Учёные научились управлять электрической искрой

Физики нашли способ управлять электрической искрой с помощью ультразвука. Это открытие может перевернуть представления о контроле над электрическими разрядами. Казалось бы, что может быть проще, чем короткая вспышка между двумя электродами? Но на самом деле электрический разряд — процесс мощный и очень капризный. Достаточно вспомнить, как ведёт себя молния в грозовом небе: она мечется, ищет путь, извивается, нередко поражая не туда, куда «ожидали». На микроуровне искра ведёт себя похоже. Она хаотична, стремится к ближайшему проводнику, обходит непроводящие материалы и часто создаёт проблемы — например, в чувствительной электронике, в медицинских приборах или в высокоточной аппаратуре.

Учёные из Университета Наварры предложили использовать для управления этим хаосом ультразвуковые волны. На первый взгляд — идея странная: как звук может направить электричество? Но механизм прост и элегантен. Когда пробегает искра, она нагревает воздух вокруг себя. Этот воздух становится менее плотным, возникает так называемая разреженная зона. Именно её можно «подталкивать» ультразвуковыми колебаниями. Воздух словно расчищает дорожку, и следующие разряды начинают следовать по этому маршруту, словно по невидимому коридору.

Первый эксперимент с этим эффектом команда провела более года назад. Но потребовались месяцы, чтобы научиться не просто наблюдать явление, а управлять им. Как рассказал один из авторов исследования Асьер Марсо, главная трудность была не в том, чтобы создать эффект, а в том, чтобы понять, почему он работает — и как заставить его работать стабильно. Теперь физики научились буквально «вести» электричество вокруг препятствий, точно задавать точку, куда придёт разряд, и делать это без дорогостоящих и опасных установок.

До сих пор для точного управления электрическими искрами применялись сложные электролазеры — системы, которые создают ионный канал между точками. Это требовало ювелирной точности, а сами аппараты стоили баснословно. Ультразвуковая схема же не только безопасна для кожи и глаз, но и относительно дешева. Аппаратура проста, её можно легко масштабировать — и это открывает совершенно новые горизонты.

Один из самых вдохновляющих сценариев применения предложил первый автор статьи Хосу Ирисари. Он считает, что ультразвуковое управление слабым разрядом может лечь в основу новой тактильной технологии — например, контактного Брайля. Представьте себе устройство, которое формирует рельефные точки на поверхности, с которыми можно взаимодействовать пальцами, и всё это — при помощи точечных электрических импульсов. Это революция для мира коммуникации с незрячими людьми.

Однако спектр применения гораздо шире. Профессор Ари Салми из Университета Хельсинки отметил: этот способ управления искрами открывает широкие возможности. Например, его можно применять для биологических манипуляций. Кроме того, он подходит для точечного питания отдельных участков цепей. Не менее важно его значение для атмосферных исследований. Более того, технология позволяет управлять плазмой — например, моделировать климатические процессы или даже влиять на погодные явления.

Чтобы понять масштаб перспектив, достаточно заглянуть в историю. В начале XX века молния воспринималась как сила природы, с которой человек не может конкурировать. Сегодня мы умеем защищать здания громоотводами, разряжаем накопившееся статическое электричество и даже используем искру для запуска двигателей внутреннего сгорания. Но управлять самой искрой в воздухе — это рубеж, который до сих пор оставался непокорённым. Теперь же, с помощью ультразвука, открывается путь к созданию управляемых электрических систем, где можно с высокой точностью задавать, что, где и когда должно сработать.

Можно с осторожностью спрогнозировать, что ближайшие годы эти технологии могут проникнуть в медицину. Кроме того, они найдут применение в промышленности и научных лабораториях. Возможно, уже через десять лет мы перестанем воспринимать электрическую искру как неконтролируемый хаос. Напротив, она станет тонким инструментом. Более того, её управляемость может приблизиться к точности лазерного луча. И это изменит не только технические возможности, но и наше понимание самой природы электричества.