Вместо проводов – ультразвук: как направить электричество по воздуху?

Вы когда-нибудь задумывались, как сложно направить молнию в нужное русло? Этот вопрос давно волнует учёных, ведь электрические разряды — мощный, но капризный инструмент. Они используются повсюду: от зажигания топлива в двигателях до стерилизации поверхностей и сварки металлов. Но вот беда — управлять ими невероятно сложно! Искра норовит проскочить по самому непредсказуемому пути, а это, согласитесь, не всегда удобно.

Звучит фантастично? А вот и нет!

Группа исследователей под руководством Асьера Марцо (Asier Marzo) из Общественного университета Наварры нашла, кажется, изящное решение этой проблемы. Вместо привычных (и, честно говоря, громоздких) лазеров, они предлагают… ультразвук!

В чём же дело? Оказывается, ультразвуковые поля могут «укрощать» электрические разряды, направляя их точно в цель, даже если на пути встречаются препятствия. Это открывает совершенно новые горизонты в самых разных областях — от высоковольтной электроники до медицинских процедур.

Как это работает? Проще, чем кажется!

Представьте себе электрическую искру, пробивающуюся сквозь воздух. При этом воздух вокруг неё сильно нагревается. А нагретый воздух, как известно, имеет меньшую плотность, чем холодный. И вот тут-то на сцену выходит ультразвук!

«Мы обнаружили, что ультразвуковые волны создают области повышенного давления — своего рода акустические «каналы», — объясняет Хосу Ирисарри (Josu Irisarri), один из авторов исследования. — Эти «каналы» действуют как направляющие для горячего воздуха, а значит, и для самой искры.»

Проще говоря, ультразвук «выстраивает» для электрического разряда чёткий маршрут, по которому тот и следует. Причём, управлять этим маршрутом можно очень точно и быстро — буквально за миллисекунды!

Не просто «прямая линия»: искры на любой вкус!

Но и это ещё не всё! Исследователи научились не только направлять искру по прямой, но и «закручивать» её по самым причудливым траекториям. «Мы можем заставить искру огибать препятствия, двигаться по спирали, — в общем, делать практически всё, что угодно!» — с гордостью заявляет Иньиго Эскурдиа (Iñigo Ezcurdia), участник команды.

Это стало возможным благодаря использованию специальных ультразвуковых излучателей. Меняя параметры их работы, учёные создают сложные акустические поля, которые и придают искре нужную форму. Звучит немного сложно, но на деле это напоминает управление лучом света с помощью системы зеркал и линз.

Зачем это нужно?

Возможности применения этой технологии, прямо скажем, впечатляют. Точное и быстрое переключение электрических цепей без механических контактов в высоковольтной электронике — мечта любого инженера! В промышленности открываются возможности создания микроскопических узоров на поверхности материалов, а также сварка и резка с ювелирной точностью. Даже тактильные ощущения без прикосновений становятся реальностью! Можно «почувствовать» виртуальный объект, не касаясь его, что найдёт применение в игровой индустрии, медицине и других областях. Генерация ударных волн заданной формы — ещё одно направление, открывающее путь к разработке новых методов лечения и диагностики.

Ультразвук против лазеров: кто победит?

До сих пор для управления электрическими разрядами в основном использовались мощные лазеры. Но у них есть ряд недостатков: они дороги, громоздки, требуют сложной настройки и, что немаловажно, могут повредить обрабатываемые материалы или даже зрение человека.

Ультразвуковые же системы, по словам исследователей, гораздо проще, безопаснее и дешевле. Кроме того, им не требуется синхронизация с электрическим разрядом, в отличие от лазеров.

«Честно говоря, мы сами не ожидали, что ультразвук окажется настолько эффективным инструментом», — признаётся Нароа Ириарте (Naroa Iriarte).

Что дальше?

Конечно, предстоит ещё много работы. Например, пока что ультразвук «работает» только с переменным током, а для некоторых применений нужен постоянный. Но учёные уверены, что это лишь временные трудности.

Их открытие — это настоящий прорыв в области управления электричеством. И кто знает, какие ещё удивительные возможности откроются нам благодаря «укрощению молний» с помощью ультразвука?