Các nhà vật lý đã sử dụng các hạt dẫn graphene được dẫn hướng bằng laser trong mô hình thử nghiệm.

Phát minh giúp giảm nguy cơ cháy rừng

Mới đây, các nhà nghiên cứu Australia đã phát triển công nghệ laser có khả năng kiểm soát nơi sét đánh xuống mặt đất. Nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Úc (ANU) và Đại học New South Wales (UNSW) Canberra dẫn đầu.

Các nhà nghiên cứu này khẳng định, họ đã tiên phong trong công nghệ chùm tia laser có khả năng kiểm soát đường đi và hướng của tia sét trước khi nó tấn công.

Theo đó, các nhà nghiên cứu tại ANU và UNSW ở Canberra đã tạo ra một “cơn giông bão thu nhỏ” bằng cách sử dụng một cặp bản phẳng song song, trên đó tích điện. Khi đạt đến giá trị phá vỡ, một tia sét nhỏ xuất hiện trong một khu vực ngẫu nhiên của một tấm và đánh vào khu vực ngẫu nhiên của tấm kim loại thứ hai.

Các nhà vật lý đã sử dụng các hạt dẫn graphene được dẫn hướng bằng laser trong mô hình thử nghiệm. Chùm tia laser làm nóng không khí, tạo ra một kênh có độ dẫn điện cao trong đó, như một loại dây dẫn. Qua đó, tia chớp lao tới. Chùm tia laser làm nóng các vi hạt và tạo ra một kênh dòng chảy cao. Từ đó, khiến dòng điện bắt đầu chảy. Như vậy, các nhà khoa học đã tìm ra cách làm cho tia sét di chuyển theo một hướng xác định.

Nhóm tác giả nghiên cứu tin rằng, khám phá này sẽ cho phép kiểm soát chính xác đường đi của tia sét trong không khí. Việc “thuần hóa” tia sét như vậy được cho là có thể hữu ích đối với việc kiểm soát thời tiết và trong công nghiệp, cũng như y học.

Trong một thông cáo truyền thông, ông Shvedov cho biết: “Thí nghiệm mô phỏng các điều kiện khí quyển tương tự như điều kiện được tìm thấy trong sét thực. Chúng ta có thể hình dung một tương lai nơi công nghệ này có thể tạo ra phóng điện từ tia sét đi qua, giúp dẫn đường nó đến các mục tiêu an toàn và giảm nguy cơ hỏa hoạn thảm khốc”.

Bằng cách bẫy các vi hạt graphene trong không khí xung quanh, những tia laser này có thể tạo ra điều kiện cần thiết để truyền điện dọc theo đường đi của nó. Andrey Miroshnichenko - đồng tác giả từ UNSW Canberra, cho biết ngoài việc ngăn chặn cháy rừng, công nghệ này cũng có thể cho phép kiểm soát quy mô vi mô đối với các ứng dụng y tế và sản xuất. 

“Chúng tôi có một sợi chỉ vô hình, một chiếc bút mà chúng tôi có thể viết ánh sáng và điều khiển sự phóng điện trong khoảng 1/10 đường kính của sợi tóc người. Các ứng dụng y tế của nghiên cứu trên có thể bao gồm dao mổ quang học để loại bỏ mô ung thư, cho đến các kỹ thuật phẫu thuật không xâm lấn. Chúng tôi thực sự đang bắt đầu tìm hiểu ý nghĩa của công nghệ hoàn toàn mới này”, ông Miroshnichenko chia sẻ.

Các nhà nghiên cứu đã báo cáo phát hiện này trong bài báo khoa học được đăng trên tạp chí Nature Communications. Trước đó, các nhà khoa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (Nhật Bản) kết luận rằng, biến đổi khí hậu đã làm tăng cường các cơn bão. Từ đó, khiến các cơn bão mất nhiều thời gian hơn để suy yếu trên đất liền. Tình trạng này có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng hơn.

Mở đường cho phát minh trong tương lai

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học sử dụng tia laser để tác động vào sét. Năm 2015, các nhà khoa học Canada của Viện Nghiên cứu Khoa học quốc gia Canada (INRS) đã tìm ra cách định hướng một hồ quang sét trong phòng thí nghiệm. Họ đã sử dụng cơ sở nguồn sáng laser nâng cao để dẫn các tia sét nhân tạo xung quanh các vật thể.

Kết quả này đã được công bố trên tạp chí Science Advances. Nghiên cứu được cho là có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp, nơi các vòng cung điện áp cao được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Theo Giáo sư Roberto Morandotti - người đứng đầu nghiên cứu tại INRS, phát minh có thể “nhân rộng” các ứng dụng tiềm năng cho công nghệ này. Nhóm của ông đã dẫn một điện tích, bằng cách sử dụng các chùm tia laser đi theo một đường trơn dọc quỹ đạo thẳng - hình cung - parabol.

Các mô hình hiển thị bằng cách sử dụng tia laser ở các hình dạng khác nhau có thể tạo ra các thuộc tính và quỹ đạo nhất định. Các nhà khoa học cho biết, đó có thể là hình dạng chữ “S”. Và, tất cả các dạng quỹ đạo khác đều có thể được tạo nên.

“Bằng chứng ngoạn mục về khái niệm này, được thực hiện trong khoảng cách vài cm. Điều đó đòi hỏi tia laser công suất cao, cơ sở vật chất hiện đại và môi trường nghiên cứu đặc biệt mà các giáo sư của chúng tôi đã giúp tạo ra tại INRS”, ông Yves Bégin - Phó Hiệu trưởng nghiên cứu và học thuật tại INRS, cho biết.

Để thực hiện nghiên cứu, Giáo sư Morandotti cùng đồng nghiệp đã xem xét các đặc tính “tự phục hồi” của một số hình dạng chùm tia laser nhất định. Điều này có nghĩa là, nếu một tia laser bị gián đoạn hoặc chặn bởi một vật thể, nó có thể tự “tái tạo lại” sau khi vượt qua chướng ngại vật.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đặt một vật thể giữa hai điện cực và giải phóng điện tích. Kết quả là, các nhà khoa học đã ghi được cảnh tia laser “nhảy” qua chướng ngại vật, trước khi quay trở lại thẳng hàng với tia laser ở phía bên kia. Điều này là minh chứng cho thấy, đường đi của tia sáng có thể được xác định trước như thế nào.

Bước đột phá lớn này đồng thời còn có khả năng làm giảm nguy cơ cháy rừng thảm khốc ở Australia. Bởi, nhiều vụ cháy rừng xảy ra do sét đánh xuống vùng đất bụi khô. Vladlen Shvedov - đồng tác giả của nghiên cứu từ trường vật lý của ANU nói rằng, chùm tia laser phản chiếu quá trình tương tự như tia sét. Từ đó, tạo ra một đường dẫn phóng điện tới các mục tiêu.