Tekniken har utvecklats vid EPFL:s MicroBioRobotic Systems-laboratorium, MICROBS, och bygger på Helmholtzresonans. Det är samma fysikaliska fenomen som får en flaska att ge ifrån sig en ton när man blåser över flaskhalsen.

Forskarna har konstruerat mikroskopiska hålrum som fungerar som akustiska resonatorer. Varje resonator är anpassad för en bestämd ljudfrekvens. När ljudvågorna sätter luften i hålrummet i svängning pressas luften ut genom öppningen som en koncentrerad stråle.

Eftersom inflödet av luft är mer utspritt än utflödet uppstår en obalans som skapar en riktad kraft.

Forskarna demonstrerade först principen med centimeterstora båtar. De utrustades med upp till tre resonatorer som var inställda på olika hörbara frekvenser och riktade åt olika håll. Genom att ändra frekvensen från en högtalare kunde forskarna välja vilken resonator som aktiverades och därmed styra båten.

För de flygande mikrorobotarna användes i stället ultraljud utanför människans hörselområde. Strukturerna tillverkades med 3D-nanoprintning och tre mikroskopiska resonatorer integrerades direkt i polymerstrukturen.

En mikrodrönare på endast 150 mikrogram använde resonatorerna för att skapa dragkraft direkt uppåt. Därmed kunde farkosten lyfta utan någon konventionell motor.

I en annan konstruktion drev resonatorerna små rotorblad. De nådde hastigheter på upp till 13 000 varv per minut och skapade en stabil aerodynamisk lyftkraft på samma princip som hos en helikopter.

En central fördel är att själva mikrofarkosten kan göras mycket enkel. Den behöver inga motorer, kugghjul eller magnetiska komponenter, och resonatorerna kan tillverkas i bland annat 3D-printad plast, elastiska polymerer och glas.

EPFL-forskarna ser också möjligheter att skala ned tekniken ytterligare. Flera resonatorer för olika frekvenser skulle kunna byggas in i samma flexibla struktur. Genom att ändra ljudfrekvensen skulle olika delar då kunna fås att röra sig, böjas eller vibrera.

Resultaten har publicerats i Science Advances -tidningen.