瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）微型機器人系統實驗室（Microbiorobotic Systems Laboratory，MICROBS）近日展示一項聲波驅動微型推進系統。這項技術利用 3D 列印製成的特殊共振腔，將聲能轉換為定向氣流與推力，藉此推動微型船隻及微型飛行器。
研究團隊指出，相關設計不需要傳統馬達、齒輪或磁性元件，可能為超輕量機器人與微型無人機提供另一種推進方案。不過，目前展示的原型仍處於早期階段，飛行高度與可承載重量均相當有限。
以共振腔將聲波轉換為推力
這項技術的核心是經過精密設計的圓形或鈴狀共振腔。當特定頻率的聲波進入腔體後，內部空氣會產生更強烈的振動，並在結構內受到擠壓，最後形成集中氣流，由噴嘴排出並產生推力。
與依靠旋轉機械元件的傳統推進方式相比，聲波推進結構可整合在微型 3D 列印元件中，減少馬達、齒輪與磁性零件的需求。研究團隊藉由調整聲波頻率，控制共振腔的工作狀態及裝置的運動方向。
三個共振器控制微型船方向
在微型船原型中，研究團隊配置了三個共振器。位於船尾的共振器負責提供前進推力，左右兩側的共振器則用於控制轉向。
團隊表示，只要改變聲波頻率，便能操控微型船繞過障礙物，甚至沿著預設路徑移動。這項展示顯示，聲波不僅能讓微型物體懸浮，也能作為控制水面裝置方向與位移的推進來源。
▲ MICROBS 實驗室的微型飛行器
兩種聲波驅動微型飛行器
在飛行器部分，MICROBS 製作了兩款微型飛行裝置，分別展示向上推力與旋轉翼推進概念。
- 其中一款裝置配置三個朝下的共振腔，產生向上的推力，使裝置能以類似火箭升空的方式離地。
- 另一款裝置則在三片葉片的基部安裝朝後的共振器。以正確頻率驅動時，葉片轉速可超過每分鐘 1.2 萬轉，最高約達每分鐘 1.3 萬轉，並使整體裝置維持穩定懸浮。
這些裝置使用人耳無法聽見的超音波，因此在運作時幾乎不會產生可聞噪音。這項特性可能有助於需要低聲學干擾的微型機器人應用，但來源未提供其實際聲壓、能源效率或長時間運作數據。
原型限制與後續方向
研究團隊表示，目前飛行器原型的飛行高度仍不到 5 毫米，微型船的重量也幾乎可以忽略。換言之，現階段成果主要用於證明聲波能直接提供推進力，而非代表技術已具備實際載運能力。
下一步工作將集中於放大整體技術並提升載重能力。研究團隊認為，若能改善共振腔設計、推力輸出及系統整合，未來可能應用於更小型的微型無人機。不過，實際可行性仍取決於推力與重量比、能源供應、控制精度及放大後的結構效率。
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