نقل الكهرباء عبر الأثير: الموجات فوق الصوتية توجه الشرارات الكهربائية في تجربة جديدة

⬤ اكتشف باحثون إمكانية توجيه الشرارات الكهربائية بالموجات فوق الصوتية، ما يسمح بنقل الكهرباء عبر الهواء.

⬤ تعتمد التقنية الجديدة على تسخين الهواء بالشرارة ثم توجيهه بالموجات فوق الصوتية لإنشاء مسارات التفريغ.

⬤ توفر هذه الطريقة بديلاً آمناً وغير مكلف عن الليزر، مع تطبيقات محتملة في مجالات الطاقة والطب والتقنية.

في دراسة حديثة، اكتشف علماء من إسبانيا إمكانية توجيه الشرارات الكهربائية باستخدام الموجات فوق الصوتية، ما يعني فعلياً القدرة على نقل الكهرباء عبر الهواء.

في التفاصيل، كشف الباحثون أن سبب ذلك التوجيه هو تسخين الهواء بفعل الشرارات، مما يؤدي إلى تمدده وانخفاض كثافته. ثم تقوم الموجات فوق الصوتية بتوجيه الهواء الساخن إلى المناطق التي تكون فيها شدة الصوت أعلى، دافعة الشرارات التالية لها لتتبع هذه المناطق ذات الكثافة المنخفضة نظراً لانخفاض جهد الانهيار فيها.

بطبيعة الحال، يصعب التحكم بهذه الشرارات في الفضاء المفتوح، حيث تتشعب بشكل فوضوي وتميل إلى الانجذاب نحو أقرب الأجسام المعدنية، وفقاً لما أفاد به الباحثون، الذين لاحظوا هذه الظاهرة منذ أكثر من عام، لكنهم احتاجوا إلى عدة أشهر للنجاح في السيطرة عليها، واستغرق الأمر وقتاً أطول لفهم الآلية الكامنة وراءها. ليتمنكوا نهاية المطاف من توجيه الشرارات الكهربائية حول العقبات، أو جعلها تصيب نقاطاً محددة، حتى داخل المواد غير الموصلة.

أشار الباحثون أيضاً إلى إمكانية توجيه الشرارات الكهربائية سابقاً باستخدام تفريغات مستحثة بالليزر فقط، تُعرف اصطلاحاً باسم Electrolysers، وتتطلب استخدام أجهزة ليزر على مستوى عال من الخطورة، إلى جانب توقيت زمني دقيق بين الليزر والتفريغ الكهربائي.

أما الطريقة المطورة حديثاً، فتعتمد على الموجات فوق الصوتية بدلاً من الليزر، وهي آمنة للعين والجلد. كما أن المعدات المستخدمة صغيرة الحجم، ميسورة التكلفة، ويمكن تشغيلها بشكل مستمر، وفقاً للباحثين. فضلاً عن قابلية باستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل علوم الغلاف الجوي، والإجراءات البيولوجية، والتزويد الانتقائي للطاقة في الدوائر الكهربائية.

نُشرت الدراسة في مجلة Science Advances، وأظهرت أن البلازما الكهربائية تشكل شرارات في الهواء تنقل التيار الكهربائي، مما يسمح بتشغيل الأجهزة الإلكترونية ذات الجهد العالي، والقضاء على البكتيريا، وإنتاج إحساس لمسي، أو حتى استخدامها في عمليات اللحام. ومع ذلك، فإن تكون الشرارة الكهربائية عملية فوضوية يصعب التحكم فيها. وقد ثبت أن بوسع نبضات الليزر توجيه هذه التفريغات، لكنها تتطلب طاقة عالية، كما أنها معقدة ومزعجة.

استعرض الباحثون قدرة الموجات فوق الصوتية على توجيه شرارات البلازما، حتى حول العقبات. مع استطاعة توجيه حزم الموجات فوق الصوتية ديناميكياً وخلال هامش زمني لا يتعدى ميلي ثانية واحدة، مما يتيح تحكماً دقيقاً وآمناً وسريعاً في الشرارات الكهربائية عالية الجهد.

خلص الباحثون إلى أن الشرارة الكهربائية تقوم بتسخين الهواء، مما يؤدي إلى تمدده وانخفاض كثافته. ليُعاد تشكيل هذا الهواء منخفض الكثافة بواسطة الحقل فوق الصوتي، الذي يدفعه إلى المناطق ذات السعة العالية. وتُعتبر المنطقة منخفضة الكثافة مساراً مفضلاً للتفريغ الكهربائي.

تتشابه هذه الآلية مع عملية توجيه التفريغ بالليزر، ولكن الفارق يكمن في أن منطقة الهواء منخفض الكثافة يتم إنشاؤها بواسطة الشرارة نفسها، ثم يتم توجيهها بواسطة الموجات فوق الصوتية.