Дослідники з Університету Північної Кароліни в Чапел-Хіллі виявили унікальне гідродинамічне явище, коли бульбашки повітря в рідині, що піддаються вертикальній вібрації, починають ритмічно рухатися в горизонтальній площині, що відкриває нові можливості для управління бульбашками в різних технологічних галузях, включаючи системи охолодження мікрочипів у космосі та методи очищення поверхонь.

Бульбашки постійно присутні в нашому повсякденному житті. Ми бачимо їх у газованих напоях та інших рідинах. Вони виконують важливі функції в промислових процесах і системах кондиціонування.

Неочікувана поведінка під час експериментів

Науковці тривалий час намагалися знайти ефективні методи контролю руху бульбашок. Вони поставили просте запитання: чи може вертикальне струшування змусити бульбашки рухатись горизонтально? Результати експерименту перевершили всі очікування.

При строго вертикальному струшуванні рідини бульбашки почали рухатися в горизонтальній площині. Цей рух нагадував галоп коня – ритмічні підстрибування з поступальним переміщенням. Феномен суперечив інтуїтивним уявленням про поведінку бульбашок.

Змінюючи параметри вібрації, дослідники виявили можливість керувати характером руху. Вони навчилися створювати прямолінійні, кругові та зиґзаґоподібні траєкторії. Останні нагадують стратегії пошуку їжі, що використовуються бактеріями в природі.

Математичне пояснення та практичне застосування

“Новий механізм саморуху дає змогу бульбашкам долати відстані і дає їм безпрецедентну здатність переміщатися складними рідинними мережами,” – зазначив Сайфул Тамім, співробітник університету та співавтор дослідження. Математичні розрахунки цього феномену опубліковані в журналі Nature Communications.

Одне з найперспективніших застосувань – системи охолодження електроніки в космосі. На Землі нагріті бульбашки природно піднімаються через плавучість. У невагомості цей механізм не працює, що створює серйозні проблеми з теплообміном.

Виявлений ефект “галопування” дозволяє активно переміщувати бульбашки в середовищі без гравітації. Це може суттєво поліпшити ефективність теплопередачі в космічній електроніці та обладнанні супутників. Технологія потенційно вирішує одну з важливих проблем космічної інженерії.

Інноваційні можливості в різних галузях

Експерименти показали ще одну цікаву властивість “галопуючих бульбашок”. Вони здатні ефективно очищувати запилені поверхні. Рухаючись зигзагоподібними траєкторіями, бульбашки діють як мініатюрні роботи-пилососи.

Ця особливість відкриває нові перспективи в технологіях очищення. Крім того, контрольований рух бульбашок може знайти застосування в цільовій доставці ліків. Керовані бульбашки потенційно можуть транспортувати медичні препарати в конкретні ділянки організму.

Раніше вчені мали обмежені можливості керування рухом бульбашок. Нова технологія дозволяє направляти їх за чітко визначеними траєкторіями. Для цього потрібні лише ретельно налаштовані вібрації відповідної частоти й амплітуди.

Відкриття має потенціал для розвитку нових напрямків у м’якій робототехніці. Контрольований рух бульбашок може стати основою для створення мікроскопічних рушіїв та актуаторів у рідкому середовищі. Це відкриває шлях до розробки інноваційних систем, що працюють на принципово нових фізичних явищах.