Вместо проводов – ультразвук: как направить электричество по воздуху?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

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!

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

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!

Ультразвуковое поле, направляющее электрическую плазму. (A) Плазменная искра без приложенного ультразвукового поля. (B) Плазменная искра с ультразвуковым полем. (C) Амплитуда акустического поля (электрод зеленого цвета). Масштабные линейки, 1 см. Цитирование: Josu Irisarri et al., Electric plasma guided with ultrasonic fields.Sci. Adv.11,eadp0686(2025). DOI:10.1126/sciadv.adp0686
Автор: Josu Irisarri et al. Источник: www.science.org
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.

Направление искры вдоль искривленного акустического поля, созданного двумя фокусными точками, исходящими из двух колец излучателей. (A) Без ультразвука. (B) Только одна фокусная точка. (C) Изогнутое поле, созданное двумя пересекающимися фокусными точками. В верхнем ряду показана искра без присутствия препятствия, в среднем ряду — с ядром попкорна, а внизу — амплитудное поле. Электрод отмечен зеленым цветом. Масштабные линейки, 1 см. Цитирование: Josu Irisarri et al., Electric plasma guided with ultrasonic fields.Sci. Adv.11,eadp0686(2025). DOI:10.1126/sciadv.adp0686
Автор: Josu Irisarri et al. Источник: www.science.org
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.

Наведение искры в разные моменты времени. (A) Искра включается, когда ультразвуковое поле уже включено. (B) Искра уже включена, а ультразвуковое поле включено в момент t = 0. (C) Искра наклоняется вправо-влево с помощью динамического управления массивом. Масштабные линейки, 1 см. Цитирование: Josu Irisarri et al., Electric plasma guided with ultrasonic fields.Sci. Adv.11,eadp0686(2025). DOI:10.1126/sciadv.adp0686
Автор: Josu Irisarri et al. Источник: www.science.org
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.

Длиннофокусная фотография электрической искры при переводе катушки Тесла внутрь ультразвукового кольца. (A) Вид сбоку во время перевода катушки в одно измерение. (B) Вид сверху во время сканирования катушки в двух измерениях с помощью ЧПУ. На правых половинах изображений наложены смоделированные амплитудные поля. Время перевода в одномерное измерение составляет 5 с, а время двумерного сканирования — 20 с. Масштабные линейки — 1 см. Цитирование: Josu Irisarri et al., Electric plasma guided with ultrasonic fields.Sci. Adv.11,eadp0686(2025). DOI:10.1126/sciadv.adp0686
Автор: Josu Irisarri et al. Источник: www.science.org

«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?

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему в Японии крошечные квартиры стали нормой, несмотря на богатство страны

В сети можно довольно легко наткнуться как кто-то показывает японскую квартиру размером с аккуратный шкаф. Тогда обычно включается один и тот же шаблон мышления: как так, Япония же богатая страна...

Обзор СЖО XPG Levante II 360 — что происходит на разных оборотах вентиляторов

Системы жидкостного охлаждения формата 360 мм уже стали стандартом для производительных сборок, но отличия между моделями чаще всего кроются в деталях. XPG Levante II 360 делает ставку не...

Fnirsi tdm-120: бюджетный автономный тепловизор

Разрешение матрицы 120 на 90 пикселей, честная частота 25 Герц и чувствительность <60mK позволяют заметить малейший перегрев элемента платы или утечку в теплом полу задолго до серьезной аварии....

Астрономы получили самые убедительные доказательства существования первых звезд Вселенной: они оказались сверхмассивными

Через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная состояла исключительно из водорода, гелия и следовых количеств лития. Более тяжелых элементов, которые астрономы собирательно называют...

Серфинг без капли воды: как оазис Уакачина стал курортом для тех, кто боится утонуть

Хочется ловить волну, но вот проблема: только оказавшись в водоёме глубже пары метров, вам даётся исключительно стиль топориком ко дну? В таком случае вам стоит узнать про самое необычное место для...

Астрономы доказали существование трех популяций сливающихся черных дыр: неразлучные пары, случайные встречи и «каннибалы»

Астрофизики получают информацию о слияниях черных дыр благодаря детекторам гравитационных волн. Когда два сверхплотных объекта сталкиваются, они вызывают возмущение пространства, которое...