Фізики з'ясували, що під час сильної тряски повітряні бульбашки втікають швидко.

Пухирці в рідинах постійно присутні в нашому житті — у газованих напоях, системах кондиціонування. Їх використовують для промислових застосувань — у системах охолодження, очищення води та при виробництві хімікатів.

Контроль руху пухирців довгий час залишався складним завданням у різних галузях. Нещодавно вчені змогли використати гідродинамічну нестійкість для точного управління пухирцями. Дослідницька група поставила, здавалося б, просте питання: чи може струшування пухирців вгору і вниз змусити їх рухатися безперервно в одному напрямку?

Пухирці не просто рухалися — вони робили це перпендикулярно напрямку струшування. Коли контейнер трясуть вгору і вниз, пухирці починають несподівано ритмічно «галопувати» — підстрибувати, як грайливі коні, і рухатися горизонтально, незважаючи на вертикальне струшування.

Регулюючи частоту та амплітуду струшування, дослідникам вдалося переключати режими руху. Тепер вони знають, як забезпечити прямолінійний, круговий та хаотичний зигзагоподібний рух, що нагадує стратегії пошуку їжі у бактерій. Пояснення та супутні феномену математичні розрахунки опубліковані в журналі Nature Communications.

Одне з застосувань феномену «галопування» — системи охолодження мікрочіпів. На Землі пухирці газів піднімаються з нагрітих поверхонь, запобігаючи перегріву. Однак у космосі плавучість відсутня, і відсутність цієї властивості робить видалення пухирців серйозною проблемою. Новий метод дозволяє активно видаляти пухирці в середовищі без гравітації, що може поліпшити теплопередачу в супутниках та космічній електроніці.

Відкрита особливість руху пухирців може бути використана для очищення поверхонь. Додаткові експерименти показали, що «галопуючі пухирці» можуть очищати запилені поверхні. Вони рухаються зигзагами, як мініатюрний робот-пилосос. Вчені сподіваються, що управління рухом пухирців забезпечить нові підходи в очищенні поверхонь та цільовій доставці ліків.

«Новий механізм саморуху дозволяє пухирцям долати відстані та надає їм безпрецедентну здатність переміщатися по складним рідинним мережам. Це може запропонувати рішення давніх проблем у системах теплопередачі, очищенні поверхонь і навіть надихнути на створення нових м'яких роботизованих систем», — сказав Сайфул Тамім (Saiful Tamim), науковий співробітник Університету Північної Кароліни в Чапел-Гілл (США).

Управління рухом пухирців залишається складним завданням, хоча вони присутні у більшості рідин у тій чи іншій формі. Доступні інженерам та дослідникам методи впливу на їх переміщення обмежені. Робота вчених демонструє, що пухирці можна направляти за передбачуваними траєкторіями за допомогою ретельно налаштованих вібрацій.

«Це відкриття змінює наше розуміння динаміки пухирців, перетворюючи їх з непередбачуваного в контрольоване та універсальне явище з далекосяжними застосуваннями в теплопередачі, мікрофлюїдиці та інших технологіях», — пояснив Коннор Магун (Connor Magoon), аспірант-математик з Університету Північної Кароліни в Чапел-Гілл.