EPFL 用声学共振驱动微型船和飞行器：无需电机齿轮，靠腔体“听声”产生推力

据 IT之家 8 月 17 日援引 TechSpot 报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）微型生物机器人系统实验室（MICROBS）研究人员提出了一种用声音驱动微型机器人的新方法：通过 3D 打印的中空腔体把声能转化为定向气流，从而推动微型船和微型飞行器运动。相关成果已登上《Science Advances》。这一路线的关键在于，推进机构不再依赖电机、齿轮或磁性部件，而是直接把装置结构的一部分设计成“声学发动机”，为极小尺度机器人提供了更轻、更简单的推进思路。

从“外部声波推物体”到“机器人自己吸收声音并运动”

来源显示，这项研究的核心原理是声学共振。当特定频率的声音进入中空腔体后，腔体内空气会发生强烈振动；研究人员再通过腔体形状与开口设计，让一部分空气按特定方向排出，形成微小喷流，进而产生推力。这个过程有点类似对着瓶口吹气：瓶内空气会在特定频率下振动并发声，而 EPFL 团队进一步把这种振动转化为可用于运动控制的气流。

传统声悬浮或声操控通常是从外部用声场推动物体，EPFL 的方案则更接近“让微型机器人接收声音后自行产生动作”。MICROBS 实验室负责人塞尔曼·萨卡尔表示，这项研究证明，设计巧妙的简单机械部件也可以转变为机器人材料。换句话说，材料、结构和驱动功能被整合到同一个部件中，这对微型机器人尤其重要。

微型船可按频率转向，飞行器能像火箭或直升机升起

研究团队使用 3D 打印塑料、类橡胶聚合物和玻璃等材料制造共振器。由于整个系统没有电机，也不需要其他活动机械零件，理论上更适合继续小型化。团队首先在微型船上进行了验证：每艘船最多安装 3 个共振器，不同腔体对应不同的可听频率，并负责推动船只向不同方向运动。只要改变扬声器发出的声音频率，就能选择性激活某个腔体，让小船前进、转向或绕过障碍物。来源还提到，研究人员让微型船实现了自主导航。

随后，团队通过 3D 纳米打印制造微型飞行器，并改用超声波频率工作，因此推进过程产生的声音人耳无法听见。其中一种飞行器重量仅 150 微克，依靠 3 个腔体产生向下推力，像火箭一样从表面升起。另一种飞行器采用 3 片围绕中心排列的叶片，每片叶片装有共振器，在对应频率下产生推力；其叶片转速最高达到 13000rpm，升力足以让装置像微型直升机一样悬停。

• 驱动方式：利用声学共振和腔体开口产生定向喷流。
• 结构特点：无电机、无齿轮、无磁性零件，推进机构本身就是机体结构。
• 控制方式：通过改变声音频率，选择性激活不同共振器。
• 演示形态：包括微型船、火箭式升起飞行器和类直升机悬停结构。

影响与解读：微型机器人可能迎来更“结构化”的驱动方案

从科技产业角度看，这项研究的价值不在于立即制造可商用的微型无人机，而在于提供了一种新的微尺度驱动范式。微型机器人长期面临供能、传动和控制难题：电机和齿轮越做越小会遇到制造复杂度、重量与效率限制；磁驱动方案又往往依赖外部磁场系统。EPFL 的方案把推进能力嵌入腔体几何结构中，意味着未来设计者可以通过“形状”和“频率响应”来定义机器人的运动方式。

不过，当前实验仍处于早期阶段。来源显示，微型飞行器升高不到 5mm，实验用船也非常轻，距离复杂环境中的稳定运行仍有距离。它与 xMEMS 芯片风扇一类超声波散热技术也不同：后者主要依靠压电薄膜推动空气，而 EPFL 的推进方式主要取决于腔体形状以及对特定声音频率的响应。

论文第一作者、MICROBS 实验室博士生黄俊善（音译）表示，这类设计还能进一步小型化，以实现更先进结构。萨卡尔则认为，未来可以在一个装置中集成多个响应不同频率的共振器，从而控制特定部分移动、弯曲或振动。若这一方向继续成熟，可按声音改变形态的气动机器人、面向微操作的轻量机器人材料，甚至新型声控微飞行平台，都可能成为后续探索目标。