Группа исследователей из Европы и Канады разработала метод, позволяющий направлять электрические разряды через воздух, обходя препятствия. Они добились этого с помощью ультразвуковых волн, которые изменяют траекторию искр с высокой точностью.
В обычных условиях электричество распространяется хаотично, стремясь к наименьшему сопротивлению. В открытом воздухе разряды ведут себя непредсказуемо, разветвляясь в случайных направлениях — как молнии в грозу. Этот процесс зависит от плотности воздуха, заряда и близлежащих металлических объектов, что делает его сложным для контроля.
Учёные из Хельсинкского университета, Публичного университета Наварры и Университета Ватерлоо нашли способ управлять разрядами, используя ультразвук. Метод позволяет искрам обходить препятствия и попадать в заранее определённые точки, даже если они не являются проводниками.
«Мы наблюдали этот эффект больше года назад, затем потребовались месяцы, чтобы научиться им управлять, и ещё дольше — чтобы объяснить его», — рассказал ведущий исследователь Асьер Марсо.
Секрет заключается в использовании звуковых волн высокой частоты. Они создают давление, достаточное для того, чтобы перемещать лёгкие объекты. В данном случае ультразвук не толкает сам разряд, а влияет на воздух вокруг него.
Когда искра возникает, она нагревает воздух, заставляя его расширяться и снижать плотность. Электричество предпочитает двигаться через менее плотный воздух, поэтому разряд следует в этом направлении. Ультразвуковые импульсы управляют горячим воздухом, тем самым направляя движение искры.
В ходе экспериментов учёные использовали два кольца излучателей, расположенные вокруг точки разряда, создаваемого с помощью катушки Теслы. При включении ультразвука плазменная искра меняла свою хаотичную, древовидную форму на тонкую линию. Её можно было направлять в разные стороны, регулируя интенсивность излучения или наклоняя кольцо.
Технология позволяет направлять разряд к определённым электродам, избегая других, что может найти применение в беспроводных схемах. Также с её помощью можно воздействовать на материалы, которые в обычных условиях не проводили бы электричество. Среди возможных применений — создание узоров на колониях бактерий и даже устройства, передающие тактильные ощущения с помощью слабых плазменных разрядов.
«Меня вдохновляет идея использования слабых искр для создания контролируемых тактильных стимулов на руке. Возможно, это станет основой первой бесконтактной системы Брайля», — отметил первый автор исследования Хосу Ирисарри.
Результаты работы были опубликованы в журнале Science Advances.
