Résumé :
À mesure que les équipements électroniques continuent d'être miniaturisés, la demande d'appareils ultra-petits dans les domaines médical, aérospatial et de la sécurité augmente. Cependant, les limites de taille des batteries, moteurs et composants mécaniques traditionnels sont également devenues des obstacles à une nouvelle réduction du nombre de micro-appareils. Le Laboratoire de systèmes robotiques microbiens de l'École d'ingénierie de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse a récemment proposé une nouvelle solution : utiliser le son pour alimenter des microdispositifs afin d'obtenir un mouvement directionnel sans piles ni moteurs.
La technologie est basée sur la résonance de Helmholtz, le phénomène physique qui provoque un bourdonnement lorsque des personnes soufflent de l'air dans l'embouchure d'une bouteille en verre. Lorsque la fréquence sonore correspond à la fréquence de vibration naturelle de l’air à l’intérieur de la bouteille, l’air emprisonné dans la cavité vibre fortement. L’équipe de recherche a appliqué ce principe à des structures de micro-cavités constituées de plastique, de verre ou de polymères de type caoutchouc imprimés en 3D.
Sous l'action des ondes sonores, la vibration de l'air à l'intérieur de la cavité formera un flux d'air concentré qui est projeté vers l'extérieur ; tandis que l'air de retour est relativement dispersé. L'asymétrie entre les deux répartitions du flux d'air crée une force de poussée qui déplace l'appareil. Contrairement aux recherches antérieures qui utilisaient des ondes sonores externes pour « pousser » directement des objets passifs ou pour manipuler des objets par lévitation acoustique, la nouvelle solution vise à collecter l’énergie acoustique dans l’environnement et à la convertir en poussée mécanique.
Pour tester cette idée, les chercheurs ont d'abord fabriqué des micro-navires et disposé trois cavités correspondant à différentes fréquences de résonance sur chaque navire. En changeant la fréquence des ondes sonores, l’équipe a pu activer sélectivement l’une des cavités pour pousser le navire dans une direction spécifique.
Par la suite, l'équipe a également construit un « micro-avion » ultra-léger. Ce type de micro drone ne pèse que 150 microgrammes et possède trois minuscules cavités intégrées dans son corps. Des tests ont montré que le micro-avion peut avancer lorsqu'il est piloté par des fréquences ultrasonores inaudibles à l'oreille humaine.
Une autre conception combine des cavités acoustiques avec de minuscules pales d'hélice. Les résultats expérimentaux montrent que la poussée générée par la cavité est suffisante pour faire atteindre à la pale une vitesse de 13 000 tours par minute. À titre de comparaison, les hélices de drones ordinaires ne tournent généralement qu’à des milliers de tours par minute.
Les chercheurs estiment que cette technologie devrait favoriser à l'avenir le développement de micro-appareils et de robots qui ne nécessiteront pas de batteries et de moteurs traditionnels. En configurant plusieurs structures acoustiques qui répondent à différentes fréquences dans le même appareil, différentes parties de l'appareil peuvent être activées et déplacées indépendamment, apportant ainsi de nouvelles idées de conception à des microrobots flexibles et à des microdispositifs hautement intégrés.
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