencionales.
A diferencia de la levitación acústica pasiva, un fenómeno conocido que permite suspender objetos con ondas de sonido, la innovación de la EPFL radica en el control activo del movimiento. El equipo ha diseñado resonadores acústicos que están sintonizados para aprovechar el sonido a frecuencias específicas, generando así un empuje direccional. Esto permite que los dispositivos no solo se mantengan en el aire, sino que también realicen movimientos controlados mediante la variación de dichas frecuencias.
La clave tecnológica reside en la impresión 3D de microescala de estructuras huecas con una precisión extrema. Estas estructuras están calibradas para resonar a frecuencias concretas. Cuando el aire en su interior es expuesto a las frecuencias adecuadas, se expulsa en forma de un pequeño chorro, produciendo la propulsión necesaria. Aunque el empuje individual es modesto, es suficiente para el control efectivo de estos diminutos drones.
Los “microvoladores” presentados por el equipo incluyen dos diseños principales: uno que utiliza este chorro acústico como un cohete para generar empuje vertical y otro que emplea rotores para un despegue y vuelo más estables, similar al de un helicóptero. Un rasgo común y esencial de ambos es la ausencia de componentes complejos y la falta de una fuente de alimentación a bordo, lo que simplifica drásticamente su diseño y potencial de miniaturización.
El concepto ha demostrado su aplicabilidad más allá del vuelo, con prototipos de embarcaciones de tres cámaras que flotan sobre el agua y pueden ser dirigidas de forma autónoma para sortear obstáculos. Estos botes, aunque de mayor tamaño (medido en centímetros), validan la versatilidad del principio de propulsión acústica.
Los investigadores vislumbran un futuro con una miniaturización aún mayor y diseños más complejos. Esto podría llevar al desarrollo de dispositivos robóticos que no solo vuelen o se muevan, sino que también sean capaces de cambiar de forma o vibrar en respuesta al sonido, expandiendo las fronteras de la robótica y la aeronáutica. El trabajo ha sido publicado en la revista Science Advances bajo términos de acceso abierto.
Por qué importa
La capacidad de propulsar y controlar dispositivos a escala micrométrica sin necesidad de baterías o componentes electrónicos complejos abre un abanico de posibilidades en entornos donde el suministro de energía es un desafío o donde el espacio es extremadamente limitado. Esta tecnología podría habilitar una nueva generación de robots autónomos ultraligeros para aplicaciones que van desde la monitorización ambiental hasta la exploración de estructuras internas en medicina o ingeniería, al reducir significativamente las barreras de diseño y fabricación.
Antecedentes
La levitación acústica, que permite suspender objetos en el aire utilizando ondas de sonido, es un fenómeno conocido desde hace tiempo. Sin embargo, el desafío ha sido transformar esta levitación pasiva en un control de movimiento activo y direccional. El avance de la EPFL radica en pasar de un simple efecto de "flotación" a una manipulación precisa mediante la resonancia controlada de estructuras diseñadas específicamente, lo que marca un hito en la autonomía de los dispositivos accionados por sonido.
Mecánica del empuje acústico
La clave de la propulsión reside en estructuras huecas fabricadas con alta precisión mediante impresión 3D. Estas se sintonizan cuidadosamente para resonar a frecuencias acústicas específicas. Cuando el aire dentro de cada estructura es expuesto a dichas frecuencias, se expulsa en forma de un pequeño chorro, generando un empuje suficiente para el control y movimiento de los diminutos dispositivos. Esto transforma una pieza mecánica pasiva en un elemento robótico con capacidad de movimiento.
En lugar de mover dispositivos con ondas sonoras, hemos creado resonadores acústicos sintonizados para aprovechar el sonido a frecuencias específicas y generar empuje direccional y movimiento controlado. Nuestro trabajo demuestra la viabilidad de transformar una pieza mecánica simple y astutamente diseñada en materia robótica.
Selman Sakar, Jefe del laboratorio de Sistemas MicroBioRobóticos de la EPFL
Nuestro concepto es compatible con una miniaturización aún mayor, lo que permite diseños avanzados que traspasan los límites de la robótica y la aeronáutica.
Junsun Hwang, Primer autor del estudio
Esto [diseños más complejos] permitiría que partes específicas del dispositivo se muevan, doblen o vibren, lo que podría conducir a dispositivos robóticos aerodinámicos capaces de cambiar de forma en respuesta al sonido.
Selman Sakar, Jefe del laboratorio de Sistemas MicroBioRobóticos de la EPFL
Datos clave
| Fuente de energía y control | Sonido (frecuencias acústicas específicas) |
|---|---|
| Método de fabricación | Impresión 3D de microescala |
| Características distintivas | Sin partes complejas ni fuente de alimentación a bordo |
| Aplicaciones demostradas | Drones voladores y embarcaciones navegables |
| Publicación científica | Science Advances |
Fuente original: Hackster.io
