Elektřina řízená pomocí ultrazvukových pulzů
Ačkoli je elektrická energie v principu chaotická, tak abychom ji mohli účelově využívat, je nutné ji vést pomocí kabelů a obvodů. Univerzitním výzkumníkům se ale povedlo pomocí ultrazvukových vln vést jiskry řídkým vzduchem – dokonce i kolem překážek.
Za běžných okolností vykazuje elektřina ve venkovním otevřeném prostředí tendenci větvit se do zdánlivě náhodných směrů, jak dokumentují například blesky, přičemž tyto energetické trasy jsou vedeny jemnými rozdíly v hustotě vzduchu i náboji a přitažlivostí ke kovovým předmětům. Zohlednění všech těchto faktorů ztěžuje přesnou kontrolu.
Vědci z finské University of Helsinky, ve své nedávno publikované studii, a jejich španělští a kanadští kolegové z Public Universy of Navarre a University of Waterloo v časopise Science Advances, prezentovali způsob, jak vést elektrické jiskry vzduchem.
Funguje to i na nevodivé materiály
Dříve mohly být jiskry vedeny pouze laserem indukovanými výboji označovanými jako tzv. elektrolasery, které však vyžadovaly použití nebezpečných laserů a také přesné načasování mezi laserem a elektrickým výbojem. Nově vyvinutá metoda využívá spíše ultrazvuk než lasery a je bezpečná pro oči i pokožku. Zařízení je kompaktní, cenově dostupné a může být provozováno nepřetržitě.
Trik v použití ultrazvuku spočívá v tom, že zvukové vlny těchto frekvencí vytvářejí tlak vzduchu, který může být dostatečně silný, aby způsobil levitaci miniaturních lehkých předmětů, a i když přímo netlačí elektřinu samotnou, může pomoci utvářet její cestu. Když se jiskra vznítí, ohřeje vzduch kolem sebe, přičemž tento teplejší vzduch expanduje, což snižuje jeho hustotu. A protože elektřina preferuje cestu vzduchem s nižší hustotou, jiskra se pohybuje tímto směrem. Tím, že ultrazvukové pulzy pohybují tímto žhavějším vzduchem s nižší hustotou, se zase výzkumníkům podařilo vést elektřinu s překvapivou přesností.
Tato metoda umožňuje nasměrovat jiskry tak přesně, že se mohou ohnout kolem překážek a zasáhnout konkrétní místa na materiálu, a to dokonce i v případě, že není vodivý.
„Tento jev jsme pozorovali před více než rokem, ale pak nám trvalo měsíce, než jsme jej ovládli, a ještě déle, než jsme našli vysvětlení,“ řekl Asier Marzo, vedoucí výzkumu studie.
Techniku testoval výzkumný tým pomocí dvou 360stupňových prstenců ultrazvukových zářičů obklopujících bod, kde je prostřednictvím Teslovy cívky generována jiskra. Po zapnutí ultrazvuku se plazmová jiskra přemění ze stromovitého tvaru náhodných větví do jediné linie, která pak může být zacílena různými směry buď úpravou síly různých emitorů v prstenci, nebo jeho fyzickým naklopením v určitém směru. Vědcům se tímto způsobem podařilo nasměrovat plazmu tak, aby zasáhla konkrétní elektrody a vyhnula se jiným.
Princip objeven, teď jak ho využít
„K čemu to bude dobré? Přesné řízení jisker umožňuje jejich využití v široké škále aplikací, jako jsou vědy o atmosféře, biologické postupy a selektivní napájení obvodů,“ komentuje prof. Ari Salmi z Helsinské univerzity.
Podle výzkumníků by to mohlo např. vést k řízenému přepínání v bezdrátových obvodech nebo umožnit narážet na materiály, které by si elektřina normálně „nevybrala“, ale třeba nalézt i využití při leptání vzorů do kolonií bakterií. Anebo možná jednou dokonce i k vývoji zařízení, která generují haptickou zpětnou vazbu tím, že do pokožky přivádějí nízkoenergetické plazmové šrouby a použít tak energii velmi slabých jisker k vytváření řízených hmatových podnětů v ruce, možná vytvoření prvního bezkontaktního Braillova systému, jak uvedli výzkumníci.
Josu Irisarri.
Foto: Josu Irisarri, University of Helsinki
2
